新課改高中物理選修一同步專題講義：18 B全反射 中檔版（教師版）

全反射知識點：全反射一、全反射1．光疏介質和光密介質(1)光疏介質：折射率較小(填“大”或“小”)的介質．(2)光密介質：折射率較大(填“大”或“小”)的介質．(3)光疏介質與光密介質是相對(填“相對”或“絕對”)的．2．全反射現(xiàn)象(1)全反射：光從光密介質射入光疏介質時，同時發(fā)生折射和反射．若入射角增大到某一角度，折射光線完全消失，只剩下反射光線的現(xiàn)象．(2)臨界角：剛好發(fā)生全反射，即折射角等于90°時的入射角．用字母C表示，光從介質射入空氣(真空)時，發(fā)生全反射的臨界角C與介質的折射率n的關系是sinC＝eq\f(1,n).(3)全反射發(fā)生的條件①光從光密介質射入光疏介質．②入射角等于或大于臨界角．二、全反射棱鏡1．形狀：截面為等腰直角三角形的棱鏡．2．全反射棱鏡的特點：當光垂直于它的一個界面射入后，都會在其內部發(fā)生全反射，與平面鏡相比，它的反射率很高．三、光導纖維1．原理：利用了光的全反射．2．構造：由內芯和外套兩層組成．內芯的折射率比外套的大，光傳播時在內芯與外套的界面上發(fā)生全反射．3．光導纖維除應用于光纖通信外，還可應用于醫(yī)學上的內窺鏡等．4．光纖通信的優(yōu)點是傳輸容量大、衰減小、抗干擾性及保密性強等．技巧點撥一、全反射1．光疏介質和光密介質(1)光疏介質和光密介質的比較光的傳播速度折射率光疏介質大小光密介質小大(2)相對性：光疏介質、光密介質是相對的．任何兩種透明介質都可以通過比較光在其中傳播速度的大小或折射率的大小來判斷誰是光疏介質或光密介質．(3)光疏和光密是從介質的光學特性來說的，并不是它的密度大?。?，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介質．2．全反射(1)全反射的條件：①光由光密介質射入光疏介質．②入射角大于或等于臨界角．(2)從能量角度來理解全反射：當光從光密介質射入光疏介質時，隨著入射角增大，折射角也增大．同時折射光線強度減弱，即折射光線的能量減小，反射光強度增強，能量增加，當入射角達到臨界角時，折射光線強度減弱到零，反射光的能量等于入射光的能量．3．不同色光的臨界角：不同顏色的光由同一介質射向空氣或真空時，頻率越高的光的臨界角越小，越易發(fā)生全反射，說明頻率越高的色光在同一種介質中的折射率越大．二、全反射棱鏡全反射棱鏡改變光路的幾種情況入射方式項目方式一方式二方式三光路圖入射面ABACAB全反射面ACAB、BCAC光線方向改變角度90°180°0°(發(fā)生側移)三、光導纖維1．構造及傳播原理(1)構造：光導纖維是一種透明的玻璃纖維絲，直徑只有幾微米到一百微米，如圖5所示，它是由內芯和外套兩層組成的，內芯的折射率大于外套的折射率．圖5(2)傳播原理：光由一端進入，在兩層的界面上經(jīng)過多次全反射，從另一端射出，光導纖維可以遠距離傳播光信號，光信號又可以轉換成電信號，進而變?yōu)槁曇簟D像．2．光導纖維的折射率：設光導纖維的折射率為n，當入射角為θ1時，進入光導纖維的光線傳到側面恰好發(fā)生全反射，則有：sinC＝eq\f(1,n)，n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，C＋θ2＝90°，由以上各式可得：sinθ1＝eq\r(n2－1).由圖6可知：當θ1增大時，θ2增大，由光導纖維射向空氣的光線的入射角θ減小，當θ1＝90°時，若θ＝C，則所有進入光導纖維中的光線都能發(fā)生全反射，即解得n＝eq\r(2).圖6以上是光從光導纖維射向真空時得到的折射率，由于光導纖維包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比eq\r(2)大些．例題精練1．（重慶期末）a、b兩束單色光從水中射向空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角大于b光的臨界角，下列說法正確的是（）A．以相同的入射角從空氣斜射入水中，a光的折射角大 B．分別通過同一雙縫干涉裝置，b光形成的相鄰亮條紋間距大 C．在水中，a光的傳播速度較小 D．通過同一玻璃三棱鏡，a光的偏折程度大【分析】在光全反射時，由臨界角與折射率間的關系判斷兩種色光在介質中的折射率的大?。粡亩烧凵涠膳袛喽咭韵嗤侨肷鋾r的折射角大?。挥蓛煞N色光的折射率的大小與頻率的關系可得二者的頻率關系，再由雙縫干涉相鄰明文間距公式判斷；由愛因斯坦光電效應方程由二者的頻率關系判斷當a光照射某金屬表面能發(fā)生光電效應，b光是否也能發(fā)生光電效應；由光的偏折程度與折射率的關系判斷二者的偏折程度大??；【解答】解：A.由于兩束單色光從水中射向空氣發(fā)生全反射時，a光的臨界角大于b光的臨界角；由臨界角與折射率的關系：sinC=1n，可知a光的折射率較小，故二者以相同的入射角從空氣斜射入水中時，由折射定律nB.當二者分別通過同一雙縫干涉裝置時，由相鄰明文間距：Δx=LC.根據(jù)n=cD.由光的折射率、頻率、偏折程度、波長的變化規(guī)律可知，折射率越小，其在三棱鏡通過時的偏折程度越??；故通過同一玻璃三棱鏡時，由于a光的折射率較小，故其偏折程度小，故D錯誤。故選：A?！军c評】本題主要考查光的全反射、折射、雙縫干涉、光電效應的知識的綜合應用，關鍵掌握光的折射率與波長、頻率關系是解題的關鍵。難度一般。2．（寶雞期末）一束光從某種介質射向空氣時發(fā)生全反射的臨界角是37°，則該束光在介質與空氣中的傳播速度之比是（）A．3：4 B．4：3 C．5：3 D．3：5【分析】根據(jù)臨界角公式sinC=1n．求出折射率，再由光在介質中的傳播速度由公式v【解答】解：由題意，根據(jù)臨界角公式sinC=1n，可求得介質的折射率n=1故選：D?！军c評】解決本題的關鍵要掌握折射率公式n=sinisinr和光在介質中的傳播速度公式v=c隨堂練習1．（鼓樓區(qū)校級模擬）光纖通信采用的光導纖維由內芯和外套組成，如圖所示，一復色光以入射角θ0射入光導纖維后分為a、b兩束單色光，a、b兩單色光在內芯和外套界面發(fā)生全反射，下列說法正確的是（）A．內芯折射率小于外套的折射率 B．a(chǎn)光光子的能量大于b光光子的能量 C．在內芯介質中單色光a的傳播速度比b大 D．入射角由θ0逐漸增大時，b光全反射現(xiàn)象先消失【分析】發(fā)生全反射的條件是：一是光必須從光密介質射入光疏介質，即從折射率大的介質射入折射率小的介質；二是入射角大于等于臨界角．當內芯的折射率比外套的大時，光在界面上才能發(fā)生全反射．根據(jù)全反射的條件，分析入射角θ應滿足的條件；根據(jù)偏折程度判斷出折射率的大小，根據(jù)折射率與頻率的關系先判斷頻率的關系，然后由E＝hv判斷光子的能量關系；根據(jù)公式v=c【解答】解：A、發(fā)生全反射的必要條件是：光必須從光密介質射入光疏介質，即從折射率大的介質射入折射率小的介質，所以當內芯的折射率比外套的大時，光在內芯與外套的界面上才能發(fā)生全反射，故A錯誤；B、由圖可知b光偏轉角度大，說明光導纖維對b光的折射率大，根據(jù)光的頻率與折射率的關系可知b光的頻率大，由E＝hγ可知b光光子的能量大于a光光子的能量，故B錯誤；C、光導纖維對b光的折射率大，根據(jù)公式v=cD、從左端面入射的光線，入射角越大，折射角越大，根據(jù)幾何知識得知，光線射到內芯與外套的界面上時入射角越小，越不容易產(chǎn)生全反射；b的頻率大，則光導纖維內芯相對于外套的折射率b光也大，根據(jù)sinC=1n，可知b光在光導纖維內芯與外套的界面處的臨界角小，所以在入射角由θ故選：C?！军c評】解決本題本題的關鍵掌握發(fā)生全反射的條件，運用幾何知識分析入射角的大小，從而來理解光纖通信的原理．2．（肥城市模擬）打磨某剖面如圖所示的寶石時，必須將OP、OQ邊與軸線的夾角θ打磨在θ1＜θ＜θ2的范圍內，才能使從MN邊垂直入射的光線，在OP和OQ邊都發(fā)生全反射，僅考慮如圖所示的光線第一次射到OP邊并反射到OQ邊的情況，則下列判斷正確的是（）A．若θ＜θ2，光線會在OP邊射出 B．若θ＜θ1，光線會在OP邊發(fā)生全反射 C．若θ＞θ2，光線會在OP邊發(fā)生全反射 D．若θ＞θ2，光線會在OQ邊射出【分析】發(fā)生全反射的條件是光從光密介質射入光疏介質，入射角大于臨界角。根據(jù)條件：θ在θ1＜θ＜θ2的范圍內，才能使從MN邊垂直入射的光線，在OP邊和OQ邊都發(fā)生全反射，結合幾何關系分析臨界角的范圍，再進行判斷。【解答】解：從MN邊垂直入射，由幾何關系可知光線射到PO邊上時的入射角i＝90°﹣θ，據(jù)題：θ在θ1＜θ＜θ2的范圍內，才能使從MN邊垂直入射的光線，在OP邊和OQ邊都發(fā)生全反射，說明臨界角C的范圍為：90°﹣θ2＜C＜90°﹣θ1。A、由題意，若θ＜θ2，同時滿足θ1＜θ，則光線不會在OP邊射出，故A錯誤；B、若θ＜θ1，i＝90°﹣θ＞90°﹣θ1＞C，故光線在OP邊會發(fā)生全反射，故B正確；CD、若θ＞θ2，光線在PO上入射角i＝90°﹣θ＜90°﹣θ2＜C，故光線在OP邊一定不發(fā)生全反射，會從OP邊射出，而OP邊的反射光在OQ邊上容易發(fā)生全反射，故CD錯誤。故選：B。【點評】本題關鍵要掌握全反射的條件，靈活應用幾何知識幫助分析入射角的大小，即可進行判斷。3．（房山區(qū)一模）關于光現(xiàn)象下列說法正確的是（）A．用光導纖維傳播信號，是利用了光的全反射原理 B．光電效應現(xiàn)象說明光具有波動性 C．通過游標卡尺兩個卡腳間狹縫，看到的遠處日光燈的彩色條紋是光的干涉條紋 D．在光的雙縫干涉實驗中，若僅將入射光強度增大，則干涉條紋間距變寬【分析】光導纖維傳播信號利用了光的全反射原理；光電效應現(xiàn)象說明光具有粒子性；狹縫所看到的遠處日光燈的彩色條紋，是光的衍射所致；雙縫干涉實驗中，干涉條紋間距與光的強度無關?！窘獯稹拷猓篈、光在光導纖維中傳播信號，是利用了光的全反射原理，故A正確；B、光電效應現(xiàn)象說明光具有粒子性，光的干涉與衍射說明光具有波動性，故B錯誤；C、兩枝鉛筆的狹縫所看到的遠處日光燈的彩色條紋，是光的衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的，故C錯誤；D、光的雙縫干涉實驗中，干涉條紋的寬度△x=L故選：A?！军c評】該題考查光的全反射、干涉、衍射和光電效應現(xiàn)象，掌握干涉條紋間距公式是關鍵．綜合練習一．選擇題（共30小題）1．（墊江縣校級月考）下列說法正確的是（）A．物體做受迫振動的頻率等于固有頻率 B．光纖通信利用了光的全反射原理 C．用同一套裝置做楊氏雙縫干涉實驗，光的波長越大，相鄰兩亮條紋中心間距越小 D．根據(jù)狹義相對論，物體運動時的質量小于靜止時的質量【分析】光在科學技術、生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應用，根據(jù)光的特性、受迫振動、光的干涉和相對論判斷現(xiàn)象是否正確．【解答】解：A、物體做受迫振動的頻率等于驅動力的頻率，與其固有周期無關，故A錯誤；B、光纖通信利用了光的全反射原理，當內芯的折射率比外套的大時，光傳播時在內芯與外套的界面上才能發(fā)生全反射，故B正確；C、根據(jù)干涉條紋的寬度公式：△x=LD、根據(jù)相對論物體的質量：m=m故選：B。【點評】解本題的關鍵是知道全反射（是光從光密介質到光疏介質傳播）、受迫振動（其頻率等于驅動力的頻率）、光的干涉和相對論的實質，及其生活實際中的應用．2．（泰安期末）如圖所示，圓心為O、半徑為R的半圓形玻璃磚置于水平桌面上，光線從P點垂直界面入射后，恰好在玻璃磚圓形表面發(fā)生全反射；當入射角θ＝60°時，光線從玻璃磚圓形表面出射后恰好與射光平行。已知真空中的光速為c，則（）A．當入射角θ＝60°時，光在玻璃中的傳播時間為23B．當入射角θ＝60°時，光在玻璃中的傳播時間為2RcC．OP之間的距離為22RD．OP之間的距離為23【分析】根據(jù)題意畫出光路圖，根據(jù)全反射條件結合折射定律求解OP、折射率和臨界角C，根據(jù)v=c【解答】解：當入射角θ＝60°時，光線從玻璃磚圓形表面出射后恰好與入射光平行，則出射點A恰好在O點的正上方，而且折射光線與垂直于OP的直線的夾角也等于θ，故光路如圖所示。設OP之間的距離為d，根據(jù)題意可知，當光線從P點垂直界面入射后，恰好在玻璃磚圓形表面發(fā)生全反射，則：n=當入射角θ＝60°時，則：n=由幾何關系可得：PA=d聯(lián)立解得：d=33R光在玻璃中的傳播時間：t=可得：t=2R故選：B?！军c評】本題主要是考查了光的折射和光的全反射；解答此類題目的關鍵是弄清楚光的傳播情況，畫出光路圖，根據(jù)圖中的幾何關系求出折射角或入射角，然后根據(jù)光的折射定律或全反射的條件列方程求解。3．（寧陽縣校級月考）下列有關光學現(xiàn)象的說法正確的是（）A．光從光密介質射入光疏介質，若入射角小于臨界角，則一定發(fā)生全反射 B．光從光密介質射入光疏介質，其頻率不變，傳播速度變小 C．光可以作為載體來傳遞信息 D．光在各種介質中的速度相同【分析】發(fā)生全反射的必要條件是光從光密介質射入光疏介質，入射角大于或等于臨界角；光的頻率由光源自身決定，根據(jù)v=c【解答】解：A、發(fā)生全發(fā)射的條件是，光從光密介質射入光疏介質，且入射角大于或等于臨界角，若入射角小于臨界角，則一定不發(fā)生全反射，故A錯誤；B、光從光密介質射到光疏介質，頻率不變，根據(jù)v=cC、光可以傳遞其振動的形式與能量，所以光可以作為載體來傳遞信息，故C正確；D、介質不同，光的傳播速度一般不同，故D錯誤。故選：C?！军c評】解決該題的關鍵是明確全反射的條件，知道光速與折射率之間的關系式。4．（皇姑區(qū)校級月考）關于光在傳播過程中所表現(xiàn)的現(xiàn)象，下列說法不正確的是（）A．用光導纖維束傳輸圖象和信息，利用了光的全反射原理 B．白光通過分光鏡在光屏上形成的彩色光帶是光的色散現(xiàn)象 C．光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波 D．涂有增透膜的照相機鏡頭呈淡紫色，說明增透膜增強了對淡紫色光的透色程度【分析】光導纖維是運用光的全反射原理；偏振是橫波特有的現(xiàn)象；色散有折射與干涉色散之分，理解增透膜的作用即可求解．【解答】解：A、光導纖維束傳輸圖象和信息是利用了光的全反射原理，故A正確；B、白光通過分光鏡在光屏上形成的彩色光帶是由于不同色光折射率不同而產(chǎn)生光的色散現(xiàn)象，故B正確；C、偏振是橫波特有的現(xiàn)象，光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波，故C正確；D、在選擇增透膜時，一般是使對人眼靈敏的綠色光在垂直入射時相互抵消，這時光譜中其它頻率的光將大部分抵消，因此進入鏡頭的光有很多，但以抵消綠光為主，這樣照相的效果更好。對于增透膜，有約1.3%的光能量會被反射，再加之對于其它波長的光，給定膜層的厚度是綠光在薄膜中的波長的14本題選擇不正確，故選：D?！军c評】考查常見的光學現(xiàn)象，理解光的全反射原理、掌握干涉與衍射、色散的區(qū)別是解答的關鍵．5．（市中區(qū)校級月考）下列物理知識說法中錯誤的是（）A．在真空中傳播的電磁波，頻率越大，波長越短 B．讓藍光和綠光通過同一雙縫干涉裝置，綠光形成的干涉條紋間距較大 C．光纖通信、全息照相及醫(yī)用纖維式內窺鏡都是利用了光的全反射原理 D．拍攝玻璃櫥窗內的物品時，往往在鏡頭前加裝一個偏振片以減弱玻璃反射光的影響【分析】根據(jù)光速與波長、頻率的關系分析；據(jù)光的干涉條紋間距公式△x=Ld【解答】解：A、在真空中傳播的電磁波，傳播速度不變，則v＝λf得，頻率越大的，波長越短，故A正確。B、讓藍光和綠光通過同一雙縫干涉裝置，因藍光的波長小于綠光，根據(jù)光的干涉條紋間距公式△x=LdC、全息照相不是利用光的全反射，是利用光的干涉，故C錯誤；D、玻璃的反射光屬于偏振光，加偏振片作用是減弱玻璃反射光的影響，故D正確。本題選擇錯誤的故選：C?！军c評】本題考查光的傳播、衍射與干涉現(xiàn)象，掌握電磁波的公式v＝λf，理解偏振片的作用是關鍵．6．（慈溪市期末）下列有關光現(xiàn)象的說法正確的是（）A．照相機的鏡頭表面鍍有一層膜、全息照相技術都是應用了光的干涉 B．光導纖維內芯的折射率比外套的小，光傳播時在內芯與外套的界面發(fā)生全反射 C．白光穿過玻璃磚時，各單色光傳播速度不相等，紅光速度最小，紫光速度最大 D．在太陽光照射下，水面上油膜出現(xiàn)彩色花紋是光的全反射現(xiàn)象【分析】照相機的鏡頭表面鍍有一層膜是利用薄膜干涉現(xiàn)象，全息照相技術都是應用了光的干涉；當光從光密介質射入光疏介質，入射角大于臨界角時，光線全部反射回原介質的現(xiàn)象叫全反射現(xiàn)象，根據(jù)全反射的條件判斷內芯和外套的折射率大??；根據(jù)c＝nv，結合折射率大小，可知它們的傳播速度的大??；在太陽光照射下，水面上油膜出現(xiàn)彩色花紋是薄膜干涉現(xiàn)象?！窘獯稹拷猓篈、照相機的鏡頭表面鍍有一層膜是利用薄膜干涉現(xiàn)象，全息照相技術利用光的干涉，而激光相干性好，平行度好、可以成為全息照相的光源，故A正確；B、光導纖維是利用光的全反射現(xiàn)象制成的，根據(jù)全反射的條件可知：光導纖維絲內芯材料的折射率比外套材料的折射率大，故B錯誤；C、玻璃對不同的色光的折射率不同，紅色光的折射率最小，紫色光的折射率最大，由v=cD、光在油膜的上下兩個表面分別發(fā)生反射，兩列反射光在油膜的上表面發(fā)生薄膜干涉，不同色光干涉條紋的間距不同，從而形成彩色花紋，所以這是光的干涉現(xiàn)象，故D錯誤。故選：A?！军c評】該題考查了光學中的幾種常見現(xiàn)象，如干涉、全反射以及光的折射，解決該題需明確這些現(xiàn)象的原理，熟記光速公式。7．（南通期末）2020年5月，我國第一臺半導體激光隱形晶圓切割機研制成功。如圖所示，兩平行細激光束a、b射向空氣中足夠大的長方體透明材料的下表面，發(fā)現(xiàn)該材料的上表面只有一處有光線射出，則（）A．激光a的折射率大于激光b的折射率 B．激光a的頻率小于激光b的頻率 C．兩束激光a、b在材料的上表面發(fā)生了干涉 D．有一束激光在材料的上表面發(fā)生了全反射【分析】產(chǎn)生全反射的必要條件是光必須從光密介質射入光疏介質；由圖知a光的折射率小于b的折射率，折射率大，則頻率也大。由這些知識進行分析?！窘獯稹拷猓篈、只有一束光線射出，說明兩束光線在同一個位置射出時沿同一方向出來，根據(jù)玻璃磚的光學特點可知出射光線與入射光線平行，且發(fā)生了一定側移，則知a光偏折程度較小，所以a光的折射率小于b的折射率，故A錯誤；B、根據(jù)折射率與頻率的關系，結合a光的折射率小于b的折射率可知a光的頻率小于b的頻率，故B正確；C、兩束光的頻率不同，不能發(fā)生干涉，故C錯誤；D、產(chǎn)生全反射的必要條件是光線必須從光密介質射入光疏介質，且入射角大于等于臨界角。光線從空氣射到玻璃磚上表面的入射角等于下表面上的折射角，不可能大于臨界角，所以在上表面不可能發(fā)生全反射，故D錯誤。故選：B?！军c評】光線通過平行板玻璃磚后，根據(jù)偏折程度可定性判斷折射率大小，從而進一步分析兩種光速度、頻率等等的關系。要掌握全反射的條件，要加深對玻璃磚光學特性的理解。8．（諸城市期中）光線以45°入射角從玻璃中射到玻璃與空氣的界面上，恰好沒有光線射到空氣中，則光線在該玻璃中的傳播速度為（）A．1.732×108m/s B．3.000×108m/s C．2.121×108m/s D．3.464×108m/s【分析】根據(jù)全反射的條件求出折射率，由v=c【解答】解：由題，入射角i＝45°時發(fā)生全反射，則臨界角C＝45°，由sinC=則折射率：n=光在玻璃中的速度為：v=cn=故C正確，ABD錯誤故選：C。【點評】解決本題的關鍵是掌握光速公式v=c9．（浙江模擬）下列有關光現(xiàn)象的說法不正確的是（）A．泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象 B．在水中的潛水員斜向上看岸邊的物體，看到的像比物體所處的實際位置高 C．高反膜對某頻段的光可達到接近100%的反射率，其利用的是光的全反射現(xiàn)象 D．拍攝玻璃櫥窗內的物品時，往往在鏡頭前加裝偏振片以減弱玻璃表面反射光的影響【分析】由光的衍射現(xiàn)象：繞過阻礙物繼續(xù)向前傳播；在光學器件上鍍上一層厚度為d的薄膜，使強度相等的兩束反射光（或透射光）的光程差滿足干涉加強減弱條件，可以提高光學器件的透射率或反射率。增加反射率（即反射光的光程差）的薄膜就是高反膜；偏振原理利用光是橫波的特點?！窘獯稹拷猓篈、泊松亮斑是光通過不透明的小圓盤發(fā)生衍射時形成的，故A正確；B、由光折射現(xiàn)象可知，在水中的潛水員斜向上看岸邊的物體，看到的物體的像將比物體所處的實際位置高，故B正確；C、高反膜對某頻段的光可達到接近100%的反射率，其利用的是光的薄膜干涉現(xiàn)象，故C不正確；D、由于反射光是偏振光，在拍攝玻璃櫥窗內的物品時，往往在鏡頭前加裝一個偏振片以減弱玻璃的反射光，故D正確。本題選擇不正確的，故選：C?！军c評】本題考查光的衍射與干涉現(xiàn)象以及光的偏振現(xiàn)象，掌握干涉與衍射的特點，理解偏振片的作用是關鍵。10．（杭州期末）如圖，一半徑為R的玻璃半球，折射率為1.5，現(xiàn)有一束均勻的平行光垂直入射到整個半球的底面上，進入玻璃半球的光線中不可能直接從半球面出射的百分比為（）A．66.7% B．55.6% C．44.4% D．33.3%【分析】由全反射定理得到可從球面射出的光線的范圍。進而得到最大距離，然后求出不可能直接從半球面出射的百分比為。【解答】解：做過某一條直徑的剖面圖如圖，設從底面上A處射入的光線，在球面上發(fā)生折射時的入射角為i，當i等于全反射臨界角ic時，對應入射光線到光軸的距離最大，設最大距離為l，則：i＝ic設n是玻璃的折射率，由全反射臨界角的定義有：nsinic＝l由幾何關系有：sini=聯(lián)立可得：l=2可以直接從半球面出射的光與其面積成正比，由：S＝πl(wèi)2可以直接從半球面出射的百分比：δ=SS0則不可能直接從半球面出射的百分比為55.6%故B正確，ACD錯誤。故選：B?！军c評】光只發(fā)生折射，即光不發(fā)生全反射，所以，入射角小于臨界角，由此得到可發(fā)生折射的光線范圍。11．（淮安區(qū)期中）某種透明液體的折射率為2，關于全反射下列說法正確的是（）A．光從空氣進入該液體時臨界角為30° B．光從空氣進入該液體時臨界角為60° C．光從該液體進入空氣時臨界角為30° D．光從該液體進入空氣時臨界角為60°【分析】發(fā)生全反射的條件是光從光密介質進入光疏介質，入射角大于等于臨界角。【解答】解：發(fā)生全反射的條件是光從光密介質進入光疏介質，即從液體進入空氣，全反射臨界角的正弦值sinC=1故選：C?！军c評】解決本題的關鍵知道光發(fā)生全反射的條件：光從光密介質進入光疏介質，入射角大于等于臨界角，而全反射臨界角的正弦值sinC=112．（湖北期中）小明同學在2018年1月31日晚觀看月全食時，看到了暗淡的“血月”。小明畫了月全食的示意圖，并提出了如下猜想，其中最為合理的是（）A．太陽光中的紅光經(jīng)過地球大氣層最容易發(fā)生全反射，在地球上容易觀察到紅光 B．太陽光中的紅光經(jīng)過地球時發(fā)生了衍射現(xiàn)象，故月球表面呈暗紅色 C．太陽照射到地球的紅光反射到月球，呈暗紅色 D．發(fā)生月全食時，月球處于地球的本影區(qū)，故月球看上去十分暗淡【分析】發(fā)生月食時，地球擋住了太陽射向月球的光，但是還會有部分光線通過地球大氣層發(fā)生折射，所以會有部分地球大氣層折射后的紅色光射向月亮，這就讓我們看到了“紅月亮”?！窘獯稹拷猓寒斕枴⒌厍?、月球在同一直線上，地球位于太陽與月球之間時，太陽發(fā)出的沿直線傳播的光被不透明的地球完全擋住，光線照不到月球上，月球處于地球的本影區(qū)，故月球看上去十分暗淡，在地球上完全看不到月球的現(xiàn)象就是月全食?？吹秸麄€月亮是暗紅的，是因為太陽光中的紅光經(jīng)地球大氣層折射到月球，故D正確，ABC錯誤。故選：D?！军c評】解釋本題的關鍵知道月食的成因，以及出現(xiàn)“紅月亮”的原因。平時要注意觀察與思考，用我們所學的物理知識解釋生活中的物理現(xiàn)象。13．（河北區(qū)二模）兩束單色光A、B的波長分別為λA、λB，且λA＝2λB，已知普朗克常量為h、光速為c，則下列說法正確的是（）A．B光在水中發(fā)生全反射時的臨界角較大 B．用同一裝置進行楊氏雙縫干涉實驗時，可以觀察到B光產(chǎn)生的條紋間距較大 C．A、B兩種光子的動量之比為2：1 D．光電效應實驗中，單色光A照射某金屬板時，剛好有光電子從金屬表面逸出。當單色光B照射該金屬板時，光電子的最大初動能為hc【分析】由波長與頻率、折射率的關系判斷折射率，然后由折射率與臨界角的關系判斷；根據(jù)雙縫干涉寬度公式判斷；根據(jù)動量與波長的關系判斷；根據(jù)光電效應方程判斷。【解答】解：A、由于λA＝2λB，可知A的頻率小于B的頻率，則A的折射率小于B的折射率，根據(jù)sinC=1B、根據(jù)△x=LC、光子的動量：p=?λ，由于λA＝2λD、在光電效應實驗中，根據(jù)Ekm＝hγ﹣W0=?cλ?W0故選：D?！军c評】該題基于光的本性考查光電效應、光的雙縫干涉、全反射等知識點的內容，屬于光的本性的綜合，做好這一類的題目，關鍵是在平時的學習中多加積累。14．（聊城二模）如圖甲所示，這是某學?？萍蓟顒有〗M設計的光電煙霧探測器，當有煙霧進入探測器時，來自光源S的光會被煙霧散射進入光電管C如圖乙所示。煙霧濃度越大，進入光電管C中的光就越強，光射到光電管中的鈉表面時會產(chǎn)生光電流，當光電流大于10﹣8A時，便會觸發(fā)報警系統(tǒng)報警。已知鈉的極限頻率為6.0×1014Hz，光速c＝3.0×108m/s，元電荷e＝1.6×10﹣19C，下列說法正確的是（）A．要使探測器正常工作，光源S發(fā)出的光的波長不能小于5.0×10﹣7m B．探測器正常工作時，提高光源發(fā)出光的頻率，就能讓報警器在煙霧濃度較低時報警 C．光電管C中能發(fā)生光電效應是因為光發(fā)生了全反射 D．當報警器報警時，鈉表面每秒釋放的光電子數(shù)最少是6.25×1010個【分析】根據(jù)光電效應方程，知光電子的最大初動能與入射光的頻率有關，入射光的頻率越大，光電子的最大初動能越大，然后結合光電煙霧探測器的特點，以及電流的定義式分析即可求解?！窘獯稹拷猓篈、根據(jù)逸出功和截止頻率的關系W0=?vc=?B、光源S發(fā)出的光波能使光電管發(fā)生光電效應，那么光源越強，被煙霧散射進入光電管C的光越多，越容易探測到煙霧，即光電煙霧探測器靈敏度越高，與光源的頻率無關，故B錯誤；C、光束遇到煙霧發(fā)生散射，是一種反射現(xiàn)象，故C錯誤；D、光電流等于10﹣8A時，每秒產(chǎn)生的光電子的個數(shù)：n=Ite=故選：D?！军c評】該題屬于物理知識在日常生活中的應用，解決本題的關鍵掌握光電效應方程，知道光電子的數(shù)目與入射光的強度有關。15．（浙江模擬）已知聲波在兩介質分界處傳播遵循的規(guī)律與光的折射規(guī)律類似，可以表達為n=sinθ1sinθ2=A．v0＝v1＝v2 B．v0＜v1，v0＜v2 C．v0＞v1，v0＜v2 D．v0＞v1，v0＞v2【分析】聲波在這一水層中傳播時，會在這一水層的上部、下部發(fā)生全反射現(xiàn)象，根據(jù)全反射發(fā)生的條件分析?！窘獯稹拷猓河深}意聲波在水層的上表面發(fā)生全反射，則：sin90°可知：v0＜v1同理聲波在水層的下表面發(fā)生全反射，則：sin90°可知：v0＜v2故B正確，ACD錯誤。故選：B。【點評】本題考查了全反射等光學概念對學生來講都相對陌生，在從材料中進行挖掘和理解，再進一步運用到解決問題當中，有一定難度。16．（恩施市模擬）關于光的全反射現(xiàn)象，下列說法錯誤的是（）A．只有光從光疏介質射入光密介質時，可能發(fā)生全反射 B．全反射臨界角和介質的折射率有關 C．全反射反射率比平面鏡反射率高 D．“光纖通信”就是利用了全反射的原理【分析】產(chǎn)生全反射的必要條件是：光從光密介質射入光疏介質；根據(jù)光的折射現(xiàn)象分析太陽從地平線上升起時實際太陽的位置；在光的各種現(xiàn)象中光路都是可逆的；根據(jù)臨界角公式sinC=1【解答】解：A、根據(jù)全反射發(fā)生的條件可知，只有光從光密介質射入光疏介質時，可能發(fā)生全反射，故A錯誤；B、由臨界角公式sinC=1C、全反射沒有光線的損失，所以全反射反射率比平面鏡反射率高，故C正確；D、“光纖通信”就是利用了全反射的原理，故D正確。本題選擇錯誤的，故選：A?！军c評】本題關鍵要不掌握全反射的條件、光路的可逆性原理和臨界角公式，并能運用折射分析自然現(xiàn)象，比較簡單。17．（海南模擬）紅、黃、綠三種單色光以相同的入射角從水中射向空氣，若綠光在界面上恰好發(fā)生全反射，則下列判斷正確的是（）A．黃光一定能發(fā)生全反射 B．紅光一定能發(fā)生全反射 C．黃光在水中的波長比紅光在水中的波長長 D．這三種單色光相比，紅光在水中傳播的速率最大【分析】根據(jù)臨界角公式sinθ=1【解答】解：AB、由于紅、黃、綠三種單色光中綠光的折射率最大，紅光的折射率最小，則根據(jù)臨界角公式sinθ=1C、簧光的頻率于紅色的頻率，由λ=cγ可知簧光的波長小于紅色的波長，簧光的折射率大于紅色的折射率，由nD、由于紅、黃、綠三種單色光中綠光的折射率最大，紅光的折射率最小，根據(jù)v=c故選：D?！军c評】本題考查折射率與臨界角的關系，及能發(fā)生全反射的條件，是基本題。18．（敘州區(qū)校級月考）下列說法正確的是（）A．單縫衍射實驗中，縫越寬，條紋越亮，衍射現(xiàn)象越明顯 B．光纖通信，醫(yī)用纖維式內窺鏡都利用了光的全反射原理 C．機械波傳播過程中，某質點在一個周期內向前移動一個波長的距離 D．地球上的人看來，接近光速運動的飛船中的時鐘變快了【分析】縫越寬，條紋越亮，衍射現(xiàn)象越不明顯；光纖通信、醫(yī)用纖維式內窺鏡都是利用了光的全反射原理；機械波傳播過程中，質點不會隨著波遷移；鐘慢效應：運動的鐘比靜止的鐘走得慢，而且，運動速度越快，鐘走的越慢，接近光速時，鐘就幾乎停止了?！窘獯稹拷猓篈、單縫衍射實驗中，縫越寬，條紋越亮，衍射現(xiàn)象越不明顯，故A錯誤；B、光纖通信、醫(yī)用纖維式內窺鏡都是利用了光的全反射原理，故B正確；C、波在一個周期內向前傳播的距離等于波長，但介質中質點不會隨波遷移，只在各自的平衡位置附近振動，故C錯誤；D、根據(jù)鐘慢效應知，地球上的人看來，接近光速運動的飛船中的時鐘變慢了，故D錯誤。故選：B?！军c評】本題考查波的基礎知識，要掌握發(fā)生明顯衍射現(xiàn)象的條件、機械波的特點、相對論等知識，了解什么是鐘慢效應。19．（濰坊期末）如圖，在某種液體內，有一軸截面為正三角形的薄壁透明圓錐罩ABC，底面水平，罩內為空氣。發(fā)光點D位于AB中點，發(fā)出的垂直于BC的光恰好不能射出液面。下列說法正確的是（）A．D發(fā)出的光照射到CB界面時可能發(fā)生全反射 B．液面上方能夠看到透明罩所有位置都被照亮 C．液體的折射率為23D．液體的折射率為3【分析】由幾何關系求出光線在BC面上的入射角，作出光路圖，光線恰好在水平液面上發(fā)生了全反射，入射角等于臨界角C，根據(jù)折射定律和幾何知識結合求解。【解答】解：A、D發(fā)出的光照射到CB界面時，是從光疏介質向光密介質入射，不能發(fā)生全反射，故A錯誤；B、由題，發(fā)光點D發(fā)出的垂直于BC的光垂直于BC恰好不能射出液面，可知點D發(fā)出的垂直于BC的光垂直于BC以下的部分不能射出界面，所以在液面上方不能夠看到透明罩所有位置都被照亮，故B錯誤；CD、由幾何關系可知，發(fā)光點D發(fā)出的垂直于BC的光垂直于BC進入液體后，在上邊的界面處的入射角等于60°，恰好不能射出液面，則臨界角為60°，所以折射率：n=1故選：C?！军c評】本題是幾何光學問題，關鍵要掌握全反射條件及臨界角與折射率的大小關系sinC=120．（順義區(qū)校級模擬）如圖所示是某種頻率的光常溫下從真空向介質入射時幾種介質對真空的折射率，由表中數(shù)據(jù)結合相關知識可以知道（）介質折射率介質折射率金剛石2.42巖鹽1.55二氧化碳1.63酒精1.36玻璃1.5﹣1.8水1.33水晶1.55空氣1.00028A．這種光在玻璃中的速度大于在水中的速度 B．這種頻率的光用同一裝置在水中進行雙縫干涉實驗觀測的條紋間距大于在空氣中觀測的條紋間距 C．光密介質的密度一定大于光疏介質密度 D．這種頻率的光從水晶射入空氣比從水射入空氣更容易發(fā)生全反射【分析】圖中給出的是各種物質的相對折射率信息，判斷在介質中的速度要結合公式v=cn判斷，折射率大光速??；雙縫干涉條紋寬度與波長成正比，通過據(jù)v=cn和v＝【解答】解：A、光在玻璃中的折射率大于在水中的折射率，根據(jù)v=cB、根據(jù)v=cn和v＝λf得，cf=nλ，對于同一種光C、光密介質和光疏介質的定義與密度不一樣，酒精密度小于水但折射率卻大于水，因此光密介質的密度不一定大于光疏介質密度，故C錯誤；D、根據(jù)n=1故選：D?！军c評】本題考查的是光的折射問題，要熟練掌握幾個重要公式﹣﹣v=cn、v＝λf、n=1sinC，光疏介質和光密介質根密度概念不對等，不能混為一談，并非光密介質密度就大，對于同一種光折射率大光速??；雙縫干涉條紋寬度與波長成正比，通過據(jù)v=c21．（本溪縣校級期末）一束光在兩種介質的界面處發(fā)生全反射，下列判斷正確的是（）A．光一定是由光密介質射向光疏介質 B．光一定是由光疏介質射向光密介質 C．入射角一定大于臨界角 D．入射角一定小于臨界角【分析】發(fā)生全反射的條件是光從光密介質進入光疏介質，入射角大于等于臨界角，從而即可求解．【解答】解：光在兩種介質的界面處發(fā)生全反射，知光從光密介質進入光疏介質，入射角大于或等于臨界角。故A正確，B、C、D錯誤。故選：A?！军c評】考查光的全反射現(xiàn)象，注意解決本題的關鍵知道光發(fā)生全反射的條件，并理解臨界角的含義．22．（杭州期中）如圖所示，將透明長方體放在空氣中，矩形ABCD是它的一個截面，將a、b兩種單色細光束射入到P點，入射角為θ＝45°，AP=1A．在介質中b光比a光速度大 B．a(chǎn)光在介質中的折射n=5C．若要a光束在AD面上發(fā)生全反射，θ角的范圍應滿足π4＜θD．改變入射角θ的大小，b光一定可以從AD面射出【分析】根據(jù)折射定律分析折射率的大小，由v=cn分析光在介質中速度大小。根據(jù)幾何知識求出a光在介質中的折射角，再由折射定律求出折射率。θ越大，折射角越大。當光束進入長方體后恰好射至AD面上D點時，角θ的值最小，由幾何知識求出此時的折射角的正弦值，由折射定律求出角θ的最小值，從而得到【解答】解：A、a光的折射角大于b光的折射角，由折射定律知b光的折射率大于a光的折射率，由v=cB、a光折射后恰好射至AD面上D點，如圖所示。根據(jù)幾何關系可知：sinα=a光在介質中的折射率為：n=sinθC、若要a光束在AD面上發(fā)生全反射，則有：sin（π2?α得：cosα＞sinα=由n=sinθsinα得：sinθ＞62＞D、b光的折射率大于a光的折射率，由sinC=1n知b光的臨界角小于a光的臨界角，但不確定b光臨界角的范圍，因此，改變入射角故選：C?！军c評】本題是全反射、折射定律、臨界角等知識的綜合應用，首先要正確作出光路圖，運用幾何知識研究折射角，要掌握全反射的條件和臨界角公式，并能靈活運用。23．（西湖區(qū)校級模擬）在自然界、日常生活和科學技術中，有關光的四種現(xiàn)象，其中與光的全反射有關的是（）①沙漠中的蜃景②露水珠或噴泉的水珠，在陽光照耀下格外明亮③插在水中的筷子看起來向上折了④應用光導纖維傳輸圖象信號A．①②③ B．①③④ C．①②④ D．②③④【分析】要發(fā)生光的全反射，必須光從光密介質進入光疏介質，且入射角大于臨界角。例如光從水中進入空氣，有可能發(fā)生全反射現(xiàn)象。我們在柏油路上?？吹角胺接幸惶端?，走進時即沒有，這就是光的全反射導致【解答】解：①．海市蜃樓是一種由光的折射產(chǎn)生的現(xiàn)象，是由于光在密度不均勻的物質中傳播時，發(fā)生折射而引起的，屬于全反射。故①正確；②．露水珠或噴泉的水珠，在陽光照耀下在部分位置發(fā)生全反射，所以格外明亮，故②正確；③．水中的筷子看起來向上折了，是由于發(fā)生了光的折射。故③錯誤；④．由于光導纖維能全反射，故用來傳輸光信號、圖象信號。故④正確；故ABD錯誤，C正確，故選：C?！军c評】解決該題的關鍵是熟記全反射現(xiàn)象的概念，要求在平常學習是多積累一些對生活常見的現(xiàn)象的理論解釋；24．（梅河口市校級月考）華裔科學家高錕獲得2009年諾貝爾物理獎，他被譽為“光纖通訊之父”。光纖通訊中信號傳播的主要載體是光導纖維，它的結構如圖所示，其內芯和外套材料不同，光在內芯中傳播。下列關于光導纖維的說法中正確的是（）A．內芯的折射率比外套的大，光傳播時在內芯與外套的界面上不能發(fā)生全反射 B．內芯的折射率比外套的小，光傳播時在內芯與外套的界面上發(fā)生全反射 C．在光纖中折射率大的光傳播的速度大 D．在光纖中折射率小的光傳播的速度大【分析】發(fā)生全反射的條件是：一是光必須從光密介質射入光疏介質，即從折射率的介質射入折射率小的介質；二是入射角大于臨界角。當內芯的折射率比外套的大時，光在界面上才能發(fā)生全反射。波長越長、頻率越小的光，介質對它的折射率越小，根據(jù)公式v=c【解答】解：AB、當內芯的折射率比外套的大時，光傳播時在內芯與外套的界面上才能發(fā)生全反射。故AB錯誤。C、波長越長的光，介質對它的折射率n越小，根據(jù)公式v=cD、頻率越大的光，介質對它的折射率n越大，根據(jù)公式v=c故選：D?！军c評】對于全反射關鍵抓住發(fā)生全反射的條件。對于波長、頻率與折射率的關系，可借助光的色散、干涉實驗結果加深理解、記憶。25．（邢臺月考）夏天，柏油路面看上去有“水”，這是由于（）A．光的折射 B．光的全反射 C．光的衍射 D．光的干涉【分析】我們在柏油路上常看到前方有一潭水，走進時即沒有，這就是光的全反射導致?！窘獯稹拷猓合奶?，當對于光照射到柏油馬路面上，從遠處看格外光亮，馬路面上方空氣不均勻，則滿足光的全反射條件，光線發(fā)生了全反射。故ACD錯誤，B正確故選：B?！军c評】該題考查常見的光學現(xiàn)象，屬于物理知識在日常生活中的應用，要注意對這一部分知識的積累。26．（五蓮縣期中）下列現(xiàn)象中，屬于光的全反射現(xiàn)象的是（）A．陽光下的鏡子耀眼 B．雨后天邊出現(xiàn)彩虹 C．早晨東方天邊出現(xiàn)紅色朝霞 D．荷葉上的水珠在陽光下晶瑩透亮【分析】當光從光密介質射入光疏介質，入射角大于臨界角時，光線全部反射回原介質的現(xiàn)象叫全反射現(xiàn)象。對照全反射的定義依次分析說明?！窘獯稹拷猓篈、陽光下的鏡子耀眼是光的鏡面反射，不是全反射涉，故A錯誤；B、雨后彩虹屬于光的折射，故B錯誤；C、早晨的紅色朝霞是由于空氣的散射作用，故C錯誤；D、荷葉上的水珠在陽光下晶瑩透亮，是由于光線在水珠中發(fā)生全反射。D項正確；故選：D?！军c評】本題關