2017-2018学年同步备课套餐物理人教浙江专版选修3-4讲义第十三章光2

全反射考试要求知识内容全反射必考加试b1.划分光疏介质和光密介质.2.认识全反射，知道其产生条件.3.知道光导纤维和课时要求.4.会计算全反射临界角.全反射棱镜，认识它们的应用一、全反射[导学研究]如图1，让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上．渐渐增大入射角，察看反射光芒和折射光芒的变化．图1(1)在入射角渐渐增大时，折射角的大小怎样变化？(2)在入射角渐渐增大时，反射光芒和折射光芒的亮度怎样变化？(3)折射界面双侧的介质的折射率有何不一样？答案(1)渐渐增大入射角，会看到折射光芒离法线愈来愈远，折射角渐渐增大．(2)折射光芒愈来愈弱，反射光芒愈来愈强．当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光芒完整消逝，只剩下反射光芒．(3)入射侧介质的折射率较大，折射侧介质的折射率较小．[知识梳理]对全反射的理解1．光疏介质和光密介质两种介质对比较，折射率较大的介质叫光密介质，折射率较小的介质叫光疏介质．任何两种透明介质都能够经过比较光在此中流传速度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介质或光密介质．2．全反射现象(1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射．若入射角增大到某一角度，折射光芒完整消逝，只剩下反射光芒的现象．(2)临界角：恰巧发生全反射，即折射角等于

90°时的入射角．用字母

1C表示，sinC＝n.(3)全反射发生的条件①光从光密介质射入光疏介质．②入射角大于或等于临界角．[即学即用

]

判断以下说法的正误．(1)光发生全反射时，折射光芒消逝，只剩下反射光芒．(√)(2)光从一种介质进入另一种介质时，只需入射角足够大就必定会发生全反射现象．(×)(3)折射率大的介质就是光密介质．(×)(4)光由介质进入空气，介质的折射率越大，临界角越小．(√)二、全反射棱镜[导学研究

]

如图

2所示，已知玻璃的折射率为

1.5，甲图中当光芒垂直

BC

面入射时，光芒抵达AC面的入射角是多少？可否发生全反射？乙图中当光芒垂直

AC

面入射时，光芒抵达AB面的入射角是多少？可否发生全反射？图2答案45°能发生全反射45°能发生全反射[知识梳理]入射方式方式一方式二方式三项目光路图入射面ABACAB全反射面ACAB、BCAC光芒方向90°180°0°(发生侧移)改变角度[即学即用]判断以下说法的正误．(1)制作全反射棱镜的资料的折射率必定大于2.(√)(2)全反射棱镜能够使光芒流传的方向改变180°.(√)(3)全反射棱镜能够使光芒流传的方向改变90°.(√)(4)用随意一种资料制作的等腰直角三棱镜都是全反射棱镜．(×)(5)全反射棱镜和平面镜对比，反射光比入射光能量损失要小．(√)三、光导纤维[导学研究]如图3所示是光导纤维的构造表示图，其内芯和外衣由两种光学性能不一样的介质构成．构成内芯和外衣的两种介质，哪个折射率大？为何？图3答案内芯的折射率大．因为当内芯的折射率大于外衣的折射率时，光在流传时能发生全反射，光芒经过多次全反射后能从一端传到另一端．[知识梳理]光导纤维的原理及应用1．光导纤维由折射率较高的玻璃内芯和折射率较低的外层透明介质构成．当光在玻璃棒内传播时，假如从玻璃射向空气的入射角大于临界角，光会发生全反射，于是光在玻璃棒内沿着锯齿形路线流传．2．光纤通信利用了光的全反射原理，它的长处是容量大、衰减小、抗扰乱能力强等．3．光导纤维的应用：(1)内窥镜；(2)光纤通信．[即学即用]判断以下说法的正误．(1)光纤通信是利用光作为载体来传达信息．(√)(2)光导纤维传达光信号是利用光的全反射原理．(√)(3)光在光导纤维中流传的速度小于光在真空中的光速c.(√)光导纤维内芯的折射率大于外衣的折射率，光流传时在内芯和外衣的界面上发生全反射．(√)一、对全反射的理解解决全反射问题的思路(1)确立光是由光疏介质进入光密介质仍是由光密介质进入光疏介质．1(2)若光由光密介质进入光疏介质时，则依据sinC＝n确立临界角，看能否发生全反射．(3)依据题设条件，画进出射角等于临界角的“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，运算及变换进行动向剖析或定量计算．例1(多项选择)如图4所示，半圆形玻璃砖放在空气中，三条同一颜色、强度同样的光芒，均由空气沿半圆半径方向射入玻璃砖，抵达玻璃砖的圆心地点．以下说法正确的选项是( )图4A．倘若三条光芒中只有一条在O点发生了全反射，那必定是aO光芒B．倘若光芒bO能发生全反射，那么光芒cO必定能发生全反射C．倘若光芒bO能发生全反射，那么光芒aO必定能发生全反射D．倘若光芒aO恰能发生全反射，则光芒bO的反射光芒比光芒cO的反射光芒的亮度大答案ACD分析三条光芒沿着指向圆心的方向由空气射向玻璃砖，在玻璃砖界面，它们的入射角为零，均不会偏折．在玻璃砖直径界面，光芒aO的入射角最大，光芒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．假如只有一条光芒发生了全反射，那一定是aO光芒，因为它的入射角最大，所以选项A对．倘若光芒bO能发生全反射，说明它的入射角等于或大于临界角，光芒aO的入射角更大，所以，光芒aO必定能发生全反射，光线cO的入射角可能大于或等于临界角，也可能小于临界角，所以，光芒cO不必定能发生全反射．所以选项B错，C对．倘若光芒aO恰能发生全反射，则光芒bO和光芒cO都不可以发生全反射，但光芒bO的入射角更靠近于临界角，所以，光芒bO的反射光芒较光芒cO的反射光芒强，即光芒bO的反射光芒亮度较大，所以D对．1．光的反射和全反射均按照光的反射定律，光路均是可逆的．2．光芒射向两种介质的界面上时，常常同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射．入射角等于临界角时，折射角等于90°，实质上已经没有折射光线了．例2一束单色光由左边射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯，图5为过轴线的截面图，调整入射角α，使光芒恰幸亏水和空气的界面上发生全反射，已知水的折射率为4，求sinα的值．3图5答案73分析当光芒在水面发生全反射时，有sinC＝1n当光芒从左边射入时，由折射定律有sinα＝nπsin－C2联立以上两式，代入数据可得sinα＝73针对训练(多项选择)(2016·乐清芙蓉中学高二下学期月考)如图6所示，MM′是空气与某种介质的界面，一条光芒从空气射入介质的光路如下图，那么依据该光路图作出以下判断中正确的是( )图6A．该介质的折射率为226B．光在介质中的流传速度为3c(c为真空中光速)C．光芒从介质射向空气时有可能发生全反射D．光芒由介质射向空气时发生全反射的临界角大于45°答案BCD分析由题图知，入射角θsinθ1sin60°6，故sin45sinθ2°2cc6A错误；光在介质中的流传速度v＝n＝6＝3c，故B正确；光芒从介质射向空气时，只需2入射角大于等于临界角就能发生全反射，故C正确；设光芒由介质射向空气时发生全反射的临界角为C，则sinC＝1＝6＞sin45，°则得：C＞45°，故D正确．n3二、全反射的应用应用全反射解决实质问题的解题重点(1)掌握“恰巧全反射”“恰巧全反射”所表示的信息．(2)明确光在介质中的流传速度与真空中光速的关系．π(3)常用到的数学公式：sin(－C)＝cosC，cosC＝1－sin2C.2例3如图7所示，AB为光导纤维，A、B之间距离为s，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气的界面上恰巧发生全反射，由A点传输到B点所用时间为t，求光导纤维所用资料的折射率n.(已知光在真空中的流传速度为c)图7答案cts1分析设介质的折射率为n，则有sinα＝sinC＝ncn＝vssinαst＝v＝vsinα2由以上三式解得t＝s＝sn，c1c·nn所以n＝cts例4空气中两条光芒a和b从方框左边入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光芒如图8所示．方框内有两个折射率n＝1.5的全反射玻璃棱镜．以下选项给出了两棱镜的四种放置方式的表示图．此中能产生图中成效的是( )图8答案B分析四个选项的光路图如图：可知B项正确．1．(2016慈·溪高二检测)华侨科学家高锟获取2009年诺贝尔物理学奖，他被誉为“光纤通信之父”．光纤通信中信号流传的主要载体是光导纤维，它的构造如图9所示，其内芯和外衣资料不一样，光在内芯中流传．以下对于光导纤维的说法中正确的选项是( )图9．内芯的折射率比外衣的小，光流传时在内芯与外衣的界面上发生全反射．内芯的折射率比外衣的大，光流传时在内芯与外衣的界面上发生全反射C．波长越短的光在光纤中流传的速度越大D．频次越大的光在光纤中流传的速度越大答案B分析当内芯的折射率比外衣的大时，光流传时在内芯与外衣的界面上才能发生全反射，A错误，B正确；波长越短的光，频次越大，介质对它的折射率n越大，依据公式v＝c，光在n光纤中流传的速度越小，C、D错误．2．(2016·乐清芙蓉中学高二下学期月考)如下图是光芒由空气进入全反射玻璃棱镜、再由棱镜射入空气的光路图．指出哪一种状况是能够发生的( )答案A分析光芒垂直射入棱镜，方向不变，射到棱镜斜面上时，入射角大于棱镜的临界角(大概42°)，而发生全反射，因为入射角为45°，则反射角等于45°，反射光芒再垂直射出棱镜，故此光路是能够发生的，故

A光路能够，

B、C、D

不可以够，故

A正确，B、C、D

错误．3．如图10所示，一束单色光沿半圆柱形玻璃砖的半径垂直O点为圆心，将玻璃砖迟缓转过θ角时，恰巧没有光芒从( )

ab面入射，有光芒从ab面射出．以ab面射出，则该玻璃砖的折射率为图

10A.

1

θ

1B.sin

θsin

21C.sin2θ

1D.2sin

θ答案

B分析

玻璃砖转过

θ角，法线也转过

θ角，则光芒的入射角为

θ，此时恰巧发生全反射，因而临界角

C＝θ，所以

n＝

1sinC

＝

1sin

.θ4．(2016

·居高二检测仙

)打磨某剖面如图

11所示的宝石时，一定将

OP、OQ

边与轴线的夹角＜θ＜θ的范围内，才能使从θ切磨在θ12反射(仅考虑如下图的光芒第一次射到判断正确的选项是( )

MN边垂直入射的光芒，在OP边和OQ边都发生全OP边并反射到OQ事后射向MN边的状况)，则以下图11A．若θ＞θ2，光芒必定在OP边发生全反射B．若θ＞θ2，光芒会从OQ边射出C．若θ＜θ1，光芒会从OP边射出D．若θ＜θ1，光芒会在OP边发生全反射答案D分析

由全反射的临界角知足

sinC＝1，则入射角知足n

i≥C

时发生全反射，作出光路，当

θ＞θ2时，依据几何关系可知光芒在

OP

边上的入射角较小，光芒将从

PO

边射出，A、B

错误；同理，当θ＜θ时，光芒在1

PO边上的入射角较大，大于临界角，光芒将在

PO

边上发生全反射，C

错误，

D正确．一、选择题1．(多项选择)(2016天·台高二检测)以下现象中是因为光的全反射形成的是( )．将空玻璃试管插入水中看上去比充满水的试管要亮得多．夜晚，湖面上映出了岸上的彩灯C．夏季，海面上出现的空中楼阁D．在酷热的夏季，向远处的柏油马路看去，路面特别光亮圆滑，像用水淋过同样答案ACD2．(多项选择)对于全反射，以下说法中正确的选项是( )．发生全反射时，仍有折射光芒，不过折射光芒特别弱，所以能够以为不存在折射光芒而只有反射光芒．光芒从光密介质射向光疏介质时，必定会发生全反射C．光芒从光疏介质射向光密介质时，不行能发生全反射D．水或玻璃中的气泡看起来特别亮，是因为一部分光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生了全反射答案CD分析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，折射光芒完整消逝，只剩下反射光芒的现象叫全反射，故

A、B

错误，C

正确；光从水或玻璃射向气泡时，一部分光芒在界面发生了全反射，即反射光加强，透射光减弱，就负气泡看起来特别亮，

D正确．3．光芒从折射率为2的介质中射向空气，假如入射角为60°，以下图所示光路正确的选项是( )答案

C分析

依据

sinC＝1可求出临界角为n

45°，因为入射角大于临界角，

则必然发生全反射，

所以只有反射光芒而无折射光芒．4．(2016

·波北仑中学高二第学期期中宁

)光导纤维的构造如图

1所示，其内芯和外衣资料不一样，光在内芯中流传．以下对于光导纤维的说法正确的选项是

(

)图1．内芯的折射率比外衣的大，光流传时在内芯与外衣的界面上发生全反射．内芯的折射率比外衣的小，光流传时在内芯与外衣的界面上发生全反射C．内芯的折射率比外衣的小，光流传时在内芯与外衣的界面上发生折射D．内芯的折射率与外衣的同样，外衣的资料有韧性，能够起保护作用答案A分析光导纤维很细，它的直径只有几微米到一百微米，它由内芯和外衣两层构成，内芯的折射率比外衣的大，光流传时在内芯与外衣的界面上发生全反射．5.(多项选择)一束光从空气射向折射率为

n＝

2的某种玻璃的表面，如图

2所示，

i表示入射角，r表示折射角，则

(

)图2A．当i>45°时，会发生全反射现象B．不论入射角i是多大，折射角r都不会超出45°C．欲使折射角r＝30°，光芒应以i＝45°的角度入射D．当tani＝2时，反射光芒跟入射光芒恰巧相互垂直答案BC分析光从空气(光疏介质)向玻璃(光密介质)中射入时，不论i多大，都不会发生全反射现象；当i＝90°时，由n＝sini得sinr＝sini＝2，即r＝45°，当i变小时，r变小，即r≤45°；当sinrn22，所以i＝45°；当tani＝2时，由n＝sini＝2知，r＝90°－i，r＝30°时，则sini＝nsinr＝2sinr则此时反射光芒与折射光芒相互垂直．6．(2016嘉·兴一中高二第二学期期中)空气中两条光芒a和b从图3所示的方框左边平行入射，又从方框的上方平行射出，如下图，方框内搁置了一个折射率为n＝1.5的等腰直角玻璃三棱镜．以下四幅图中给出了等腰直角玻璃三棱镜的搁置方式，此中正确的选项是( )图3答案D7.自行车上的红色尾灯不单是装修品，也是夜间骑车的安全指示灯，它能把来自后边的光芒反射回去．某种自行车尾灯可简化为由很多齐整摆列的等腰直角棱镜镜的横截面如图4所示．一平行于横截面的光芒从O点垂直边和CB边反射后，从AB边的O′点射出，则出射光芒是(

AB)

(折射率n>2)构成，棱边射入棱镜，先后经过AC图4A．平行于AC边的光芒①．平行于入射光芒的光芒②C．平行于CB边的光芒③D．平行于AB边的光芒④答案B分析因为折射率n>2，该棱镜为全反射棱镜，入射光芒在AC边和CB边经过两次全反射，方向改变180°，出射光芒为②.选项B正确．8.如图5，一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芒沿平行于BC边的方向射到AB边，进入三棱镜后直接射到AC边上，并恰巧能发生全反射．该三棱镜资料的折射率为()图563A.2B.2C.2D.3答案A分析设三棱镜的折射率为n，光路图如下图，由折射定律得n＝sinθ1sinθ2又n＝1，θ＝45°，θ＋C＝90°sinC126联立以上各式解得：n＝2，A对．9．(2016舟·山高二检测)为了表