高三物理一轮总复习专题152全反射名师伴学.docx

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高三物理一轮总复习专题152全反射名师伴学

专题15.2全反射

课前预习●自我检测

1.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

E．光从光密介质射入光疏介质有可能不发生全反射

【答案】　BDE

2．如图所示，ABCD是两面平行的透明玻璃，AB面和CD面平行，它们是玻璃和空气的界面，设为界面1和界面2.光线从界面1射入玻璃砖，再从界面2射出，回到空气中，如果改变光到达界面1时的入射角，则（　　）

A．只要入射角足够大，光线在界面1上可能发生全反射现象

B．只要入射角足够大，光线在界面2上可能发生全反射现象

C．不管入射角多大，光线在界面1上都不可能发生全反射现象

D．不管入射角多大，光线在界面2上都不可能发生全反射现象

E．光线穿过玻璃砖后传播方向不变，只发生侧移

【答案】　CDE

【解析】　在界面1，光由空气进入玻璃砖，是由光疏介质进入光密介质，不管入射角多大，都不能发生全反射现象；在界面2，光由玻璃砖进入空气，是由光密介质进入光疏介质，由于界面1和界面2平行，光由界面1进入玻璃后再到达界面2，在界面2上的入射角等于在界面1上的折射角，因此入射角总是小于临界角，也不会发生全反射现象．

3.光从介质1通过两种介质的交界面进入介质2的光路如图所示．下列论述正确的是（　　）

A．光在介质1中的传播速度较大

B．光在介质2中的传播速度较大

C．光从介质1射向两种介质的交界面时，不可能发生全反射现象

D．光从介质2射向两种介质的交界面时，可能发生全反射现象

E．光从介质2射向两种介质的交界面时，不可能发生全反射现象

【答案】　ACD

4.如图所示，一束光从空气中射向折射率n＝

的某种玻璃的表面，i表示入射角，则下列说法中确的是（　　）

A．当i＞45°时会发生全反射现象

B．无论入射角是多大，折射角r都不会超过45°

C．欲使折射角r＝30°，应以i＝45°的角度入射

D．当入射角i＝arctan

时，反射光线跟折射光线恰好垂直

E．当入射角i＝arctan

时，反射光线跟折射光线恰好垂直

【答案】　BCD

【解析】　当入射光由光疏介质射入光密介质时，无论入射角多大，都不会发生全反射，故A项错误．由n＝

＝

，当i＝90°时，r＝45°，故B项对．由

＝

，当r＝30°时，i＝45°，C项对．由i＝arctan

，得到tani＝

，设折射角为r，从而求出sini＝cosr＝

，cosi＝sinr＝

，可知i＋r＝90°，反射光线跟折射光线恰好垂直，D项也对．

5．下列说法正确的是（　　）

A．在水中的潜水员斜向上看岸边的物体时，看到的物体的像将比物体所处的实际位置高

B．光纤通信是一种现代通信手段，它是利用光的全反射原理来传递信息的

C．玻璃杯裂缝处在光的照射下，看上去比周围明显亮，是由于光的全反射

D．海市蜃楼产生的原因是海面上方上层空气的折射率比下层空气的折射率大

E．小孔成像是根据光的全反射

【答案】　ABC

课堂讲练●典例分析

【要点提炼】

一全反射

1．光密介质和光疏介质

光疏介质

光密介质

定义

折射率较小的介质

折射率较大的介质

传播速度

光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中的传播速度小

折射特点

光从光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角

光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角

2.全反射及发生条件

（1）全反射及临界角的概念

①全反射：

光从光密介质射入光疏介质时，若入射角增大到某一角度，折射光线就会消失，只剩下反射光线的现象．

②临界角：

刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角．用字母C表示．

（2）全反射的条件

要发生全反射，必须同时具备两个条件：

①光从光密介质射入光疏介质．

②入射角等于或大于临界角．

（3）临界角与折射率的关系

光由介质射入空气（或真空）时，sinC＝

（公式）．

二：

全反射的应用

1．全反射棱镜：

截面为等腰直角三角形的棱镜，利用全反射改变光的方向．

2．光导纤维：

由折射率较大的内芯和折射率较小的外套组成，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射．

3．对全反射棱镜光学特性的两点说明

（1）当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，与平面镜相比，它的反射率很高．

（2）反射时失真小，两种反射情况如图甲、乙所示．

4．光导纤维的结构与应用

实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，由内芯和外套两层组成．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，使反射光的能量最强，实现远距离传送．因此，光信号能携带着声音、图象以及各种数字信号沿着光纤传输到很远的地方，实现光纤通信，其主要优点是容量大，衰减小，抗干扰性强等．

医学上用光导纤维制成内窥镜，用来检查人体的胃、肠等器官内部，如图所示．

典例分析：

【典例1】．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．从玻璃射入水晶　B．从水射入二硫化碳

C．从玻璃射入水中D．从水晶射入水

E．从玻璃射入二硫化碳

【答案】　ACD

【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A、C、D正确．

【典例2】.为了测定某种材料制成的长方体的折射率，用一束光线从AB面以60°入射角射入长方体时光线刚好不能从BC面射出，如图1321所示，该材料的折射率是多少？

【答案】　

【总结反思】

1．对光疏介质和光密介质的理解

光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对的意义．例如：

水晶（n＝1.55）对玻璃（n＝1.5）是光密介质，而对金刚石（n＝2.42）来说，就是光疏介质．同一种介质到底是光疏介质还是光密介质，不是绝对的．

光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的密度大小．例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介质．

由v＝

可知：

光在光密介质中传播速度比在光疏介质中要小．

光在两种介质中传播时，由折射定律可知：

n1sinθ1＝n2sinθ2，n1v1＝n2v2，

由此可知：

当光从光密介质传播到光疏介质时，折射角大于入射角；当光从光疏介质传播到光密介质时，折射角小于入射角．光在光疏介质中传播的速度大于光在光密介质中传播的速度．

2．对全反射的理解

（1）全反射是光的折射的特殊现象，全反射现象还可以从能量变化角度加以理解．当光从光密介质射入光疏介质，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，发生了全反射．

（2）全反射遵循的规律：

光从光密介质进入光疏介质发生全反射时，仍然遵守反射定律，有关计算仍依据反射定律进行．

3解答全反射类问题的技巧

（1）．光必须从光密介质射入光疏介质．

（2）．入射角大于或等于临界角．

（3）．利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的光路图是解题的关键，且在作光路图时尽量与实际相符，这样更有利于问题的分析．

【典例4】．如图所示，一根长为L的直光导纤维，它的折射率为n.光从它的一个端面射入，从另一端面射出所需的最长时间为多少？

（设光在真空中的光速为c）

【答案】　

【反思总结】

对光导纤维折射率的要求

设光导纤维的折射率为n，当入射光线的入射角为θ1时，进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全发射，如图1327所示，则有：

sinC＝

，n＝

，C＋θ2＝90°，由以上各式可得：

sinθ1＝

.

课后巩固●课时作业

1．一束光从介质1进入介质2，如图所示，下列对于1、2两种介质的光学属性判断中正确的是（　　）

A．介质1是光疏介质

B．介质1的折射率大

C．光在介质1中传播速度大

D．光在介质2中传播速度大

【答案】　BD

2．当光从光密介质射向光疏介质时（　　）

A．反射光线的强度随入射角的增大而减小

B．折射光线的强度随入射角的增大而减小

C．当入射角等于临界角时，折射光线的强度等于零

D．当入射角等于零时，反射光线的强度等于零

【答案】　BC

【解析】　反射光的能量随入射角增大而增多，折射光的能量随入射角的增大而减少，当入射角等于临界角时，从光密介质射向光疏介质中的光线恰好发生全反射，故折射光线的强度等于零．

3．下列选项为光线由空气进入全反射玻璃棱镜再由棱镜射入空气的光路图．可以发生的是（　　）

【答案】　A

【解析】　光垂直等腰直角三角形的某直角边射入玻璃棱镜时，在斜边发生全反射，故A正确．

4．如图，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是

（　　）

【答案】　A

5．如图所示，一个透明玻璃球的折射率为

，一束足够强的细光束在过球心的平面内，以45°入射角由真空射入玻璃球后，在玻璃球与真空的交界面处发生多次反射和折射，从各个方向观察玻璃球，能看到从玻璃球内射出的光线的条数是（　　）

A．2B．3C．4D．5

【答案】　B

【解析】　sinC＝

＝

，C＝45°；n＝

，θ＝30°.光路图如图所示．

所以共3条射出玻璃球．

6.如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，E、F分别为边AB、BC的中点，则（　　）

A．该棱镜的折射率为

B．光在F点发生全反射

C．光从空气进入棱镜，波长变小

D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行

【答案】　AC

7．一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45°.画出光路图.

【答案】　

【解析】　因为玻璃的折射率n＝1.5，设全反射的临界角为C，则有sinC＝

＝

.而题图中sin45°＝

，所以45°＞C，故发生全反射．

8.一玻璃砖横截面如图所示，其中ABC为直角三角形（AC边未画出），AB为直角边，∠ABC＝45°；ADC为一圆弧，其圆心在BC边的中点．此玻璃的折射率为1.5，P为一贴近玻璃砖放置的、与AB垂直的光屏．若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入玻璃砖，则（　　）

A．从BC边折射出一束宽度与BC边长度相等的平行光

B．在BC面无光线射出

C．屏上有一亮区，其宽度小于AB边的长度

D．屏上有一亮区，其宽度等于AC边的长度

E．当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时，屏上亮区先逐渐变小然后逐渐变大

【答案】　BCE

屏上亮区宽度小于AC边长度，又AB边与AC边长度相等，故C、E选项正确，D选项错误．

9.如图所示，一玻璃球体的半径为R，O为球心，AB为直径．来自B点的光线BM在M点射出，出射光线平行于AB，另一光线BN恰好在N点发生全反射．已知∠ABM＝30°，求：

（1）玻璃的折射率；

（2）球心O到BN的距离．

【答案】　

（1）

（2）

R

【解析】　

（1）设光线BM在M点的入射角为i，折射角为r，由几何知识可知，i＝30°，r＝60°，根据折射定律得n＝

①

代入数据得n＝

②

（2）光线BN恰好在N点发生全反射，则∠BNO为临界角C

sinC＝

③

设球心到BN的距离为d，由几何知识可知d＝RsinC④

联立②③④式得d＝

R。

10．半径为R的半圆柱形玻璃，横截面如图13214所示，O为圆心，已知玻璃的折射率为

，当光由玻璃射向空气时，发生全反射的临界角为45°，一束与MN平面成45°角的平行光束射到玻璃的半圆柱面上，经玻璃折射后，有部分光能从MN平面上射出，求能从MN平面上射出的光束的宽度为多少.

【答案】　

R

【解析】　如图所示，

11．一厚度为h的大平板玻璃水平放置，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．

【答案】　

12.一足够大的水池内盛有某种透明液体，液体的深度为H，在水池的底部放一点光S，其中一条光线以30°入射角射到液体与空气的界面上，它的反射光线与折射光线的夹角为105°，如图所示．求：

（1）液体的折射率；

（2）液体表面亮斑的面积．

【答案】　

（1）1.414　

（2）πH2

【解析】　

（1）由图知入射角i＝30°，折射角r＝45°，n＝

＝

＝1.414.

（2）若发生全反射，入射角C应满足sinC＝

，C＝45°

亮斑半径R＝HtanC＝H，亮斑面积S＝πH2.