資源簡介

第3節　光的全反射
第4節　光導纖維及其應用
1～4、6、7題每題6分，5題12分，共48分
考點一　全反射及其產生條件
1.(多選)(2023·云南昆明一中高二期中)如圖所示，一束單色光由介質Ⅰ射入介質Ⅱ，在界面MN上發生折射，入射角為α，折射角為β，且α<β，下列說法正確的是(　　)
A．兩種介質相對來說，介質Ⅰ是光疏介質，介質Ⅱ是光密介質
B．兩種介質相對來說，介質Ⅰ是光密介質，介質Ⅱ是光疏介質
C．若該單色光由介質Ⅰ射向介質Ⅱ時，隨著入射角不斷增大，在界面上會發生全發射
D．若該單色光由介質Ⅱ射向介質Ⅰ時，隨著入射角不斷增大，在界面上會發生全發射
2．(多選)酷熱的夏天，在平坦的柏油公路上，你會看到在遠處的路面顯得格外明亮，仿佛有一片“水面”，如圖所示，但當你向“水面”靠近時，“水面”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
3.(2023·石家莊市高二月考)某物理興趣小組設計了如圖所示的探究實驗：將透明塑料圓盒裝一半水，形成半圓形水柱，水中加少量色素，利用丁達爾效應，讓學生可觀察到液體中的光路。用激光沿半徑方向射到半圓水柱的圓心，并從水面射到空氣中。增大入射角θ，當折射光剛好在水面上方消失時，可讀出此時的入射角θ即為全反射臨界角。若在操作時，水略微超過了圓盒容積的一半，激光仍對準圓心入射，則臨界角的測量值會(　　)
A．偏大 B．不變
C．偏小 D．無法確定
4．(多選)如圖所示，ABCD是兩面足夠大的平行的透明玻璃磚，AB面和CD面是玻璃和空氣的分界面，分別設為界面Ⅰ和界面Ⅱ。光線從界面Ⅰ射入玻璃磚，再從界面Ⅱ射出，回到空氣中，如果改變光線到達界面Ⅰ時的入射角，則(　　)
A．只要入射角足夠大，光線在界面Ⅰ上可能發生全反射現象
B．只要入射角足夠大，光線在界面Ⅱ上可能發生全反射現象
C．不管入射角多大，光線在界面Ⅰ上都不可能發生全反射現象
D．不管入射角多大，光線在界面Ⅱ上都不可能發生全反射現象
5．(12分)(2023·岳陽市高二月考)一束光垂直BC面射入如圖所示的透明三棱鏡中，棱鏡折射率n＝，求：
(1)(5分)在圖上畫出光第一次從三棱鏡中射出的光路圖；
(2)(7分)光第一次從三棱鏡中射出時的折射角。
考點二　全反射棱鏡
6.(2023·南寧市高二月考)自行車上的紅色尾燈不僅是裝飾品，也是夜間騎車的安全指示燈，它能把來自后面的光線反射回去。某種自行車尾燈可簡化為由許多整齊排列的等腰直角棱鏡(折射率n>)組成，棱鏡的橫截面如圖所示。一平行于橫截面的光線從O點垂直AB邊射入棱鏡，先后經過AC邊和CB邊反射后，從AB邊的O′點射出，則出射光線是(　　)
A．平行于AC邊的光線①
B．平行于入射光線的光線②
C．平行于CB邊的光線③
D．平行于AB邊的光線④
考點三　光導纖維的工作原理
7.(2023·重慶市沙坪壩區高二月考)光纖通信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錯誤的是(　　)
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發生全反射
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生全反射
C．光纖通信有傳輸容量大、衰減小、抗干擾性及保密性強等多方面優點
D．醫學上利用光纖制成內窺鏡，來檢查人體胃腸、氣管等臟器
8～11題每題7分，12題16分，共44分
8.(2023·莆田市高二月考)“水流導光”實驗裝置如圖所示。長直開口透明塑料瓶內裝有適量清水，在其底側開一小孔，水從小孔流出，形成彎曲不散開的水流，用細激光束透過塑料瓶水平射向該小孔，觀察到激光束沒有完全被限制在水流內傳播。下列操作中，能使激光束完全被限制在水流內傳播的是(　　)
A．從瓶口往瓶內打氣
B．增大激光的強度
C．改用波長更長的激光
D．改用折射率更小的液體
9.一透明體的橫截面如圖所示，四分之一圓弧BC對應的半徑為R，∠AOB＝90°，∠OAB＝60°，一單色光從OA面上的D點垂直OA射入透明體，經AB面反射后恰好在圓弧上的E點發生全反射，最終從OC上的F點(未標出)射出。已知弧BE長為，則透明體對該單色光的折射率為(　　)
A. B. C．2 D.
10.單鏡頭反光相機簡稱單反相機，它用一塊放置在鏡頭與感光部件之間的透明平面鏡把來自鏡頭的圖像投射到對焦屏上。對焦屏上的圖像通過五棱鏡的反射進入人眼中。如圖為單反照相機取景器的示意圖，ABCDE為五棱鏡的一個截面，AB⊥BC，光線垂直AB射入，分別在CD和EA上發生反射，且兩次反射的入射角相等，最后光線垂直BC射出。若兩次反射都為全反射，則該五棱鏡折射率的最小值是(　　)
A. B. C. D.
11．(2023·湖北卷)如圖所示，楔形玻璃的橫截面POQ的頂角為30°，OP邊上的點光源S到頂點O的距離為d，垂直于OP邊的光線SN在OQ邊的折射角為45°。不考慮多次反射，OQ邊上有光射出部分的長度為(　　)
A.d B.d C．d D.d
12．(16分)(2023·北京市海淀區高二月考)折射率為n、長度為L的玻璃纖維置于空氣中，若從A端射入的光線能在玻璃纖維中發生全反射，最后從B端射出，如圖所示，求：
(1)(7分)光在A面上入射角應滿足的條件？
(2)(9分)若要使從A端射入的光線不論入射角多大，都能在纖維中發生全反射，而從B端射出，纖維的折射率不能小于多少？
(8分)
13．(2023·青島市高二期末)一束細光束由真空沿著徑向射入一塊半圓柱形透明體，如圖甲所示，對其射出后的折射光線的強度進行記錄，發現折射光線的強度隨著θ的變化而變化，如圖乙所示，則下列說法正確的是(　　)
A．透明體的臨界角為30°
B．透明體的臨界角為60°
C．透明體的折射率為
D．透明體的折射率為
1．BC　[在介質Ⅱ的折射角較大，因此介質Ⅰ是光密介質，介質Ⅱ是光疏介質，故A錯誤，B正確；單色光由光密介質射向光疏介質時，隨著入射角增大才能發生全反射，故C正確，D錯誤。]
2．AD　[酷熱的夏天柏油路面溫度較高，路面上方下層空氣的溫度比上層空氣的溫度高，下層空氣的折射率比上層的小，由路面向上空氣的折射率逐漸變大，太陽光斜向下射向路面過程中是由光密介質射入光疏介質，經過多次折射使入射角逐漸變大，達到臨界角時發生全反射現象，故人們會看到遠處的路面仿佛有一片“水面”，故A、D正確。]
3．B　[
根據題意，光路圖如圖所示，
入射光線的方向不變，由圖可得，發生全反射的臨界角相等，即臨界角的測量不變，故選B。]
4．CD　[在界面Ⅰ上光由空氣射入玻璃磚，是由光疏介質射入光密介質，不管入射角多大，光線在界面Ⅰ上都不可能發生全反射現象，則選項C正確；在界面Ⅱ上光由玻璃射入空氣，是由光密介質射入光疏介質，但是，由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行，光由界面Ⅰ進入玻璃后再到達界面Ⅱ，在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角，入射角總是小于臨界角，因此光線在界面Ⅱ上也不會發生全反射現象，選項D正確。]
5．(1)見解析圖　(2)45°
解析　(1)由臨界角公式得
sin C＝＝
解得C＝45°
由幾何知識可知i＝60°＞C
光在AB上發生全反射，
又α＝30°，則光在AC面上發生折射，光路圖如圖所示。
(2)由折射定律得n＝＝＝
可得sin β＝，解得β＝45°
6．B　[由題意可知光線在棱鏡與空氣界面發生全反射的臨界角C＝arcsin 7．B　[根據光導纖維原理可知，光從內芯向外套傳播時發生全發射，則根據全反射的條件可知，內芯的折射率要比外套的大，故A正確，B錯誤；光纖通信具有傳輸容量大、衰減小、抗干擾性及保密性強等優點，故C正確；醫學上用光導纖維制成內窺鏡，用來檢查人體胃腸、氣管等臟器的內部。它利用了光的全反射原理，故D正確。]
8．A　[當從瓶口往瓶內打氣，則從孔中射出的水流速度會變大，水流軌跡會變得平直，激光在水和空氣界面處的入射角會變大，則有大部分光會在界面處發生全反射，這種現象相當于光導纖維的導光現象，故A正確；當增大激光的強度時，不會改變光在水流中的入射角，光在水流中仍不會發生全反射，故B錯誤；若改用波長更長的激光或者折射率更小的液體，只能增大臨界角，光從水中射向空氣的入射角仍小于臨界角，出現折射現象，故C、D錯誤。]
9．C　[
根據已知條件作出的光路圖如圖所示
設∠EOB＝θ，結合幾何關系有Rθ＝，得θ＝，
由sin θ＝，解得n＝2，故選C。]
10．A　[
設入射到CD面上的入射角為α，因為在CD和EA上發生全反射，且兩次反射的入射角相等，如圖，根據幾何關系有4α＝90°，解得α＝22.5°，當光剛好在CD和AE面上發生全反射時，折射率最小，根據sin α＝，解得最小折射率為n＝，故A正確，B、C、D錯誤。]
11．C　[
設光線在OQ界面的入射角為α，折射角為β，由幾何關系可知α＝30°，則由折射定律n＝＝，光線射出OQ界面的臨界為發生全反射，光路圖如圖所示，其中CS⊥OB，光線在A、B兩點發生全反射，由全反射定律sin C＝＝可得，全反射的臨界角為45°，AB之間有光線射出，由幾何關系可知AB＝2AC＝2CS＝OS＝d，故選C。]
12．(1)光在A面上入射角的最大值是θ1＝arcsin 　(2)
解析　(1)光路如圖，要在纖維中發生全反射，其臨界角為C，有sin C＝
折射角θ2＝90°－C，所以cos θ2＝，
sin θ2＝，
由折射定律得sin θ1＝nsin θ2＝
故入射角的最大值θ1＝arcsin
(2)當入射角θ1＝90°時，由(1)得n＝
纖維的折射率不能小于。
13．B　[由題圖乙可知，當θ小于等于30°，即入射角大于等于60°時，折射光線的強度為零，光線發生全反射現象，所以此透明體的臨界角為60°，故選項A不合題意，選項B符合題意；由臨界角公式sin C＝，C＝60°，解得折射率n＝，故選項C、D不合題意。]第3節　光的全反射
第4節　光導纖維及其應用
[學習目標]　1.知道什么是光疏介質和光密介質，理解它們具有相對性。2.通過實驗了解全反射現象，掌握臨界角的概念和發生全反射的條件，能判斷是否發生全反射(重點)。3.能利用光的折射定律和全反射條件解釋自然現象。4.理解全反射棱鏡的工作原理，了解全反射棱鏡的應用(難點)。5.理解光導纖維的工作原理，了解光導纖維的應用(難點)。
一、全反射及其產生條件
夏天的早晨，從某方向看植物葉子上的露珠會格外明亮。玻璃中的氣泡從側面看也是特別明亮。這是什么道理呢？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
1．全反射
光從某種介質入射到空氣中時，折射角________入射角，當入射角增大到一定程度時，________完全消失，全部光都被__________回介質內。這種現象稱為全反射現象，簡稱全反射。
說明：當光從光密介質射入光疏介質時，隨著入射角增大，折射光線強度減弱，即折射光線能量減小，反射光線強度增強，能量增加；當入射角達到臨界角時，折射光線強度減弱到零，光全部返回原來的介質，反射光線的能量等于入射光線的能量。
2．臨界角
(1)定義：剛好發生全反射，即折射角等于________時的入射角，用字母________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________。
(2)不同介質的臨界角________(填“相同”或“不同”)。
(3)介質的臨界角越小就越________(填“容易”或“不容易”)發生全反射。
3．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。例如：水晶與水相比，水晶為________介質，水為________介質；水與空氣相比，水為__________介質，空氣為________介質。
4．發生全反射的條件
(1)光從________介質射入________介質。
(2)入射角______________臨界角。
1．“兩種介質相比較，密度大的介質一定是光密介質”，這種說法對嗎？試舉例說明。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
2．“當光從水射向與玻璃的交界面時，只要入射角足夠大就會發生全反射”(已知n水＝1.33，n玻＝1.50～2.00)，這種說法正確嗎？為什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(1)光線從光密介質射向光疏介質時，一定會發生全反射現象。 (　　)
(2)發生全反射時，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認為不存在折射光線而只有反射光線。 (　　)
(3)同一束光，在光密介質中的傳播速度較大。 (　　)
例1　(2023·三明市高二月考)一束光線從折射率為1.5的玻璃射入空氣，在界面上的入射角為45°。如圖所示的四個光路圖中正確的是(　　)
例2　(2023·福建莆田華僑中學高二期中)在一個半徑為r的圓形輕木塞中心插一大頭針，然后把它倒放在液體中，調節大頭針插入的深度，當針頭在水面下深度為d時，觀察者不論在液面上方何處，都剛好看不到液體下方的大頭針(如圖所示)。求液體的折射率。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
拓展　若在深度d處有一點光源，能發出紅光和紫光兩種色光，則這兩種色光在水面形成的光斑面積哪個更大？(通過計算說明)
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
二、全反射現象
1.當熏黑的鐵球放入水中時，球面和水之間形成________。日光從水照射到空氣層時，會有部分光發生________，球看上去就變得锃亮了(如圖)。
2．魚缸中上升的氣泡亮晶晶的，也是由于光射到氣泡上發生了________。
3．沙漠蜃景
太陽照到沙地上，接近地面的熱空氣比上層空氣的密度小，折射率也________。從遠處物體射向地面的光，進入折射率較小的熱空氣層時被折射。當入射角________臨界角時發生全反射，人們逆著反射光看去，就會看到遠處物體的倒景(如圖)。
例3　(多選)夏天，海面上出現了蜃景，如圖所示，下列說法正確的是(　　)
A．海面上上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要小
B．海面上上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要大
C．A是景物， B是蜃景
D．A是蜃景， B是景物
三、全反射棱鏡
1．圖形橫截面為等腰直角三角形的玻璃棱鏡(各種玻璃的臨界角為30°～42°)，甲、乙兩幅圖中光線垂直界面射入棱鏡，在棱鏡內發生了什么現象？其作用是什么？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
2.圖中，光線以平行于斜邊的方向從圖示界面射入棱鏡，在棱鏡內會發生什么現象？畫出光路圖。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
1．全反射棱鏡：截面為____________三角形的棱鏡。
2．全反射棱鏡改變光路的幾種情況
入射方式 項目　　　　 一 二 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 ________ ________ ________________
3.特點：全反射棱鏡比平面鏡的反射率高，幾乎可達100%。反射面不必涂任何反光物質，反射失真小。
4．應用：雙筒望遠鏡、潛望鏡、自行車尾燈等。
(1)全反射棱鏡可以使光線傳播的方向改變90°。(　　)
(2)用任意一種材料制作的等腰直角三棱鏡都是全反射棱鏡。 (　　)
(3)全反射棱鏡和平面鏡相比，反射時能量損失要小。(　　)
例4　空氣中兩條光線a和b從方框左側入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖所示。方框內有兩個折射率n＝1.5的全反射玻璃棱鏡。下列選項給出了兩棱鏡的四種放置方式的示意圖。其中能產生圖中效果的是(　　)
四、光導纖維及其應用
1．光導纖維的工作原理
(1)光導纖維：把石英玻璃拉成直徑幾微米到幾十微米的細絲，再包上折射率比它________的材料，就制成了光導纖維，簡稱________。
(2)傳導原理：光纖一般由折射率較______的玻璃內芯和折射率較____________的外層透明介質組成。光在光纖內傳播時，由光密介質(n1)入射到光疏介質(n2)，若入射角____________，光就會在光纖內不斷發生全反射。
(3)作用：傳輸光、圖像或者其他信息。
(4)應用：光纖通信，醫學及工業內窺鏡，飾品等。
2．光纖通信的優點
光纜大大增加了聲音、圖像和數據量的傳輸，其通信容量遠大于電纜。
(1)光導纖維內芯折射率比外套的折射率小。 (　　)
(2)光在光導纖維中傳播時會在內芯與外套的界面上發生全反射。(　　)
(3)容量大和抗干擾能力強都是光纖通信的優點。(　　)
例5　(2024·蘇州市高二月考)如圖所示，一根長為L的直圓柱狀光導纖維，當一束激光射向它的左端面中點，且光線與端面夾角為30°時，恰好不能從側壁射出，光在真空中的傳播速度為c。
(1)求該光導纖維的折射率；
(2)調整激光束的入射方向，試求光在光導纖維中經歷的最長時間t。
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
拓展　調整激光束的入射方向，光在光導纖維中經歷的最短時間是多少？
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
第3節　光的全反射
第4節　光導纖維及其應用
一、光照射露珠或經玻璃照射氣泡時，一部分光會發生全反射，將有更多的光反射到人的眼睛里，人就會感覺特別明亮。
梳理與總結
1．大于　折射光　反射
2．(1)90°　C　sin C＝　(2)不同
(3)容易
3．(1)小　(2)大　(3)相對　光密　光疏　光密　光疏
4．(1)光密　光疏　(2)大于等于
思考與討論
1．不對，折射率反映介質光學性質的物理量，與介質的密度沒有必然聯系。酒精和水相比較，ρ酒精<ρ水，但n酒精>n水。
2．不正確。要發生全反射必須是光從光密介質射向光疏介質。而水相對玻璃是光疏介質，所以不管入射角多大都不可能發生全反射。
二、1.空氣層　全反射　2.全反射
3．小　大于
三、
1．棱鏡內發生了全反射現象，其作用是改變光的傳播方向。
2.棱鏡內發生了全反射現象，光線傳播方向發生了側移，如圖所示。
梳理與總結
1．等腰直角
2．90°　180°　0°(發生側移)
四、
1．(1)小　光纖　(2)高　低　i≥C
一、
易錯辨析
(1)×　(2)×　(3)×
例1　A　[設玻璃的臨界角為C，則有sin C＝＝<，可得C<45°。光線從玻璃射入空氣時入射角為i＝45°>C，所以光線將在玻璃與空氣的界面上發生全反射，光線全部反射回玻璃，故選A。]
例2　
解析　如圖
從A點發出的光到達B點恰以臨界角C入射，因此sin C＝，且sin C＝，所以n＝。
拓展　見解析
解析　設色光的折射率為n，如圖所示，從點光源S射到水面M處的光線剛好發生全反射。
由sin C＝①
tan C＝②
面積S＝πR2③
由①②③得，面積S＝
因為n紅S紫
即紅光形成的光斑面積大。
二、
例3　AD　[夏天海面上的下層空氣的溫度比上層低，下層空氣的密度比上層大，折射率也比上層大，故A正確，B錯誤；遠處的景物發出或反射的光線射向空中時，由于不斷被折射，射向折射率較小的上一層空氣層的入射角不斷增大，以致發生全反射，光線反射回地面，人們逆著光線看去，就會看到遠方的景物懸在空中，由此可知，題圖中A是蜃景，B是景物，故C錯誤，D正確。]
三、
易錯辨析
(1)√　(2)×　(3)√
例4　B　[四個選項的光路圖如圖所示：
可知B項正確。]
四、
易錯辨析
(1)×　(2)√　(3)√
例5　(1)　(2)
解析　(1)作出光路如圖所示
根據折射定律公式有n＝，
根據題意有n＝，
由于光恰好不能從側壁射出，可知光剛好在上下兩側發生全反射，即γ角為臨界角C，則有β＋C＝90°，
根據臨界角與折射率的關系有n＝，解得n＝。
(2)光在光纖內是以全反射的方式傳播的，每次的入射角都大于或等于臨界角，但等于臨界角時路程最大，時間最長，如圖所示，sin C＝＝，Δs＝nΔl，則總路程為s＝nL，光線在光導纖維中傳播的速度v＝，所以光在光導纖維中傳播的最長時間為t＝＝＝。
拓展　
解析　由光路圖可知，光線在光導纖維中傳播的最短總距離為s′＝L，光線在光導纖維中傳播的速度v＝，所以光在光導纖維中傳播的最短時間為t短＝，解得t短＝。(共67張PPT)
DISIZHANG
第4章
第3節　光的全反射
第4節　光導纖維及其應用
1.知道什么是光疏介質和光密介質，理解它們具有相對性。
2.通過實驗了解全反射現象，掌握臨界角的概念和發生全反射的條件，能判斷是否發生全反射(重點)。
3.能利用光的折射定律和全反射條件解釋自然現象。
4.理解全反射棱鏡的工作原理，了解全反射棱鏡的應用(難點)。
5.理解光導纖維的工作原理，了解光導纖維的應用(難點)。
學習目標
一、全反射及其產生條件
二、全反射現象
三、全反射棱鏡
內容索引
課時對點練
四、光導纖維及其應用
全反射及其產生條件
一
夏天的早晨，從某方向看植物葉子上的露珠會格外明亮。玻璃中的氣泡從側面看也是特別明亮。這是什么道理呢？
答案　光照射露珠或經玻璃照射氣泡時，一部分光會發生全反射，將有更多的光反射到人的眼睛里，人就會感覺特別明亮。
1.全反射
光從某種介質入射到空氣中時，折射角 入射角，當入射角增大到一定程度時， 完全消失，全部光都被 回介質內。這種現象稱為全反射現象，簡稱全反射。
說明：當光從光密介質射入光疏介質時，隨著入射角增大，折射光線強度減弱，即折射光線能量減小，反射光線強度增強，能量增加；當入射角達到臨界角時，折射光線強度減弱到零，光全部返回原來的介質，反射光線的能量等于入射光線的能量。
梳理與總結
大于
折射光
反射
2.臨界角
(1)定義：剛好發生全反射，即折射角等于 時的入射角，用字母__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_________。
(2)不同介質的臨界角 (填“相同”或“不同”)。
(3)介質的臨界角越小就越 (填“容易”或“不容易”)發生全反射。
90°
C
不同
容易
3.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。例如：水晶與水相比，水晶為 介質，水為 介質；水與空氣相比，水為
介質，空氣為 介質。
4.發生全反射的條件
(1)光從 介質射入 介質。
(2)入射角 臨界角。
小
大
相對
光密
光疏
光密
光疏
光密
光疏
大于等于
思考與討論
答案　不對，折射率反映介質光學性質的物理量，與介質的密度沒有必然聯系。酒精和水相比較，ρ酒精<ρ水，但n酒精>n水。
1.“兩種介質相比較，密度大的介質一定是光密介質”，這種說法對嗎？試舉例說明。
2.“當光從水射向與玻璃的交界面時，只要入射角足夠大就會發生全反射”(已知n水＝1.33，n玻＝1.50～2.00)，這種說法正確嗎？為什么？
答案　不正確。要發生全反射必須是光從光密介質射向光疏介質。而水相對玻璃是光疏介質，所以不管入射角多大都不可能發生全反射。
(1)光線從光密介質射向光疏介質時，一定會發生全反射現象。
(　　)
(2)發生全反射時，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認為不存在折射光線而只有反射光線。 (　　)
(3)同一束光，在光密介質中的傳播速度較大。 (　　)
×
×
×
　(2023·三明市高二月考)一束光線從折射率為1.5的玻璃射入空氣，在界面上的入射角為45°。如圖所示的四個光路圖中正確的是
例1
√
　(2023·福建莆田華僑中學高二期中)在一個半徑為r的圓形輕木塞中心插一大頭針，然后把它倒放在液體中，調節大頭針插入的深度，當針頭在水面下深度為d時，觀察者不論在液面上方何處，都剛好看不到液體下方的大頭針(如圖所示)。求液體的折射率。
例2
如圖
拓展　若在深度d處有一點光源，能發出紅光和紫光兩種色光，則這兩種色光在水面形成的光斑面積哪個更大？(通過計算說明)
答案　見解析
設色光的折射率為n，如圖所示，從點光源S射到水面M處的光線剛好發生全反射。
面積S＝πR2 ③
因為n紅S紫
即紅光形成的光斑面積大。
返回
全反射現象
二
1.當熏黑的鐵球放入水中時，球面和水之間形成 。日光從水照射到空氣層時，會有部分光發生 ，球看上去就變得锃亮了(如圖)。
空氣層
全反射
2.魚缸中上升的氣泡亮晶晶的，也是由于光射到氣泡上發生了 。
全反射
3.沙漠蜃景
小
太陽照到沙地上，接近地面的熱空氣比上層空氣的密度小，折射率也 。從遠處物體射向地面的光，進入折射率較小的熱空氣層時被折射。當入射角 臨界角時發生全反射，人們逆著反射光看去，就會看到遠處物體的倒景(如圖)。
大于
　 (多選)夏天，海面上出現了蜃景，如圖所示，下列說法正確的是
A.海面上上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要小
B.海面上上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要大
C.A是景物，B是蜃景
D.A是蜃景，B是景物
例3
√
√
夏天海面上的下層空氣的溫度比上層低，下層空氣
的密度比上層大，折射率也比上層大，故A正確，
B錯誤；
遠處的景物發出或反射的光線射向空中時，由于不斷被折射，射向折射率較小的上一層空氣層的入射角不斷增大，以致發生全反射，光線反射回地面，人們逆著光線看去，就會看到遠方的景物懸在空中，由此可知，題圖中A是蜃景，B是景物，故C錯誤，D正確。
返回
全反射棱鏡
三
1.圖形橫截面為等腰直角三角形的玻璃棱鏡(各種玻璃的臨界角為30°～42°)，甲、乙兩幅圖中光線垂直界面射入棱鏡，在棱鏡內發生了什么現象？其作用是什么？
答案　棱鏡內發生了全反射現象，其作用是改變光的傳播方向。
2.圖中，光線以平行于斜邊的方向從圖示界面射入棱鏡，在棱鏡內會發生什么現象？畫出光路圖。
答案　棱鏡內發生了全反射現象，光線傳播方向發生了側移，如圖所示。
1.全反射棱鏡：截面為 三角形的棱鏡。
2.全反射棱鏡改變光路的幾種情況
梳理與總結
　　入射方式 項目　　　　 一 二 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 ______ ________ _____________
等腰直角
90°
180°
0°(發生側移)
3.特點：全反射棱鏡比平面鏡的反射率高，幾乎可達100%。反射面不必涂任何反光物質，反射失真小。
4.應用：雙筒望遠鏡、潛望鏡、自行車尾燈等。
(1)全反射棱鏡可以使光線傳播的方向改變90°。(　　)
(2)用任意一種材料制作的等腰直角三棱鏡都是全反射棱鏡。 (　　)
(3)全反射棱鏡和平面鏡相比，反射時能量損失要小。(　　)
×
√
√
　空氣中兩條光線a和b從方框左側入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖所示。方框內有兩個折射率n＝1.5的全反射玻璃棱鏡。下列選項給出了兩棱鏡的四種放置方式的示意圖。其中能產生圖中效果的是
例4
√
四個選項的光路圖如圖所示：
可知B項正確。
返回
光導纖維及其應用
四
1.光導纖維的工作原理
(1)光導纖維：把石英玻璃拉成直徑幾微米到幾十微米的細絲，再包上折射率比它 的材料，就制成了光導纖維，簡稱 。
(2)傳導原理：光纖一般由折射率較 的玻璃內芯和折射率較 的外層透明介質組成。光在光纖內傳播時，由光密介質(n1)入射到光疏介質(n2)，若入射角 ，光就會在光纖內不斷發生全反射。
(3)作用：傳輸光、圖像或者其他信息。
(4)應用：光纖通信，醫學及工業內窺鏡，飾品等。
2.光纖通信的優點
光纜大大增加了聲音、圖像和數據量的傳輸，其通信容量遠大于電纜。
小
光纖
高
低
i≥C
(1)光導纖維內芯折射率比外套的折射率小。 (　　)
(2)光在光導纖維中傳播時會在內芯與外套的界面上發生全反射。
(　　)
(3)容量大和抗干擾能力強都是光纖通信的優點。(　　)
×
√
√
　(2024·蘇州市高二月考)如圖所示，一根長為L的直圓柱狀光導纖維，當一束激光射向它的左端面中點，且光線與端面夾角為30°時，恰好不能從側壁射出，光在真空中的傳播速度為c。
例5
(1)求該光導纖維的折射率；
作出光路如圖所示
由于光恰好不能從側壁射出，可知光剛好在上下兩側發生全反射，即γ角為臨界角C，
則有β＋C＝90°，
(2)調整激光束的入射方向，試求光在光導纖維中經歷的最長時間t。
拓展　調整激光束的入射方向，光在光導纖維中經歷的最短時間是多少？
返回
課時對點練
五
考點一　全反射及其產生條件
1.(多選)(2023·云南昆明一中高二期中)如圖所示，一束單色光由介質Ⅰ射入介質Ⅱ，在界面MN上發生折射，入射角為α，折射角為β，且α<β，下列說法正確的是
A.兩種介質相對來說，介質Ⅰ是光疏介質，介質Ⅱ是光密介質
B.兩種介質相對來說，介質Ⅰ是光密介質，介質Ⅱ是光疏介質
C.若該單色光由介質Ⅰ射向介質Ⅱ時，隨著入射角不斷
增大，在界面上會發生全發射
D.若該單色光由介質Ⅱ射向介質Ⅰ時，隨著入射角不斷
增大，在界面上會發生全發射
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
基礎對點練
13
√
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
在介質Ⅱ的折射角較大，因此介質Ⅰ是光密介質，介質Ⅱ是光疏介質，故A錯誤，B正確；
單色光由光密介質射向光疏介質時，隨著入射角增大才能發生全反射，故C正確，D錯誤。
2.(多選)酷熱的夏天，在平坦的柏油公路上，你會看到在遠處的路面顯得格外明亮，仿佛有一片“水面”，如圖所示，但當你向“水面”靠近時，“水面”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
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
酷熱的夏天柏油路面溫度較高，路面上方下層空氣的溫度比上層空氣的溫度高，下層空氣的折射率比上層的小，由路面向上空氣的折射率逐漸變大，太
陽光斜向下射向路面過程中是由光密介質射入光疏介質，經過多次折射使入射角逐漸變大，達到臨界角時發生全反射現象，故人們會看到遠處的路面仿佛有一片“水面”，故A、D正確。
3.(2023·石家莊市高二月考)某物理興趣小組設計了如圖所示的探究實驗：將透明塑料圓盒裝一半水，形成半圓形水柱，水中加少量色素，利用丁達爾效應，讓學生可觀察到液體中的光路。用激光沿半徑方向射到半圓水柱的圓心，并從水面射到空氣中。增大入射角θ，當折射光剛好在水面上方消失時，可讀出此時的入射角θ即為全反射臨界角。若在操作時，水略微超過了圓盒容積的一半，激光仍對準圓心入射，則臨界角的測量值會
A.偏大 B.不變
C.偏小 D.無法確定
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
根據題意，光路圖如圖所示，
入射光線的方向不變，由圖可得，發生全反射的臨界角相等，即臨界角的測量不變，故選B。
4.(多選)如圖所示，ABCD是兩面足夠大的平行的透明玻璃磚，AB面和CD面是玻璃和空氣的分界面，分別設為界面Ⅰ和界面Ⅱ。光線從界面Ⅰ射入玻璃磚，再從界面Ⅱ射出，回到空氣中，如果改變光線到達界面Ⅰ時的入射角，則
A.只要入射角足夠大，光線在界面Ⅰ上可能發生全
反射現象
B.只要入射角足夠大，光線在界面Ⅱ上可能發生全反射現象
C.不管入射角多大，光線在界面Ⅰ上都不可能發生全反射現象
D.不管入射角多大，光線在界面Ⅱ上都不可能發生全反射現象
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
在界面Ⅰ上光由空氣射入玻璃磚，是由光疏介質射入光密介質，不管入射角多大，光線在界面Ⅰ上都不可能發生全反射現象，則選項C正確；
在界面Ⅱ上光由玻璃射入空氣，是由光密介質射入光疏介質，但是，由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行，光由界面Ⅰ進入玻璃后再到達界面Ⅱ，在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角，入射角總是小于臨界角，因此光線在界面Ⅱ上也不會發生全反射現象，選項D正確。
5.(2023·岳陽市高二月考)一束光垂直BC面射入如圖所示的透明三棱鏡中，棱鏡折射率n＝ ，求：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
(1)在圖上畫出光第一次從三棱鏡中射出的光路圖；
答案　見解析圖
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
解得C＝45°
由幾何知識可知i＝60°＞C
光在AB上發生全反射，
又α＝30°，則光在AC面上發生折射，光路圖如圖所示。
(2)光第一次從三棱鏡中射出時的折射角。
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
答案　45°
考點二　全反射棱鏡
6.(2023·南寧市高二月考)自行車上的紅色尾燈不僅是裝飾品，也是夜間騎車的安全指示燈，它能把來自后面的光線反射回去。某種自行車尾燈可簡化為由許多整齊排列的等腰直角棱鏡(折射率n> )組成，棱鏡的橫截面如圖所示。一平行于橫截面的光線從O點垂直AB邊射入棱鏡，先后經過AC邊和CB邊反射后，從AB邊的O′點射出，則出射光線是
A.平行于AC邊的光線①
B.平行于入射光線的光線②
C.平行于CB邊的光線③
D.平行于AB邊的光線④
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
由題意可知光線在棱鏡與空氣界面發生全反射的臨界角C＝ <45°，根據幾何關系可知光線在AC面的入射角為45°，所以光線在AC面發生全反射，反射光線平行于AB，而在BC面
13
的入射角也為45°，也會發生全反射，最終垂直于AB射出棱鏡，所以出射光線是平行于入射光線的光線②，故選B。
考點三　光導纖維的工作原理
7.(2023·重慶市沙坪壩區高二月考)光纖通信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錯誤的是
A.內芯的折射率比外套的大，光傳播時在內芯與
外套的界面上發生全反射
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生全反射
C.光纖通信有傳輸容量大、衰減小、抗干擾性及保密性強等多方面優點
D.醫學上利用光纖制成內窺鏡，來檢查人體胃腸、氣管等臟器
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
根據光導纖維原理可知，光從內芯向外套傳播時發生全發射，則根據全反射的條件可知，內芯的折射率要比外套的大，故A正確，B錯誤；
光纖通信具有傳輸容量大、衰減小、抗干擾性及保密性強等優點，故C正確；
醫學上用光導纖維制成內窺鏡，用來檢查人體胃腸、氣管等臟器的內部。它利用了光的全反射原理，故D正確。
8.(2023·莆田市高二月考)“水流導光”實驗裝置如圖所示。長直開口透明塑料瓶內裝有適量清水，在其底側開一小孔，水從小孔流出，形成彎曲不散開的水流，用細激光束透過塑料瓶水平射向該小孔，觀察到激光束沒有完全被限制在水流內傳播。下列操作中，能使激光束完全被限制在水流內傳播的是
A.從瓶口往瓶內打氣
B.增大激光的強度
C.改用波長更長的激光
D.改用折射率更小的液體
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
能力綜合練
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
當從瓶口往瓶內打氣，則從孔中射出的水流速度會
變大，水流軌跡會變得平直，激光在水和空氣界面
處的入射角會變大，則有大部分光會在界面處發生
全反射，這種現象相當于光導纖維的導光現象，故A正確；
當增大激光的強度時，不會改變光在水流中的入射角，光在水流中仍不會發生全反射，故B錯誤；
若改用波長更長的激光或者折射率更小的液體，只能增大臨界角，光從水中射向空氣的入射角仍小于臨界角，出現折射現象，故C、D錯誤。
13
9.一透明體的橫截面如圖所示，四分之一圓弧BC對應的半徑為R，∠AOB＝90°，∠OAB＝60°，一單色光從OA面上的D點垂直OA射入透明體，經AB面反射后恰好在圓弧上的E點發生全反射，最終從OC上的F點(未標出)射出。已知弧BE長為 ，則透明體對該單色光的折射率為
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
根據已知條件作出的光路圖如圖所示
10.單鏡頭反光相機簡稱單反相機，它用一塊放置在鏡頭與感光部件之間的透明平面鏡把來自鏡頭的圖像投射到對焦屏上。對焦屏上的圖像通過五棱鏡的反射進入人眼中。如圖為單反照相機取景器的示意圖，ABCDE為五棱鏡的一個截面，AB⊥BC，光線垂直AB射入，分別在CD和EA上發生反射，且兩次反射的入射角相等，最后光線垂直BC射出。若兩次反射都為全反射，則該五棱鏡折射率的最小值是
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
11.(2023·湖北卷)如圖所示，楔形玻璃的橫截面POQ的頂角為30°，OP邊上的點光源S到頂點O的距離為d，垂直于OP邊的光線SN在OQ邊的折射角為45°。不考慮多次反射，OQ邊上有光射出部分的長度為
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
12.(2023·北京市海淀區高二月考)折射率為n、長度為L的玻璃纖維置于空氣中，若從A端射入的光線能在玻璃纖維中發生全反射，最后從B端射出，如圖所示，求：
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
(1)光在A面上入射角應滿足的條件？
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
(2)若要使從A端射入的光線不論入射角多大，都能在纖維中發生全反射，而從B端射出，纖維的折射率不能小于多少？
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
13.(2023·青島市高二期末)一束細光束由真空沿著徑向射入一塊半圓柱形透明體，如圖甲所示，對其射出后的折射光線的強度進行記錄，發現折射光線的強度隨著θ的變化而變化，如圖乙所示，則下列說法正確的是
A.透明體的臨界角為30°
B.透明體的臨界角為60°
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
尖子生選練
13
√
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
由題圖乙可知，當θ小于等于30°，即入射角大于等于60°時，折射光線的強度為零，光線發生全反射現象，所以此透明體的臨界角為60°，故選項A不合題意，選項B符合題意；
13
返回

展開更多......

收起↑