光的全反射-含解析.doc

第3节光的全反射1光从光密介质射入光疏介质时，若入射角增大到某一角度，_光线就会完全消失，只剩下_光线的现象叫全反射，这时的_叫做临界角2要发生全发射，必须同时具备两个条件：(1)光从_介质射入_介质，(2)入射角_临界角3光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是_4在实际应用中的光纤是一根极细的玻璃丝，直径约几微米到100 m不等，由两种_不同的玻璃制成，分内外两层，内层玻璃的折射率比外层玻璃的折射率_当光从一端进入光纤时，将会在两层玻璃的界面上发生_5在水底的潜水员看来，水面上方的所有景物只出现在顶角为97°的倒立圆锥里，这是因为()A水面上远处的景物反射的阳光都因为全反射而不能进入水中B水面上远处的景物反射的阳光折射进入水中，其折射角不可能大于48.5°C水面上方倒立圆锥之外的景物反射的阳光都因为全反射的原因不可能进入水中D水面上方倒立圆锥之外的景物反射的阳光都因为折射的原因不可能进入潜水员的眼中6全反射是自然界里常见的现象，下列与全反射相关的说法正确的是()A光只有从光密介质射向光疏介质时才能发生全反射B如果条件允许，光从光疏介质射向光密介质时也可能发生全反射C发生全反射时，折射光线完全消失，反射光的能量几乎等于入射光的能量D只有在入射角等于临界角时才能发生全反射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°，下图所示的四个光路图中，正确的是()概念规律练知识点一发生全反射的条件1关于全反射，下列说法中正确的是()A发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线B光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射C光线从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射D水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生了全反射2如图1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，均由空气射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置下列说法正确的是()图1A假若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知识点二全反射的临界角3光在某种介质中传播的速度为1.5×108 m/s，光从此介质射向空气并发生全反射时的临界角是()A15° B30° C45° D60°4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c·sin 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此单色光在该介质中的频率是在真空中的倍知识点三光导纤维5光导纤维的结构如图2所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播以下关于光导纤维的说法正确的是()图2A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折射D内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用6. 如图3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，又从另一端面射出所需的最长时间为多少？(设光在真空中的速度为c)图3方法技巧练应用全反射规律解决实际问题的方法7有一折射率为n的长方体玻璃砖ABCD，其周围是空气，如图4所示，当入射光线从它的AB面以入射角射入时图4(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？8如图5所示是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片，相机的镜头竖直向上照片中，水立方运动馆的景象呈现在半径r11 cm的圆形范围内，水面上的运动员手到脚的长度l10 cm.若已知水的折射率为n，请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深h.(结果保留两位有效数字)图51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，如果光按下面几种方式传播，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2如图6所示，ABCD是平面平行的透明玻璃砖，AB面和CD面平行，它们分别是玻璃和空气的界面，设为界面和界面，光线从界面射入玻璃砖，再从界面射出，回到空气中，如果改变光到达界面时的入射角，则()图6A只要入射角足够大，光线在界面上可能发生全放射现象B只要入射角足够大，光线在界面上可能发生全反射现象C不管入射角多大，光线在界面上都不可能发生全反射现象D不管入射角多大，光线在界面上都不可能发生全反射现象3某一束单色光在水中的传播速度是真空中的3/4，则()A水的折射率为3/4B水的折射率为4/3C从水中射向水面的光线，一定可以进入空气中D这束光在水中传播时的频率为真空中的3/44在完全透明的水下某处，放一点光源，在水面上可见到一个圆形透光平面，若透光圆面的半径匀速增大，则光源正()A加速上升 B加速下沉C匀速上升 D匀速下沉5如图7所示，一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象，下列说法正确的是()图7A红光的偏折最大，紫光的偏折最小B红光的偏折最小，紫光的偏折最大C玻璃对红光的折射率比紫光大D玻璃中紫光的传播速度比红光大6. 如图8所示，一个三棱镜的截面为等腰直角ABC，A为直角此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能发生全反射该棱镜材料的折射率为()图8A. B. C. D.7如图8所示，在桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆锥的轴(图中虚线)与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形有一半径为r的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的底面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合已知玻璃的折射率为1.5，则光束在桌面上形成的光斑半径为()图8Ar B1.5rC2r D2.5r8如图9所示，光线从空气垂直射入棱镜界面BC上，棱镜图9的折射率n ，这条光线离开棱镜时与界面的夹角为()A30° B45°C60° D90°9空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图10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所示效果的是()图1010.如图11所示，一段横截面为正方形的玻璃棒，中间部分弯成四分之一圆弧形状，一细束单色光由MN端面的中点垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射，然后垂直PQ端面射出图11(1)求该玻璃棒的折射率(2)若将入射光向N端平移，当第一次射到弧面EF上时_(填“能”“不能”或“无法确定能否”)发生全反射11一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯，图12为过轴线的截面图，调整入射角，使光线恰好在水和空气的界面上发生全反射，已知水的折射率为，求sin 的值图1212.在厚度为d、折射率为n的大玻璃板的下表面，有一个半径为r的圆形发光面为了从玻璃板的上方看不见圆形发光面，可在玻璃板的上表面贴一块圆形纸片，所贴纸片的最小半径为多大？13如图13所示的圆柱形容器中盛满折射率n2的某种透明液体，容器底部安装一块平面镜，容器直径L2H，在圆心正上方h高度处有一点光源S，要使S发出光从液体上方观察照亮整个液体表面，h应该满足什么条件图13第3节光的全反射答案课前预习练1折射反射入射角2光密光疏大于或等于3sin C4折射率大全反射5B水面上方的所有景物出现在顶角为97°的倒立圆锥里，这是由于水的临界角为48.5°，光由空中射入水中时，最大折射角为48.5°，不能发生全反射；当光由水中射向空中时有可能发生全反射现象，故B正确，A、C、D错6AC7A因为sin C，则sin C<sin 45°，故C<45°，所以光线在界面上发生了全反射，A正确课堂探究练1CD光从光密介质射向光疏介质时，当入射角增大到某一角度后，折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象叫全反射，故A、B错，C正确；光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生了全反射，即反射光增强，透射光减弱，就使气泡看起来特别亮，D正确点评发生全反射的条件：光从光密介质射向光疏介质；入射角大于或等于临界角2ACD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，所以选项A对假若光线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光线不一定能发生全反射所以选项C对，B错假若光线aO恰能发生全反射，光线bO和光线cO都不能发生全反射，但bO光线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，即光线bO的反射光线亮度较大，所以D对，本题答案选A、C、D.点评当光从光密介质射向光疏介质未发生全反射时，随着入射角的增大，折射光线越来越弱，反射光线越来越强，直到增大到临界角之后，折射光线消失，反射光线达到最强3B因为n2，而且sin C，所以C30°，选B.4ABC该题考查临界角、折射率以及光速之间的关系由临界角的计算式sin C，得n，选项A正确；将n代入sin C，得sin C，故vcsin C，选项B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，选项C正确；该单色光由真空传入介质时，频率不发生变化，选项D错误点评临界角、光在介质中传播速度v以及介质的折射率n之间的关系为sin C、n.5A光导纤维很细，它的直径只有几微米到一百微米，它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6.解析由题中的已知条件可知，要使光线从光导纤维的一端射入，然后从它的另一端全部射出，必须使光线在光导纤维中发生全反射现象要使光线在光导纤维中经历的时间最长，就必须使光线的路径最长，即光线对光导纤维的入射角最小，光导纤维的临界角为Carcsin .光在光导纤维中传播的路程为dnL.光在光导纤维中传播的速度为v.所需最长时间为tmax.点评光纤通信就是利用全反射原理，光在内芯内传播时想要减少能量损失，在内芯与外套的界面上就要发生全反射，则内芯的折射率大于外套7(1)证明见解析(2)大于或等于 解析(1)要使光线在BC面发生全反射如图所示，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0°90°都能产生全反射，则只有当1才能满足上述条件，故n.82.1 m解析设照片圆形区域的实际半径为R，运动员手到脚的实际长度为L，由全反射公式得sin 几何关系sin ，得h·r取L2.2 m，解得h2.1 m(1.62.6 m都算对)方法总结应用全反射规律解决实际问题的思路：(1)确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质(2)若光由光密介质进入光疏介质，则根据sin C确定临界角，看是否发生全反射(3)根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”(4)运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理、运算及变换，进行动态分析或定量计算课后巩固练1C本题考查全反射的条件，光只有从光密介质射入光疏介质才可能发生全反射，从水晶射入玻璃、从水射入二硫化碳，从水射入水晶都是从光疏介质射入光密介质，都不可能发生全反射，故A、B、D错误，从玻璃射入水中是从光密介质射入光疏介质，有可能发生全反射，故C正确2CD在界面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，都不会发生全反射现象，选项C正确；在界面光由玻璃进入空气，是由光密介质进入光疏介质，但是，由于界面和界面平行，光由界面进入玻璃后再达到界面，在界面上的入射角等于在界面上的折射角，因此入射角总是小于临界角，因此也不会发生全反射现象，选项D也正确3B由于在水中的传播速度vc，所以折射率为n.故A错，B正确从水中射向水面，如果发生了全反射，则光不会进入空气中，故C错光在不同介质中传播时频率不变，故D错4D所形成的透光圆面是由于全反射造成的，如图甲所示，圆面的边缘处是光发生全反射的位置，即iC.若光源向上移动，只能导致透光圆面越来越小，所以光源只能向下移动如图乙所示，取时间为t，则透光圆面扩大的距离为svt.设这段时间内，光源下移的距离为L，由几何关系可得Lvtcot C，由上面的表达式可知vcot C为定值，L与t成正比例关系，满足匀速运动条件，所以，光源应向下匀速运动5B由光的色散知识可知，红光的偏折最小，紫光的偏折最大，玻璃对红光的折射率比紫光小，玻璃中紫光的传播速度比红光小6A根据折射率定义有，sin 1nsin 2，nsin 31，已知145°，又2390°，解得：n.7C由sin C，得C42°，可知光线首先发生全反射，作出光路图如图所示，由图中几何关系，可得rtan 60°(Rr)tan 30°，故R2r.8B光路图如图所示，此棱镜的临界角为C，则sin C，所以C45°，光线在AB面上发生全反射，又因为n，所以sin ，所以45°，故光线离开棱镜时与界面夹角为45°.9B四个选项产生光路效果如下图：由上图可知B项正确10(1) (2)能解析(1)如图所示，单色光照射到EF弧面上时恰好发生全反射，由全反射的条件可知C45°由折射定律得n联立式解得n(2)当入射光向N端移动时，光线在EF面上的入射角将增大，所以能产生全反射11.解析当光线在水面发生全反射时，有sin C当光线从左侧射入时，由折射定律n联立式，代入数据可得sin .12r解析根据题述，光路如图所示，图中S点为圆形发光面边缘上一点，由该点发出的光线能射出玻璃板的范围由临界光线SA确定，当入射角大于临界角C时，光线就不能射出玻璃板了图中rdtan Cd，而sin C，则cos C，所以r.故所贴纸片的最小半径Rrrr.13H>h(1)H解析设点光源S通过平面镜所成像为S，如图，反射光线能照亮全部液面，入射角C，C为全反射临界角sin C1/n1/2C30°tan (L/2)/(Hh)tan C解得h(1)H则H>h(1)H