1、2全反射记一记全反射知识体系1个现象全反射现象2个条件全反射的两个条件：光从光密介质射入光疏介质和入射角大于等于临界角2个应用全反射棱镜、光导纤维 辨一辨1.密度大的介质就是光密介质()2两种介质相比较，折射率大的介质是光密介质()3光密介质和光疏介质具有绝对性()4光从密度大的介质射入密度小的介质时一定能发生全反射()5光从水中射入空气中时一定能发生全反射()6光纤通信的主要优点是容量大()想一想1.水是光密介质还是光疏介质？提示：光密介质和光疏介质是相对的，与折射率大的比是光疏介质，如与水晶相比；与折射率小的比是光密介质，如与空气相比2为什么水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮？提示：水或玻璃
2、中的气泡是光疏介质，光经过水或玻璃照射气泡时，一部分光会发生全反射，相对于其他物体而言，有更多的光反射到人眼中，就好像光是由气泡发出的，因此人眼感觉气泡特别明亮3当光从水中射向与玻璃的交界面时，只要入射角足够大就会发生全反射，这种说法正确吗？为什么？提示：不正确要发生全反射必须是光从光密介质射向光疏介质而水相对玻璃是光疏介质，所以不管入射角多大都不可能发生全反射4光导纤维由内芯和外套两种光学性能不同的介质构成构成内芯和外套的两种介质，哪个折射率大？为什么？提示：内芯的折射率大因为当内芯的折射率大于外套的折射率时，光在传播时能发生全反射，光线经过多次全反射后能从一端传到另一端思考感悟：练一练1.
3、(多选)下列说法正确的是()A因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质B因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质C同一束光，在光密介质中的传播速度较大D同一束光，在光密介质中的传播速度较小解析：当折射率越大时，则为光密介质，而折射率越小时，即为光疏介质，却与密度大小无关所以水对酒精来说是光疏介质；由vc/n可知，光在光密介质中的速度较小故BD两项正确答案：BD2(多选)已知介质对某单色光的临界角为C，则()A该介质对单色光的折射率等于B此单色光在该介质中的传播速度等于csin C(c是光在真空中的传播速度)C此单色光在该介质中的传播波长是在真空中波长的sin C倍D此单色
4、光在该介质中的频率是在真空中的倍解析：由临界角的计算式sin C，得n，A项正确；将n代入sin C得sin C，vcsin C，B项正确；设该单色光的频率为f，在真空中的波长为0，在介质中的波长为，由波长、频率、光速的关系得c0f，vf，故sin C，0sin C，C项正确；该单色光由真空传入介质时，频率不发生变化，D项错误答案：ABC3很多公园的水池底都装有彩灯，若已知n蓝n红，当一细束由红、蓝两色光组成的灯光从水中斜射向空气时，关于光在水面可能发生的反射和折射现象，下列光路图正确的是()解析：红光、蓝光都要发生反射，红光的折射率较小，蓝光的折射率较大，所以蓝光发生全反射的临界角较红光小，
5、蓝光发生全反射时，红光不一定发生，故只有C项正确答案：C4华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理奖，他被誉为“光纤通讯之父”光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播下列关于光导纤维的说法中正确的是()A内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射C波长越短的光在光纤中传播的速度越大D频率越大的光在光纤中传播的速度越大解析：光纤内芯比外套折射率大，在内芯与外套的界面上发生全反射，A项正确、B项错误；频率大的光波长短，折射率大，在光纤中传播速度小，C、D两项错误答
6、案：A5如图所示，ABC是一个用折射率n 的透明介质做成的棱镜，其截面为等腰直角三角形，现有一束光从图示位置垂直入射到棱镜的AB面上，则该光束()A能从AB面射出 B能从BC面射出C进入棱镜后速度不变 D进入棱镜后波长变长解析：设棱镜的临界角为C，则sin C，得CC，故发生了全反射，反射角ri45，所以光束垂直于BC面射出，不能从AB面射出，光路图如图所示，故A项错误，B项正确；光束进入棱镜后速度变小，频率不变，由vf知，波长变短，故C、D两项错误答案：B要点一 全反射现象1.关于全反射，下列叙述正确的是()A发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非常弱B光从光密介质射向光疏介质时，一定会发
7、生全反射现象C光从光密介质射向光疏介质时，可能不发生全反射现象D光从光疏介质射向光密介质时，可能发生全反射现象解析：全反射发生的条件是光从光密介质射向光疏介质和入射角大于等于临界角，二者缺一不可，故B、D两项错误，C项正确；发生全反射时，折射光线全部消失，只剩下反射光线，A项错误答案：C2已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为1.33、1.55、1.60和1.63，如果光按以下几种方式传播，可能发生全反射的是()A从水晶射入玻璃 B从水射入二硫化碳C从玻璃射入水中 D从水射入水晶解析：发生全反射的条件之一是光从光密介质射入光疏介质，光密介质折射率较大，故只有C项正确答案：C3如图所示是一个
8、透明圆柱体的横截面，一束单色光平行于直径AB射向圆柱体，光线经过折射后恰能射到B点已知入射光线到直径AB的距离为R，R是圆柱体的半径已知光在真空中的传播速度为c，则()A该透明圆柱体介质的折射率为B该单色光从C点传播到B点的时间为3R/cC折射光线过B点时可能发生全反射D改变入射光线到直径AB的距离，折射光线仍然能够射到B点解析：如图所示cos 1，即130，230，r30，i60，折射率n，故A项错误；该单色光从C到B的时间t，故B项正确；光线折射到B点不可能发生全反射，因为出射角为60，故C项错误；改变光线到直径AB的距离，折射光线不能射到B点，故D项错误答案：B4一厚度为h的大平板玻璃水
9、平放置，其下表面贴有一半径为r的圆形发光面在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射)，求平板玻璃的折射率解析：如图，考虑从圆形发光面边缘的A点发出的一条光线，假设它斜射到玻璃上表面的A点发生折射，根据折射定律有nsin sin ，n是玻璃的折射率，是入射角，是折射角现假设A恰好在纸片边缘由题意，在A点刚好发生全反射，故设AA线段在玻璃上表面的投影长为L，由几何关系有sin 由题意，纸片的半径应为RLr联立以上各式得n.答案： 要点二 全反射棱镜、光导纤维5.空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从
10、方框下方和上方射出，其框外光线如图所示方框内有两个折射率n1.5的玻璃全反射棱镜下图给出了两棱镜四种放置方式的示意图，其中能产生如图效果的是()解析：四个选项产生光路效果如图所示则可知B项正确答案：B6图为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图，玻璃丝长为L，折射率为n，AB代表端面已知光在真空中的传播速度为c.(1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光线在端面AB上的入射角应满足的条件；(2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间解析：(1)设光线在端面AB上C点(如图)的入射角为i，折射角为r，由折射定律有sin insin r设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角
11、为，为了使该光线可在此光导纤维中传播，应有式中，是光线在玻璃丝内发生全反射时的临界角，它满足nsin 1由几何关系得r90由式得sin i.(2)光在玻璃丝中传播速度的大小为v光速在玻璃丝轴线方向的分量为vxvsin 光线从玻璃丝端面AB传播到其另一端面所需时间为T光线在玻璃丝中传播，在刚好发生全反射时，光线从端面AB传播到其另一端面所需的时间最长，由式得Tmax.答案：(1)sin i (2)基础达标1.一条光线由水中射向空气，当入射角由0逐渐增大到90时，下列说法正确的是()A折射角由0增大到大于90的某一角度B折射角始终大于入射角，当折射角等于90时，发生全反射C折射角始终小于90，不可
12、能发生全反射D入射角的正弦与折射角的正弦之比逐渐增大解析：因为光线由水射向空气，根据折射定律可知， nsin 1sin 2而n1, 所以存在折射时，总是21，直到290(发生全反射)为止发生全反射以后，折射光线不存在，折射定律不再适用该题中，发生全反射以前，入射角的正弦与折射角的正弦之比就是n，是一个常数，B项正确答案：B2光在某种介质中传播时的速度为1.5108 m/s，那么，光从此种介质射向空气并发生全反射的临界角应为()A60 B45C30 D75解析：根据n，sin C，得sin C，得C30.答案：C3一束光从某介质进入真空，方向如图所示，则下列判断中正确的是()A该介质的折射率是B
13、该介质的折射率是C该介质相对真空发生全反射的临界角是45D光线按如图所示的方向入射，无论怎样改变入射方向，都不可能发生全反射现象解析：由题意知，入射角30，折射角60，由折射定律可得：n，A项错误，B项正确；发生全反射的临界角为C，sin C，sin 45，C45，C项错误；光线按如图所示的方向入射，当入射角大于等于临界角时，就会发生全反射现象，D项错误答案：B4关于光纤的说法，正确的是()A光纤是由高级金属制成的，所以它比普通电线容量大B光纤是非常细的特制玻璃丝，但导电性能特别好，所以它比普通电线衰减小C光纤是非常细的特制玻璃丝，有内芯和外套两层组成，光纤是利用全反射原理来实现光的传导的D在
14、实际应用中，光纤必须呈笔直状态，因为弯曲的光纤是不能导光的解析：光导纤维的作用是传导光，它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝，且由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大载有声音、图象及各种数字信号的激光传播时，在内芯和外套的界面上发生全反射光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强等特点在实际应用中，光纤是可以弯曲的故C项正确答案：C5(多选)如图所示，半圆形玻璃砖放在空气中，三条同一颜色、强度相同的光线，均由空气射入到玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置下列说法正确的是()A三条光线中有一条在O点发生了全反射，那一定是aO光线B假若光线bO能发生全反射，那么光线cO一定能发生全反射C假若光线bO能
15、发生全反射，那么光线aO一定能发生全反射D假若光线aO恰能发生全反射，则光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度大解析：三条入射光线沿着指向圆心的方向由空气射向玻璃砖，在圆周界面，它们的入射角为零，均不会偏折在直径界面，光线aO的入射角最大，光线cO的入射角最小，它们都是从光密介质射向光疏介质，都有发生全反射的可能如果只有一条光线发生了全反射，那一定是aO光线，因为它的入射角最大所以A项正确； 假若光线bO能发生全反射，说明它的入射角等于或大于临界角，光线aO的入射角更大，所以，光线aO一定能发生全反射，光线cO的入射角可能大于临界角，也可能小于临界角，因此，cO不一定能发生全反射所以C项
16、正确，B项错误；假若光线aO恰能发生全反射，光线bO和cO都不能发生全反射，但bO的入射角更接近于临界角，所以，光线bO的反射光线较光线cO的反射光线强，即bO的反射光线亮度较大故D项正确答案：ACD6三种透明介质叠放在一起，且相互平行，一束光在和两介质的界面上发生了全反射后，射向和两介质界面，发生折射，如图所示，设定光在这三种介质中的速率分别是v1、v2、v3，则它们的大小关系是()Av1v2v3 Bv1v3v2Cv1v2v1v3解析：光在和两介质的界面上发生了全反射，说明的折射率小于的折射率，即n1n3；介质与相比较，介质的折射率小于介质的折射率，即有n1n3n1，根据光在这三种介质中的速
17、率公式v得知，光速与折射率成反比，则v1v3v2.答案：B7自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车尾灯的构造如图所示，下面说法正确的是()A汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射B汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射C汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射D汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射解析：由全反射棱镜对光路的控制原理可知，C项正确答案：C8为了表演“隐形的大头针”节目，某同学在半径为r的圆形薄软木片中心垂直插入一枚大头针
18、，并将其放入盛有水的碗中，如图所示已知水的折射率为，为了保证表演成功(在水面上看不到大头针)，大头针末端离水面的最大距离h为()A.r B.rC.r D.r解析：只要从大头针末端发出的光线射到圆形薄软木片边缘界面处能够发生全反射，从水面上就看不到大头针，如图所示，根据图中几何关系有sin C，所以hr，A项正确答案：A9(多选)如图所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为r，外圆半径为R，Rr.现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出设透明柱体的折射率为n，光在透明柱体内传播的时间为t，若真空中的光速为c，则()An可能为 Bn可能为
19、2Ct可能为 Dt可能为解析：根据题意可画出光路图如图所示，则两次全反射时的入射角均为45，所以全反射的临界角C45，折射率n，A、B两项正确；波在介质中的传播速度v，所以传播时间t，C、D两项错误答案：AB能力达标10.在完全透明的水下某处，放一点光源，在水面上可以见到一个圆形透光平面，如果圆形透光平面的半径匀速增大，则光源()A加速上升 B加速下沉C匀速上升 D匀速下沉解析：如图所示，在水面上看到透光平面半径为R.设光从水射入空气发生全反射的临界角为Csin C，由几何知识得sin C由以上两式得得R透光平面半径与h成正比，R均匀增大，h也均匀增大，故D项正确答案：D11某同学用大头针、三
20、角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1、P2的像，且P2的像挡住P1的像如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失此时只须测量出_，即可计算出玻璃砖的折射率请用你的测量量表示出折射率n_.解析：玻璃砖转动时，射在其直径所在平面内的光线的入射角增大，当增大到等于临界角时，发生全反射现象因sin ，可见只要测出临界角即可求得折射率n，而和玻璃砖直径绕O点转过的角度相等，因此只要测出玻璃砖直径边绕O点转过的角度即可答案：玻璃砖
21、直径边绕O点转过的角度12有一折射率为n的长方体玻璃砖ABCD，其周围是空气，如右图所示，当入射光线从它的AB面以入射角射入时，(1)要使光线在BC面发生全反射，证明入射角应满足的条件是sin (BC面足够长)(2)如果对于任意入射角的光线都能产生全反射，则玻璃砖的折射率应取何值？解析：(1)要使光线在BC面发生全反射(见图)，首先应满足sin ，式中为光线射到BC面的入射角，由折射定律，有n，将两式联立得sin .(2)如果对于任意入射角的光线都能产生全反射，即090都能产生全反射，则只有当1才能满足上述条件，故n.答案：见解析13如图所示，半径为R，上表面水平的半球形(O为球心)玻璃砖悬空水平放置，其下方水平放置着面积足够大的光屏，直径MN与光屏间距为d2R.一束单色光垂直于玻璃砖上表面射入，恰好布满玻璃砖的上表面，其中部分光经玻璃砖折射后能够照到光屏上已知玻璃砖对该光的折射率n，求光屏上被光照亮的面积(不计光在玻璃砖内的反复反射)解析：根据题设做出光路图如图所示：设光在玻璃中的临界角为C，则sin C，C45对应的临界光线AQ的折射角为90由几何关系可以知道三角形APO为等腰直角三角形PAPORsin CRsin 45R，由几何关系知AQ3R.光屏上被光束照亮的部分是圆形，其半径：rAQsin()RR，圆形面积为Sr22R2.答案：2R2
