資源簡介

中小學教育資源及組卷應用平臺
4.1-4.2光的折射和全反射
考點一、折射定律 1
考點二、折射率 1
考點三、全反射 3
考點四、全反射棱鏡和光導纖維 4
【鞏固練習】 7
考點一、折射定律
1．光的反射
(1)反射現象：光從第1種介質射到該介質與第2種介質的 時，一部分光會 到第1種介質的現象．
(2)反射定律：反射光線與入射光線、法線處在 內，反射光線與入射光線分別位于 ；反射角 入射角．
2．光的折射
(1)折射現象：光從第1種介質射到該介質與第2種介質的 時，一部分光會 第2種介質的現象．
(2)折射定律
折射光線與入射光線、法線處在 內，折射光線與入射光線分別位于 ； 與 成正比，即＝n12(式中n12是比例常數)．
(3)在光的折射現象中，光路是 的．
考點二、折射率
1．定義
光從真空射入某種介質發生折射時， 與 之比，叫作這種介質的絕對折射率，簡稱折射率，即n＝.
2．折射率與光速的關系
某種介質的折射率，等于光在 中的傳播速度c與光在這種介質中的傳播速度v之比，即n＝.
3．理解
由于c＞v，故任何介質的折射率n都 (填“大于”“小于”或“等于”)1.
（2023春 武漢期中）下列說法正確的是（　　）
A．單色光在介質中傳播時，介質的折射率越大，光的傳播速度越大
B．觀察者靠近聲波聲源的過程中，接收到聲波的頻率小于波源的頻率
C．海市蜃樓產生的原因是海面上方上層空氣的折射率比下層空氣的折射率大
D．水中的潛水員斜向上看岸邊的物體時，看到的物體的像比物體所處的實際位置高
（2022秋 萍鄉期末）如圖所示，容器底部有一探照燈S發出一細光束投射到光屏MN上，在B點形成一個光斑，當向容器中注水時，光斑B將移向（　　）
A．B的上方 B．B的下方 C．B的左邊 D．B的右邊
（2022春 湯原縣校級月考）一束光由空氣射入某介質，當入射光線和界面的夾角為30°時，折射光線恰好與反射光線垂直，則光在該介質中的傳播速度是（　　）
A． B． C．c D．c
（2022 浙江模擬）大氣中空氣層的密度是隨著高度的增加而減小的．從大氣外射來一束陽光，如圖所示的四個圖中，能粗略表示這束陽光射到地面的路徑的是（　　）
A． B．
C． D．
（2022 重慶模擬）圖所示，陰影部分ABC為一均勻透明材料做成的柱形光學元件的橫截面，是一半徑為R的圓弧，D為圓弧的圓心，ABCD構成正方形，在D處有一單色線光源。當光從AB中點E射出時，折射光線的反向延長線過AD中點F，不考慮二次反射和折射。求：
①該材料對該光的折射率；
②當光的入射點由A點旋轉到C點過程中，AB邊有光射出的區域的長度。
考點三、全反射
1．光疏介質和光密介質
(1)光疏介質：折射率較 (填“大”或“小”)的介質．
(2)光密介質：折射率較 (填“大”或“小”)的介質．
(3)光疏介質與光密介質是 (填“相對”或“絕對”)的．
2．全反射現象
(1)全反射：光從光密介質射入光疏介質時，同時發生折射和反射．若入射角增大到某一角度， 光線完全消失，只剩下 光線的現象．
(2)臨界角：剛好發生全反射，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，發生全反射的臨界角C與介質的折射率n的關系是sin C＝.
(3)全反射發生的條件
①光從 介質射入 介質．
②入射角 臨界角．
考點四、全反射棱鏡和光導纖維
1．形狀：截面為 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，都會在其內部發生 ，與平面鏡相比，它的反射率很高．
光導纖維
1．原理：利用了光的
2．構造：由內芯和外套兩層組成．內芯的折射率比外套的 ，光傳播時在內芯與外套的界面上發生
3．光導纖維除應用于光纖通信外，還可應用于醫學上的內窺鏡等．
4．光纖通信的優點是傳輸容量 、衰減 、抗干擾性及保密性強等．
（2022秋 牡丹區校級期末）射水魚通過噴射水柱，能精準地將停留在植物枝葉上的昆蟲擊落，并大快朵頤。則（　　）
A．噴射出的水柱沿直線運動擊落昆蟲
B．魚看到昆蟲的位置比實際位置略低
C．由于全反射，魚看昆蟲存在視覺盲區
D．昆蟲看到魚的位置比實際位置略高
（2022秋 鄄城縣校級期末）光導纖維是光纖通訊中信號傳播的載體，其內芯和涂層的材料不同。如圖所示，一束單色光沿一定角度從一端射入內芯，會在內芯沿著鋸齒形路線傳播。下列說法正確的是（　　）
A．涂層的折射率比內芯的折射率大
B．光在內芯與涂層的界面上發生全反射
C．光的頻率越大，其在內芯中傳播的速度越大
D．僅增大光的頻率，光束可能會從內芯進入涂層
（2023 合川區模擬）一束單色光從真空斜射向某種介質的表面，光路如圖所示。下列說法中正確的是（　　）
A．此介質的折射率等于1.5
B．此介質的折射率等于
C．入射角小于45°時可能發生全反射現象
D．入射角大于45°時可能發生全反射現象
（多選）（2022秋 唐山期末）在天宮課堂上，宇航員往水球里注入了氣泡，水球里的氣泡看起來很亮，則下列說法正確的是（　　）
A．與玻璃球中氣泡看起來很亮原因相同
B．光由水射向氣泡時會發生全反射
C．光由氣泡射向水時會發生全反射
D．光射入氣泡發生衍射形成“亮斑”
（多選）（2023春 市北區校級月考）半徑為R的均質透明半圓柱體的橫截面示意圖如圖所示。一綠色細光束平行于直徑AC從P點射向半圓柱體，進入半圓柱體后，經PC面反射，到達AC面。P點到直徑AC的距離為，透明半圓柱體對綠光的折射率為，僅考慮第一次到達AC面的光線。則下列說法正確的是（　　）
A．綠光束在AC面上一定發生全反射
B．綠光束在AC面上一定不會發生全反射
C．若入射光束為紅色光束，則到達AC面的光一定不會發生全反射
D．若入射光束為紅色光束，則到達AC面的光一定發生全反射
一、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 AB AC AB
全反射面 AC AB、BC AC
光線方向改變角度 90° 180° 0°(發生側移)
二、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，進而變為聲音、圖像．
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生全反射，則有：sin C＝，n＝，C＋θ2＝90°，由以上各式可得：sin θ1＝.
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生全反射，即解得n＝.
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，因此折射率要比大些．
【鞏固練習】
（2023 江蘇）地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大，太陽光斜射向地面的過程中會發生彎曲。下列光路圖中能描述該現象的是（　　）
A． B．
C． D．
（2023 湖北模擬）彩虹的形成可以簡化為如圖所示的模型。球O是空中的球形雨滴，太陽光（復色光）從M點射入，在雨滴內經反射和折射后射出并進入地面上人的眼中，因光的折射率不同，從而形成了彩虹，其中光線a和光線b是彩虹最外側的兩束光線。下列說法正確的是（　　）
A．光線a為紅光，光線b為紫光
B．兩種光在P點和Q點可以發生全反射
C．人看到空中的彩虹紅光在頂端，紫光在底端
D．光線a在雨滴中傳播的速度大于光線b在雨滴中傳播的速度
（多選）（2023 湖南）一位潛水愛好者在水下活動時，利用激光器向岸上救援人員發射激光信號，設激光光束與水面的夾角為α，如圖所示。他發現只有當α大于41°時，岸上救援人員才能收到他發出的激光光束，下列說法正確的是（　　）
A．水的折射率為
B．水的折射率為
C．當他以α＝60°向水面發射激光時，岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角小于60°
D．當他以α＝60°向水面發射激光時，岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角大于60°
（2022 海淀區校級三模）如圖所示，讓光沿著半圓形玻璃磚的半徑射到它的平直的邊上，在玻璃與空氣的分界面處會發生反射和折射。逐漸增大入射角，觀察反射光線和折射光線的變化。關于該實驗的現象，下列說法正確的是（　　）
A．反射光線和折射光線都沿順時針方向轉動
B．反射光線和折射光線轉過的角度相同
C．在發生全反射之前，反射光越來越強
D．最終反射光完全消失
（2022春 香洲區校級期中）一個軍事設施的觀察孔如圖所示，其寬度L＝30cm，厚度d＝30cm，為了擴大向外的觀察視野，將折射率n的某種玻璃磚完全嵌入觀察孔內．計算并說明：嵌入玻璃磚后，視野的最大張角是多少度（　　）
A．60° B．90° C．120° D．180°
（2022春 廣州期中）如圖，三角形ABC為一玻璃三棱鏡的橫截面，∠A＝30°，一束紅光垂直AB邊射入，從AC邊上的D點射出。其折射角為60°，則玻璃對紅光的折射率為多少（　　）
A． B． C． D．
（多選）（2022秋 唐山期末）2009年，華裔物理學家、香港中文大學前校長高錕因在“有關光在纖維中的傳輸以用于光學通信方面”作出了突破性成就，獲得了諾貝爾物理學獎，高錕被譽為“光纖之父”和“光纖通信之父”，關于光導纖維，下列說法正確的是（　　）
A．光纖通信是光折射定律的應用
B．光纖通信用到了光的全反射原理
C．頻率越高的光在同種光纖中傳播的速度越慢
D．在光纖中內芯的折射率比外套的折射率小
（2022春 沈陽期中）光導纖維是利用光的全反射來傳輸光信號的．光導纖維由內、外兩種材料制成，內芯材料的折射率為n1，外層材料的折射率為n2，如圖的一束光信號與界面夾角為α，由內芯射向外層，要想在此界面發生全反射，必須滿足的條件是（　　）
A．n1＞n2，α大于某一值 B．n1＜n2，α大于某一值
C．n1＞n2，α小于某一值 D．n1＜n2，α小于某一值
（多選）（2022秋 南山區校級月考）酷熱的夏天，在平坦的柏油公路上你會看到在一定距離之外，地面顯得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎還能看到遠處車、人的倒影，但當你靠近“水面”時，它也隨著你的靠近而后退，對此現象正確的解釋是（　　）
A．這一現象是由光的折射和光的反射造成的
B．“水面”不存在，是由于酷熱難耐，人產生的幻覺
C．太陽輻射到地面，使地表溫度升高，附近空氣折射率變大，發生全反射
D．太陽輻射到地面，使地表溫度升高，附近空氣折射率變小，發生全反射
（2021 姜堰區模擬）在信息技術迅猛發展的今天，光盤是存儲信息的一種重要媒介．光盤上的信息通常是通過激光束來讀取的．若紅、藍激光束不是垂直投射到盤面上，則光線在通過透明介質層時會發生偏折而改變行進的方向。如圖所示．下列說法中正確的是（　　）
A．圖中光束①是紅光，光束②是藍光
B．在光盤的透明介質層中，光束①比光束②傳播速度更快
C．若光束①、②先后通過同一小孔，則①衍射現象更明顯
D．若光束①、②從透明介質層以相同逐漸增大的入射角射向空氣中，則①先發生全反射
（2022春 常州期末）取一個半徑為r＝3cm的軟木塞，在圓心處插上一枚大頭針，讓軟木塞浮在液面上，如圖，調整大頭針插入軟木塞的深度，使它露在外面的長度為，這時從液面上方的各個方向向液體中看，恰好看不到大頭針，已知真空中的光速為c＝3×108m/s，求
（1）液體的折射率n；
（2）光在液體中的傳播速度v。
（2022 鳳陽縣校級三模）如圖所示，MN是一條通過透明球體球心的直線，在真空中波長為λ0＝600nm的單色細光束AB平行于MN射向球體，B為入射點，若出射光線CD與MN所成的夾角α＝30°，出射點C與O的連線與ON的夾角為15°。求：
（1）透明體的折射率n；
（2）此單色光在透明球體中的波長λ（結果保留3位有效數字）。
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4.1-4.2光的折射和全反射
考點一、折射定律 1
考點二、折射率 1
考點三、全反射 4
考點四、全反射棱鏡和光導纖維 5
【鞏固練習】 10
考點一、折射定律
1．光的反射
(1)反射現象：光從第1種介質射到該介質與第2種介質的分界面時，一部分光會返回到第1種介質的現象．
(2)反射定律：反射光線與入射光線、法線處在同一平面內，反射光線與入射光線分別位于法線的兩側；反射角等于入射角．
2．光的折射
(1)折射現象：光從第1種介質射到該介質與第2種介質的分界面時，一部分光會進入第2種介質的現象．
(2)折射定律
折射光線與入射光線、法線處在同一平面內，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側；入射角的正弦與折射角的正弦成正比，即＝n12(式中n12是比例常數)．
(3)在光的折射現象中，光路是可逆的．
考點二、折射率
1．定義
光從真空射入某種介質發生折射時，入射角的正弦與折射角的正弦之比，叫作這種介質的絕對折射率，簡稱折射率，即n＝.
2．折射率與光速的關系
某種介質的折射率，等于光在真空中的傳播速度c與光在這種介質中的傳播速度v之比，即n＝.
3．理解
由于c＞v，故任何介質的折射率n都大于(填“大于”“小于”或“等于”)1.
（2023春 武漢期中）下列說法正確的是（　　）
A．單色光在介質中傳播時，介質的折射率越大，光的傳播速度越大
B．觀察者靠近聲波聲源的過程中，接收到聲波的頻率小于波源的頻率
C．海市蜃樓產生的原因是海面上方上層空氣的折射率比下層空氣的折射率大
D．水中的潛水員斜向上看岸邊的物體時，看到的物體的像比物體所處的實際位置高
【解答】解：A、根據n，得v，可知單色光在介質中傳播時，介質的折射率越大，光的傳播速度越小，故A錯誤；
B.根據多普勒效應規律知，若聲波波源向觀察者靠近，則觀察者接收到的聲波頻率大于波源頻率，故B錯誤；
C.海市屋樓產生的原因是由于海面上上層空氣的折射率比下層空氣折射率小，導致光線發生全反射所致，故C錯誤；
D.光進入水中后靠近法線，射入潛水員眼睛，而潛水員認為光始終沿直線傳播，逆著光的方向看上去而形成的虛像，所以實際位置高，故D正確。
故選：D。
（2022秋 萍鄉期末）如圖所示，容器底部有一探照燈S發出一細光束投射到光屏MN上，在B點形成一個光斑，當向容器中注水時，光斑B將移向（　　）
A．B的上方 B．B的下方 C．B的左邊 D．B的右邊
【解答】解：在入射點O做出法線，因為光從水斜射入空氣中，所以折射角大于入射角，折射光線應遠離法線，所以注水后光斑應向下方移動，如圖所示：
故B正確，ACD錯誤；
故選：B。
（2022春 湯原縣校級月考）一束光由空氣射入某介質，當入射光線和界面的夾角為30°時，折射光線恰好與反射光線垂直，則光在該介質中的傳播速度是（　　）
A． B． C．c D．c
【解答】解：由題意，入射角為：i＝60°，
又因為反射角等于入射角，所以反射角為i′＝60°，
因為反射光線與折射光線的夾角等于90°，
所以反射角與折射角之和等于90°，
故折射角為：r＝180°﹣90°﹣60°＝30°。
則得折射率n
光在該介質中的傳播速度v，故ABC錯誤D正確。
故選：D。
（2022 浙江模擬）大氣中空氣層的密度是隨著高度的增加而減小的．從大氣外射來一束陽光，如圖所示的四個圖中，能粗略表示這束陽光射到地面的路徑的是（　　）
A． B．
C． D．
【解答】解：由題意知，高度下降，空氣對光的折射率變大，所以當光從大氣外射來時，入射角大于折射角，故B正確，ACD錯誤。
故選：B。
（2022 重慶模擬）圖所示，陰影部分ABC為一均勻透明材料做成的柱形光學元件的橫截面，是一半徑為R的圓弧，D為圓弧的圓心，ABCD構成正方形，在D處有一單色線光源。當光從AB中點E射出時，折射光線的反向延長線過AD中點F，不考慮二次反射和折射。求：
①該材料對該光的折射率；
②當光的入射點由A點旋轉到C點過程中，AB邊有光射出的區域的長度。
【解答】解：①由幾何關系易得折射角α＝45°
入射角滿足：
該材料對該光的折射率為：
②該材料的全反射臨界角滿足：
得：
設光線在AB邊上恰好發生全反射時的位置離A點距離為x，則：
得AB邊有光射出的區域的長度：
答：①該材料對該光的折射率為；
②當光的入射點由A點旋轉到C點過程中，AB邊有光射出的區域的長度為。
考點三、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．全反射現象
(1)全反射：光從光密介質射入光疏介質時，同時發生折射和反射．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象．
(2)臨界角：剛好發生全反射，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，發生全反射的臨界角C與介質的折射率n的關系是sin C＝.
(3)全反射發生的條件
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．
考點四、全反射棱鏡和光導纖維
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，都會在其內部發生全反射，與平面鏡相比，它的反射率很高．
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生全反射．
3．光導纖維除應用于光纖通信外，還可應用于醫學上的內窺鏡等．
4．光纖通信的優點是傳輸容量大、衰減小、抗干擾性及保密性強等．
（2022秋 牡丹區校級期末）射水魚通過噴射水柱，能精準地將停留在植物枝葉上的昆蟲擊落，并大快朵頤。則（　　）
A．噴射出的水柱沿直線運動擊落昆蟲
B．魚看到昆蟲的位置比實際位置略低
C．由于全反射，魚看昆蟲存在視覺盲區
D．昆蟲看到魚的位置比實際位置略高
【解答】解：A．射水魚噴出的水所受重力方向與速度方向不在同一直線上，將做曲線運動，故A錯誤；
B．射水魚看到水面上的昆蟲是昆蟲反射的光線射入水中時發生折射，而由于光從空氣斜射向水中時，折射角小于入射角，射水魚逆著折射光線沿直線方向看過去，會看到變高的昆蟲的虛像，故B錯誤；
C．全反射是由光密介質射向光疏介質，由于昆蟲反射的光線不可能在交界面上發生全反射，因此魚可以看到液面以上的所有物體，不存在視覺盲區，故C錯誤；
D．昆蟲看到水里的魚是魚反射的光線射出水面時發生折射，而由于光從水中斜射向空氣時，折射角大于入射角，折射光線遠離法線，昆蟲逆著折射光線看過去會看到位置變高的魚的虛像，故D正確。
故選：D。
（2022秋 鄄城縣校級期末）光導纖維是光纖通訊中信號傳播的載體，其內芯和涂層的材料不同。如圖所示，一束單色光沿一定角度從一端射入內芯，會在內芯沿著鋸齒形路線傳播。下列說法正確的是（　　）
A．涂層的折射率比內芯的折射率大
B．光在內芯與涂層的界面上發生全反射
C．光的頻率越大，其在內芯中傳播的速度越大
D．僅增大光的頻率，光束可能會從內芯進入涂層
【解答】解：A．發生全反射的條件是從光密介質射向光疏介質，所以涂層的折射率比內芯的折射率小，故A錯誤；
B．涂層的折射率比內芯的折射率小，光在內芯與涂層的界面上發生全反射，所有的光都反射回內芯，故B正確；
C．光的頻率越大，光在介質中的折射率越大；光在內芯中的傳播速度，可知光的頻率越大，其在內芯中傳播的速度越小，故C錯誤；
D．發生全反射的條件是從光密介質射向光疏介質，且入射角大于臨界角；僅增大光的頻率，光的折射率會變大，根據臨界角公式可知，臨界角會變小，光束更不可能從內芯進入涂層，故D錯誤。
故選：B。
（2023 合川區模擬）一束單色光從真空斜射向某種介質的表面，光路如圖所示。下列說法中正確的是（　　）
A．此介質的折射率等于1.5
B．此介質的折射率等于
C．入射角小于45°時可能發生全反射現象
D．入射角大于45°時可能發生全反射現象
【解答】解：AB、已知入射角i＝45°，折射角r＝30°，則此介質的折射率為：n，故A錯誤，B正確；
CD、光從真空斜射向某種介質的表面，是從光疏介質射向光密介質，不可能發生全反射，故CD錯誤；
故選：B。
（多選）（2022秋 唐山期末）在天宮課堂上，宇航員往水球里注入了氣泡，水球里的氣泡看起來很亮，則下列說法正確的是（　　）
A．與玻璃球中氣泡看起來很亮原因相同
B．光由水射向氣泡時會發生全反射
C．光由氣泡射向水時會發生全反射
D．光射入氣泡發生衍射形成“亮斑”
【解答】解：A．當實驗艙中的光線進入水中后，從光密介質（較高折射率的介質）水中又進入到光疏介質（較低折射率的介質）氣泡中時，水球中某些區域的光線在交界面的入射角都超過發生全反射的臨界角，故而發生全反射，使得水球里的氣泡看起來很亮，同理，玻璃球中氣泡看起來很亮原因相同也是因為發生了全反射，故A正確；
BC．光從光密介質射向光疏介質時，當入射角超過某一角度（臨界角）時，折射光完全消失，只剩下反射光線的現象叫做全反射，水的折射率大于空氣的折射率，所以光由水（光密介質）射向氣泡（光疏介質）時，只要入射角超過臨界角，就會發生全反射，而光由氣泡（光疏介質）時射向水（光密介質）時不會發生全反射，故B正確，C錯誤；
D．根據以上的分析可知本實驗中沒有發生明顯衍射現象，出現的水球里的氣泡看起來很亮主要是發生全反射，故D錯誤。
故選：AB。
（多選）（2023春 市北區校級月考）半徑為R的均質透明半圓柱體的橫截面示意圖如圖所示。一綠色細光束平行于直徑AC從P點射向半圓柱體，進入半圓柱體后，經PC面反射，到達AC面。P點到直徑AC的距離為，透明半圓柱體對綠光的折射率為，僅考慮第一次到達AC面的光線。則下列說法正確的是（　　）
A．綠光束在AC面上一定發生全反射
B．綠光束在AC面上一定不會發生全反射
C．若入射光束為紅色光束，則到達AC面的光一定不會發生全反射
D．若入射光束為紅色光束，則到達AC面的光一定發生全反射
【解答】解：AB、依題意作出光路圖
設光照射到P點的入射角為θ，折射角為α，根據幾何關系，解得θ＝45°；
根據，解得α＝30°，則有β＝180°﹣θ﹣（180°﹣2α）＝15°
則有∠BDC＝β+α＝45°，即綠光在AC面上的入射角恰好等于45°，綠光的臨界角
解得C＝45°，可知，綠光束在AC面上一定發生全反射，故A正確，B錯誤；
CD、若入射光束為紅色光束，根據電磁波譜可知，紅光在半圓柱體中的折射率小于綠光，根據，可知，紅光在AC界面上的入射角小于綠光在AC界面上的入射角45°，而紅光發生全反射的臨界角大于綠光的臨界角，即紅光在AC界面上的入射角小于其臨界角，結合上述可知，若入射光束為紅色光束，則到達AC面的光一定不會發生全反射，故C正確，D錯誤。
故選：AC。
一、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 AB AC AB
全反射面 AC AB、BC AC
光線方向改變角度 90° 180° 0°(發生側移)
二、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，進而變為聲音、圖像．
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生全反射，則有：sin C＝，n＝，C＋θ2＝90°，由以上各式可得：sin θ1＝.
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生全反射，即解得n＝.
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，因此折射率要比大些．
【鞏固練習】
（2023 江蘇）地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大，太陽光斜射向地面的過程中會發生彎曲。下列光路圖中能描述該現象的是（　　）
A． B．
C． D．
【解答】解：因為地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大，則太陽光斜射向地面的過程，總是由折射率較小的空氣射向折射率較大的空氣，即由光疏介質斜射入光密介質，光線始終會向靠近法線的方向偏折，法線為豎直方向上，故光線始終會向豎直方向偏折，故A正確，BCD錯誤；
故選：A。
（2023 湖北模擬）彩虹的形成可以簡化為如圖所示的模型。球O是空中的球形雨滴，太陽光（復色光）從M點射入，在雨滴內經反射和折射后射出并進入地面上人的眼中，因光的折射率不同，從而形成了彩虹，其中光線a和光線b是彩虹最外側的兩束光線。下列說法正確的是（　　）
A．光線a為紅光，光線b為紫光
B．兩種光在P點和Q點可以發生全反射
C．人看到空中的彩虹紅光在頂端，紫光在底端
D．光線a在雨滴中傳播的速度大于光線b在雨滴中傳播的速度
【解答】解：A．由圖，光線a、b入射角相同，a的折射角小，根據折射定律可知a的折射率大，所以a為紫光，b為紅光，故A錯誤；
B．由題圖可知，光線由空氣射入雨滴的折射角等于雨滴背面的入射角，所以兩種光在P點和Q點不能發生全反射，故B錯誤；
C．如圖人觀察彩虹時，紅光在上、紫光在下，故C正確；
D．根據，光線a在雨滴中傳播的速度小于光線b在雨滴中傳播的速度，故D錯誤。
故選：C。
（多選）（2023 湖南）一位潛水愛好者在水下活動時，利用激光器向岸上救援人員發射激光信號，設激光光束與水面的夾角為α，如圖所示。他發現只有當α大于41°時，岸上救援人員才能收到他發出的激光光束，下列說法正確的是（　　）
A．水的折射率為
B．水的折射率為
C．當他以α＝60°向水面發射激光時，岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角小于60°
D．當他以α＝60°向水面發射激光時，岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角大于60°
【解答】解：AB、他發現只有當α大于41°時，岸上救援人員才能收到他發出的激光光束，由此可知當α＝41°時激光恰好能發生全反射，根據全反射的臨界公式可得：
解得：n，故B正確，A錯誤；
CD、當他以α＝60°向水面發射激光時，根據幾何關系可知，此時的入射角i為30°，根據折射定律可得：
由此可知，折射角r大于30°，因此岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角小于60°，故C正確，D錯誤；
故選：BC。
（2022 海淀區校級三模）如圖所示，讓光沿著半圓形玻璃磚的半徑射到它的平直的邊上，在玻璃與空氣的分界面處會發生反射和折射。逐漸增大入射角，觀察反射光線和折射光線的變化。關于該實驗的現象，下列說法正確的是（　　）
A．反射光線和折射光線都沿順時針方向轉動
B．反射光線和折射光線轉過的角度相同
C．在發生全反射之前，反射光越來越強
D．最終反射光完全消失
【解答】解：A、逐漸增大入射角，反射角增大，反射光線沿逆時針轉動。由折射定律可知折射角逐漸增大，折射光線沿順時針轉動，故A錯誤；
B、反射角等于入射角，而折射角大于入射角，所以折射角大于入射角。假設開始時入射為0°，則反射角和折射角都是0°，當入射角逐漸增大至i時，反射角增大i，反射光線轉過i，而折射光線轉過的角度大于i，所以入射光線和折射光線轉過的角度不同，故B錯誤；
CD、在還未完全反射過程中，反射光越來越強，折射光越來越弱，最終發生全反射，折射光消失，反射光不消失，故C正確，D錯誤；
故選：C。
（2022春 香洲區校級期中）一個軍事設施的觀察孔如圖所示，其寬度L＝30cm，厚度d＝30cm，為了擴大向外的觀察視野，將折射率n的某種玻璃磚完全嵌入觀察孔內．計算并說明：嵌入玻璃磚后，視野的最大張角是多少度（　　）
A．60° B．90° C．120° D．180°
【解答】解：通過觀察孔向外看，想得到盡可能大的觀察范圍，應從觀察孔的最邊緣向外探視，臨界情況是入射光從玻璃磚的右側入射，其折射光恰好從玻璃磚的左側射出，如下圖示
由幾何關系可得：
代入數據可得：
r＝300
根據折射定律可得：
n
代入數據可得：
i＝600
根據對稱性嵌入玻璃磚后，視野的最大張角為
2i＝1200
故ABD錯誤；C正確。
故選：C。
（2022春 廣州期中）如圖，三角形ABC為一玻璃三棱鏡的橫截面，∠A＝30°，一束紅光垂直AB邊射入，從AC邊上的D點射出。其折射角為60°，則玻璃對紅光的折射率為多少（　　）
A． B． C． D．
【解答】解：光從AB邊垂直入射時不發生折射，所以紅光到達AC面的入射角為i＝30°，折射角為r＝60°，則玻璃對紅光的折射率為，故A正確，BCD錯誤。
故選：A。
（多選）（2022秋 唐山期末）2009年，華裔物理學家、香港中文大學前校長高錕因在“有關光在纖維中的傳輸以用于光學通信方面”作出了突破性成就，獲得了諾貝爾物理學獎，高錕被譽為“光纖之父”和“光纖通信之父”，關于光導纖維，下列說法正確的是（　　）
A．光纖通信是光折射定律的應用
B．光纖通信用到了光的全反射原理
C．頻率越高的光在同種光纖中傳播的速度越慢
D．在光纖中內芯的折射率比外套的折射率小
【解答】解：AB．光纖通信用到了光的全反射原理，故A錯誤，B正確；
C．頻率在介質中不變，設λ0為真空中的波長，則有c＝λ0f
介質中有：v＝λf
折射率，λ0保持不變，波長λ越小，頻率f越大，此時折射率越大，據可知傳播的速度越慢，故C正確；
D．光從內芯射向外套，據發生全反射的條件可知，在光纖中內芯的折射率比外套的折射率大，故D錯誤。
故選：BC。
（2022春 沈陽期中）光導纖維是利用光的全反射來傳輸光信號的．光導纖維由內、外兩種材料制成，內芯材料的折射率為n1，外層材料的折射率為n2，如圖的一束光信號與界面夾角為α，由內芯射向外層，要想在此界面發生全反射，必須滿足的條件是（　　）
A．n1＞n2，α大于某一值 B．n1＜n2，α大于某一值
C．n1＞n2，α小于某一值 D．n1＜n2，α小于某一值
【解答】解：光在內芯和外層的界面上發生全反射，則內芯的折射率n1大于外層的折射率n2，由于入射角要大于等于臨界角，所以α應小于某一值。故C正確，ABD錯誤。
故選：C。
（多選）（2022秋 南山區校級月考）酷熱的夏天，在平坦的柏油公路上你會看到在一定距離之外，地面顯得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎還能看到遠處車、人的倒影，但當你靠近“水面”時，它也隨著你的靠近而后退，對此現象正確的解釋是（　　）
A．這一現象是由光的折射和光的反射造成的
B．“水面”不存在，是由于酷熱難耐，人產生的幻覺
C．太陽輻射到地面，使地表溫度升高，附近空氣折射率變大，發生全反射
D．太陽輻射到地面，使地表溫度升高，附近空氣折射率變小，發生全反射
【解答】解：酷熱的夏天地面溫度高，地表附近空氣的密度小。空氣的折射率下小上大。路面反光，與人無關，太陽光斜向下由光密介質射入光疏介質時發生多次折射使入射角逐漸變大，達到臨界角時發生全反射。
故選：AD。
（2021 姜堰區模擬）在信息技術迅猛發展的今天，光盤是存儲信息的一種重要媒介．光盤上的信息通常是通過激光束來讀取的．若紅、藍激光束不是垂直投射到盤面上，則光線在通過透明介質層時會發生偏折而改變行進的方向。如圖所示．下列說法中正確的是（　　）
A．圖中光束①是紅光，光束②是藍光
B．在光盤的透明介質層中，光束①比光束②傳播速度更快
C．若光束①、②先后通過同一小孔，則①衍射現象更明顯
D．若光束①、②從透明介質層以相同逐漸增大的入射角射向空氣中，則①先發生全反射
【解答】解：A、①光的偏折程度較大，則折射率較大，藍光的折射率大于紅光的折射率，所以①光是藍光，②是紅光，故A錯誤；
B、根據v知，藍光的折射率大，在介質中的速度小，則光束①比②傳播速度更慢，故B錯誤；
C、藍光的折射率大，頻率大，知藍光的波長小，因波長越長，衍射現象越明顯，因此光束②比①更容易發生明顯衍射現象，故C錯誤；
D、藍光的折射率大于紅光的折射率，根據發生全反射的條件可知，若光束①、②從透明介質層以相同逐漸增大的入射角射向空氣中，則藍色光①先發生全反射，故D正確。
故選：D。
（2022春 常州期末）取一個半徑為r＝3cm的軟木塞，在圓心處插上一枚大頭針，讓軟木塞浮在液面上，如圖，調整大頭針插入軟木塞的深度，使它露在外面的長度為，這時從液面上方的各個方向向液體中看，恰好看不到大頭針，已知真空中的光速為c＝3×108m/s，求
（1）液體的折射率n；
（2）光在液體中的傳播速度v。
【解答】解：（1）由題意可知，大頭針在液體中發生全反射時的光路圖如圖所示
則有
根據
解得
（2）根據可得光在液體中的傳播速度
答：（1）液體的折射率n為；
（2）光在液體中的傳播速度v為2.25×108m/s。
（2022 鳳陽縣校級三模）如圖所示，MN是一條通過透明球體球心的直線，在真空中波長為λ0＝600nm的單色細光束AB平行于MN射向球體，B為入射點，若出射光線CD與MN所成的夾角α＝30°，出射點C與O的連線與ON的夾角為15°。求：
（1）透明體的折射率n；
（2）此單色光在透明球體中的波長λ（結果保留3位有效數字）。
【解答】解：（1）連接OB、BC，在B點光線的入射角、折射角分別設為i、γ，如圖所示
由折射定律可知在B點有
在C點有
又因為∠BCO＝γ
所以i＝45°
又因為∠BOC＝180°﹣i﹣∠COP＝120°
故γ＝30°
因此，透明體的折射率
（2）由
代入數據解得：λ＝424nm
答：（1）透明體的折射率n為；
（2）此單色光在透明球體中的波長λ為424nm。
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