光的全反射含解析

第3節(jié) 光的全反射1．光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，若入射角增大到某一角度， ________光線就會(huì)完全消失，只剩下________光線的現(xiàn)象叫全反射，這時(shí)的 ______________叫做臨界角．2．要發(fā)生全發(fā)射，必須同時(shí)具備兩個(gè)條件： (1)光從________介質(zhì)射入________介質(zhì)，(2)入射角____________________臨界角．3．光從介質(zhì)射入空氣 (真空)時(shí)，發(fā)生全反射的臨界角 C與介質(zhì)的折射率 n的關(guān)系是____________．4．在實(shí)際應(yīng)用中的光纖是一根極細(xì)的玻璃絲，直徑約幾微米到 100μm不等，由兩種____________不同的玻璃制成，分內(nèi)外兩層，內(nèi)層玻璃的折射率比外層玻璃的折射率 ____．當(dāng)光從一端進(jìn)入光纖時(shí)，將會(huì)在兩層玻璃的界面上發(fā)生 ____________．5．在水底的潛水員看來(lái)，水面上方的所有景物只出現(xiàn)在頂角為 97°的倒立圓錐里，這是因?yàn)? )A．水面上遠(yuǎn)處的景物反射的陽(yáng)光都因?yàn)槿瓷涠荒苓M(jìn)入水中B．水面上遠(yuǎn)處的景物反射的陽(yáng)光折射進(jìn)入水中，其折射角不可能大于 °C．水面上方倒立圓錐之外的景物反射的陽(yáng)光都因?yàn)槿瓷涞脑虿豢赡苓M(jìn)入水中D．水面上方倒立圓錐之外的景物反射的陽(yáng)光都因?yàn)檎凵涞脑虿豢赡苓M(jìn)入潛水員的眼中6．全反射是自然界里常見(jiàn)的現(xiàn)象，下列與全反射相關(guān)的說(shuō)法正確的是 ( )A．光只有從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)才能發(fā)生全反射B．如果條件允許，光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)也可能發(fā)生全反射C．發(fā)生全反射時(shí)，折射光線完全消失，反射光的能量幾乎等于入射光的能量D．只有在入射角等于臨界角時(shí)才能發(fā)生全反射7．一束光線從折射率為的玻璃內(nèi)射向空氣，在界面上的入射角為 45°，下圖所示的四個(gè)光路圖中，正確的是 ( )概念規(guī)律練知識(shí)點(diǎn)一 發(fā)生全反射的條件1．關(guān)于全反射，下列說(shuō)法中正確的是 ( )A．發(fā)生全反射時(shí)，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認(rèn)為不存在折射光線而只有反射光線B．光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，一定會(huì)發(fā)生全反射C．光線從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)，不可能發(fā)生全反射D．水或玻璃中的氣泡看起來(lái)特別亮，就是因?yàn)楣鈴乃虿Ａ湎驓馀輹r(shí)，在界面發(fā)生了全反射2．如圖1所示，半圓形玻璃磚放在空氣中，三條同一顏色、強(qiáng)度相同的光線，均由空氣射入玻璃磚，到達(dá)玻璃磚的圓心位置．下列說(shuō)法正確的是 ( )圖1A．假若三條光線中有一條在O點(diǎn)發(fā)生了全反射，那一定是aO光線B．假若光線bO能發(fā)生全反射，那么光線cO一定能發(fā)生全反射C．假若光線bO能發(fā)生全反射，那么光線aO一定能發(fā)生全反射D．假若光線aO恰能發(fā)生全反射，則光線bO的反射光線比光線cO的反射光線的亮度大知識(shí)點(diǎn)二全反射的臨界角3．光在某種介質(zhì)中傳播的速度為8×10m/s，光從此介質(zhì)射向空氣并發(fā)生全反射時(shí)的臨界角是()A．15°B．30°C．45°D．60°4．已知介質(zhì)對(duì)某單色光的臨界角為C，則()A．該介質(zhì)對(duì)單色光的折射率等于1sinCB．此單色光在該介質(zhì)中的傳播速度等于c·sinC(c是光在真空中的傳播速度)C．此單色光在該介質(zhì)中的傳播波長(zhǎng)是在真空中波長(zhǎng)的sinC倍D．此單色光在該介質(zhì)中的頻率是在真空中的1倍sinC知識(shí)點(diǎn)三光導(dǎo)纖維5．光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播．以下關(guān)于光導(dǎo)纖維的說(shuō)法正確的是()圖2A．內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射B．內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射C．內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生折射D．內(nèi)芯的折射率與外套的相同，外套的材料有韌性，可以起保護(hù)作用6.如圖3所示，一根長(zhǎng)為 L的直光導(dǎo)纖維，它的折射率為又從另一端面射出所需的最長(zhǎng)時(shí)間為多少 (設(shè)光在真空中的速度為

n，光從它的一個(gè)端面射入，c)圖3方法技巧練應(yīng)用全反射規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題的方法7．有一折射率為 n的長(zhǎng)方體玻璃磚

ABCD，其周?chē)强諝?，如圖

4所示，當(dāng)入射光線從它的AB面以入射角 α射入時(shí)．圖4(1)要使光線在 BC面發(fā)生全反射，證明入射角應(yīng)滿足的條件是 sinα≤n2－1.(BC面足夠長(zhǎng))；(2)如果對(duì)于任意入射角的光線都能產(chǎn)生全反射，則玻璃磚的折射率應(yīng)取何值8．如圖5所示是北京奧運(yùn)會(huì)期間安置在游泳池底部的照相機(jī)拍攝的一張照片，相機(jī)的鏡頭豎直向上．照片中，水立方運(yùn)動(dòng)館的景象呈現(xiàn)在半徑 r＝11cm的圓形范圍內(nèi)，水面上的運(yùn)動(dòng)員手到腳的長(zhǎng)度

l＝10cm.若已知水的折射率為

n＝4，請(qǐng)根據(jù)運(yùn)動(dòng)員的實(shí)際身高估算3該游泳池的水深 h.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字 )圖51．已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分別為、 、和，如果光按下面幾種方式傳播，可能發(fā)生全反射的是 (

)A．從水晶射入玻璃

B．從水射入二硫化碳C．從玻璃射入水中 D．從水射入水晶2．如圖6所示，ABCD是平面平行的透明玻璃磚， AB面和CD面平行，它們分別是玻璃和空氣的界面，設(shè)為界面 Ⅰ和界面Ⅱ，光線從界面Ⅰ射入玻璃磚，再?gòu)慕缑?Ⅱ射出，回到空氣中，如果改變光到達(dá)界面 Ⅰ時(shí)的入射角，則 ( )圖6A．只要入射角足夠大，光線在界面 Ⅰ上可能發(fā)生全放射現(xiàn)象B．只要入射角足夠大，光線在界面 Ⅱ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象C．不管入射角多大，光線在界面 Ⅰ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D．不管入射角多大，光線在界面 Ⅱ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象3．某一束單色光在水中的傳播速度是真空中的 3/4，則( )A．水的折射率為 3/4B．水的折射率為 4/3C．從水中射向水面的光線，一定可以進(jìn)入空氣中D．這束光在水中傳播時(shí)的頻率為真空中的 3/44．在完全透明的水下某處，放一點(diǎn)光源，在水面上可見(jiàn)到一個(gè)圓形透光平面，若透光圓面的半徑勻速增大，則光源正A．加速上升

(

)B．加速下沉C．勻速上升

D．勻速下沉5．如圖7所示，一束白光通過(guò)玻璃棱鏡發(fā)生色散現(xiàn)象，下列說(shuō)法正確的是 ( )圖

7A．紅光的偏折最大，紫光的偏折最小B．紅光的偏折最小，紫光的偏折最大C．玻璃對(duì)紅光的折射率比紫光大D．玻璃中紫光的傳播速度比紅光大6.如圖8所示，一個(gè)三棱鏡的截面為等腰直角 △ABC，∠A為直角．此截面所在平面內(nèi)的光線沿平行于 BC邊的方向射到 AB邊，進(jìn)入棱鏡后直接射到 AC邊上，并剛好能發(fā)生全反射．該棱鏡材料的折射率為 ( )圖

87．如圖8所示，在桌面上有一倒立的玻璃圓錐，其頂點(diǎn)恰好與桌面接觸，圓錐的軸 (圖中虛線)與桌面垂直，過(guò)軸線的截面為等邊三角形．有一半徑為 r的圓柱形平行光束垂直入射到圓錐的底面上， 光束的中心軸與圓錐的軸重合． 已知玻璃的折射率為， 則光束在桌面上形成的光斑半徑為 ( )圖

8A．r

B．C．2r

D．8．如圖

9所示，光線從空氣垂直射入棱鏡界面

BC上，棱鏡圖9的折射率n＝2，這條光線離開(kāi)棱鏡時(shí)與界面的夾角為()A．30°B．45°C．60°D．90°9．空氣中兩條光線a和b從方框左側(cè)入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖10所示．方框內(nèi)有兩個(gè)折射率n＝的玻璃全反射棱鏡．下圖給出了兩棱鏡四種放置方式的示意圖．其中能產(chǎn)生如圖所示效果的是 ( )圖1010.如圖細(xì)束單色光由

11所示，一段橫截面為正方形的玻璃棒，中間部分彎成四分之一圓弧形狀，一MN端面的中點(diǎn)垂直射入，恰好能在弧面 EF上發(fā)生全反射，然后垂直

PQ端面射出．圖

11(1)求該玻璃棒的折射率．(2)若將入射光向 N

端平移，當(dāng)?shù)谝淮紊涞交∶?/p>

EF上時(shí)________(填“能”“不能”或“無(wú)法確定能否”)發(fā)生全反射．11．一束單色光由左側(cè)射入盛有清水的薄壁圓柱形玻璃杯，圖

12為過(guò)軸線的截面圖，調(diào)整入射角 α，使光線恰好在水和空氣的界面上發(fā)生全反射，已知水的折射率為

4，求

sinα3的值．圖1212.在厚度為d、折射率為n的大玻璃板的下表面，有一個(gè)半徑為r的圓形發(fā)光面．為了從玻璃板的上方看不見(jiàn)圓形發(fā)光面，可在玻璃板的上表面貼一塊圓形紙片，所貼紙片的最小半徑為多大13．如圖 13所示的圓柱形容器中盛滿折射率 n＝2的某種透明液體，容器底部安裝一塊平面鏡，容器直徑L＝2H，在圓心正上方h高度處有一點(diǎn)光源S，要使S發(fā)出光從液體上方觀察照亮整個(gè)液體表面，h應(yīng)該滿足什么條件．圖13第3節(jié)光的全反射答案課前預(yù)習(xí)練1．折射 反射 入射角2．光密 光疏 大于或等于13．sinC＝n4．折射率 大 全反射5．B [水面上方的所有景物出現(xiàn)在頂角為 97°的倒立圓錐里，這是由于水的臨界角為 °，光由空中射入水中時(shí)，最大折射角為 °，不能發(fā)生全反射；當(dāng)光由水中射向空中時(shí)有可能發(fā)生全反射現(xiàn)象，故 B正確，A、C、D錯(cuò)．]6．AC7．A [因?yàn)閟inC＝1＝2，則sinC<sin45，°故C<45°，所以光線在界面上發(fā)生了全反射，n3A正確．]課堂探究練1．CD [光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)， 當(dāng)入射角增大到某一角度后， 折射光線完全消失，只剩下反射光線的現(xiàn)象叫全反射，故 A、B錯(cuò)，C正確；光從水或玻璃射向氣泡時(shí)，在界面發(fā)生了全反射，即反射光增強(qiáng)，透射光減弱，就使氣泡看起來(lái)特別亮，D正確．]點(diǎn)評(píng)發(fā)生全反射的條件：①光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)；②入射角大于或等于臨界角．2．ACD [三條入射光線沿著指向圓心的方向由空氣射向玻璃磚，在圓周界面，它們的入射角為零，均不會(huì)偏折．在直徑界面，光線aO的入射角最大，光線cO的入射角最小，它們都是從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，都有發(fā)生全反射的可能．如果只有一條光線發(fā)生了全反射，那一定是aO光線，因?yàn)樗娜肷浣亲畲?，所以選項(xiàng)A對(duì)．假若光線bO能發(fā)生全反射，說(shuō)明它的入射角等于或大于臨界角，光線aO的入射角更大，所以，光線aO一定能發(fā)生全反射，光線cO的入射角可能大于臨界角，也可能小于臨界角，因此，cO光線不一定能發(fā)生全反射．所以選項(xiàng)C對(duì)，B錯(cuò)．假若光線aO恰能發(fā)生全反射，光線bO和光線cO都不能發(fā)生全反射，但bO光線的入射角更接近于臨界角，所以，光線bO的反射光線較光線cO的反射光線強(qiáng)，即光線bO的反射光線亮度較大，所以D對(duì)，本題答案選A、C、D.]點(diǎn)評(píng)當(dāng)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)未發(fā)生全反射時(shí)，隨著入射角的增大，折射光線越來(lái)越弱，反射光線越來(lái)越強(qiáng)，直到增大到臨界角之后，折射光線消失，反射光線達(dá)到最強(qiáng)．c＝錯(cuò)誤!＝2，而且sinC＝錯(cuò)誤!＝錯(cuò)誤!，所以C＝30°，選B.]3．B[因?yàn)閚＝v4．ABC[該題考查臨界角、折射率以及光速之間的關(guān)系．由臨界角的計(jì)算式1，sinC＝n得n＝1，選項(xiàng)A正確；將n＝c代入sinC＝1，得sinC＝v，故v＝csinC，選項(xiàng)B正確；sinCvnc設(shè)該單色光的頻率為f，在真空中的波長(zhǎng)為λ0，在介質(zhì)中的波長(zhǎng)為λ，由波長(zhǎng)、頻率、光速的關(guān)系得c＝λ0vλ＝，λ＝λ0cλ質(zhì)時(shí)，頻率不發(fā)生變化，選項(xiàng)D錯(cuò)誤．]點(diǎn)評(píng)臨界角、光在介質(zhì)中傳播速度v以及介質(zhì)的折射率n之間的關(guān)系為sinC＝1、nnc＝v.5．A [光導(dǎo)纖維很細(xì)，它的直徑只有幾微米到一百微米，它由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射． ]解析 由題中的已知條件可知， 要使光線從光導(dǎo)纖維的一端射入， 然后從它的另一端全部射出，必須使光線在光導(dǎo)纖維中發(fā)生全反射現(xiàn)象． 要使光線在光導(dǎo)纖維中經(jīng)歷的時(shí)間最長(zhǎng)，就必須使光線的路徑最長(zhǎng)， 即光線對(duì)光導(dǎo)纖維的入射角最小， 光導(dǎo)纖維的臨界角為 C＝arcsin1.光在光導(dǎo)纖維中傳播的路程為d＝L＝nL.光在光導(dǎo)纖維中傳播的速度為v＝c.所需最長(zhǎng)nsinCnnLn2L時(shí)間為tmax＝v＝c＝c.n點(diǎn)評(píng)光纖通信就是利用全反射原理，光在內(nèi)芯內(nèi)傳播時(shí)想要減少能量損失，外套的界面上就要發(fā)生全反射，則內(nèi)芯的折射率大于外套．

在內(nèi)芯與7．(1)證明見(jiàn)解析解析 (1)要使光線在

(2)大于或等于 2BC面發(fā)生全反射如圖所示，首先應(yīng)滿足1sinβ≥①n式中β為光線射到BC面的入射角，由折射定律，有sinα＝n，②sin90°－β將①②兩式聯(lián)立得sinα≤n2－1.(2)如果對(duì)于任意入射角的光線都能產(chǎn)生全反射，即0°≤α≤都能90產(chǎn)°生全反射，則只有當(dāng) n2－1≥1才能滿足上述條件，故 n≥2.8．m解析設(shè)照片圓形區(qū)域的實(shí)際半徑為 R，運(yùn)動(dòng)員手到腳的實(shí)際長(zhǎng)度為 L，由全反射公式得1sin＝αn幾何關(guān)系sinα＝R，R2＋h2RLr＝l得h＝n2－L1·lr取L＝m，解得h＝m～m都算對(duì))方法總結(jié)應(yīng)用全反射規(guī)律解決實(shí)際問(wèn)題的思路：(1)確定光是由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)還是由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)．1(2)若光由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，則根據(jù)sinC＝n確定臨界角，看是否發(fā)生全反射．(3)根據(jù)題設(shè)條件，畫(huà)出入射角等于臨界角的“臨界光路”．(4)運(yùn)用幾何關(guān)系、三角函數(shù)關(guān)系、反射定律等進(jìn)行判斷推理、運(yùn)算及變換，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析或定量計(jì)算．課后鞏固練1．C [本題考查全反射的條件，光只有從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)才可能發(fā)生全反射，從水晶射入玻璃、從水射入二硫化碳，從水射入水晶都是從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)，都不可能發(fā)生全反射，故A、B、D錯(cuò)誤，從玻璃射入水中是從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，有可能發(fā)生全反射，故 C正確．]2．CD[在界面Ⅰ光由空氣進(jìn)入玻璃磚，是由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，不管入射角多大，都不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象，選項(xiàng)C正確；在界面Ⅱ光由玻璃進(jìn)入空氣，是由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，但是，由于界面 Ⅰ和界面Ⅱ平行，光由界面Ⅰ進(jìn)入玻璃后再達(dá)到界面 Ⅱ，在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角，因此入射角總是小于臨界角，因此也不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象，選項(xiàng)D也正確．]3．B[由于在水中的傳播速度3c4v＝c，所以折射率為n＝＝.故A錯(cuò)，B正確．從水中4v3射向水面，如果發(fā)生了全反射，則光不會(huì)進(jìn)入空氣中，故C錯(cuò)．光在不同介質(zhì)中傳播時(shí)頻率不變，故D錯(cuò)．]4．D[所形成的透光圓面是由于全反射造成的，如圖甲所示，圓面的邊緣處是光發(fā)生全反射的位置，即i＝C.若光源向上移動(dòng)，只能導(dǎo)致透光圓面越來(lái)越小，所以光源只能向下移動(dòng)．如圖乙所示，取時(shí)間為t，則透光圓面擴(kuò)大的距離為s＝vt.設(shè)這段時(shí)間內(nèi)，光源下移的距離為 L，由幾何關(guān)系可得L＝vt＝vtcotC，由上面的表tanC達(dá)式可知vcotC為定值，L與t成正比例關(guān)系，滿足勻速運(yùn)動(dòng)條件，所以，光源應(yīng)向下勻速運(yùn)動(dòng)．]5．B [由光的色散知識(shí)可知，紅光的偏折最小，紫光的偏折最大，玻璃對(duì)紅光的折射率比紫光小，玻璃中紫光的傳播速度比紅光?。?]6．A[根據(jù)折射率定義有， sin∠1＝nsin∠2，nsin∠3＝1，已知∠1＝45°，又∠2＋∠3＝690°，解得：n＝2.]17．C[由sinC＝n，得C≈42°，可知光線首先發(fā)生全反射，作出光路圖如圖所示，由圖中幾何關(guān)系，可得rtan60°＝(R＋r)tan30，°故R＝2