4.2全反射（原卷版）

4.2全反射0101学习目标物理素养学习目标1.物理观念：①了解光的全反射，知道光疏介质、光密介质、临界角等概念。②了解光导纤维的原理及应用。2.科学思维：理解全反射的条件，能利用全反射规律解释相关问题。3.科学探究：观察全反射现象，经历探究全反射规律的过程。4.科学态度与责任：借助全反射棱镜和光导纤维在生产、生活中的应用，培养学生兴趣。1.知道光密介质和光疏介质的概念，认识光的全反射现象。2.知道全反射棱镜及其应用。3.初步了解光导纤维的工作原理及光纤技术对社会经济生活的重大影响。重点关注：①光疏介质、光密介质②全反射③临界角④光导纤维、全反射棱镜002思维导图003知识梳理（一）课前研读课本，梳理基础知识一、全反射1.光疏介质和光密介质(1)光疏介质：折射率较____________(填“大”或“小”)的介质。(2)光密介质：折射率较____________(填“大”或“小”)的介质。(3)光疏介质与光密介质是____________(填“相对”或“绝对”)的。2.全反射现象(1)全反射：光从____________介质射入____________介质时，同时发生折射和反射。当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，____________光完全消失，只剩下____________光的现象。(2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于____________时的入射角。光从____________射入____________时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是。(3)全反射发生的条件①光从____________介质射入____________介质。②入射角____________临界角。二、全反射棱镜1．全反射棱镜的形状：截面为____________三角形的棱镜。2．全反射棱镜的特点：当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生____________，与平面镜相比，它的反射率很高，几乎可达100%，常用来代替平面镜来____________。3．全反射棱镜的应用：____________、____________、____________等。三、光导纤维1．原理：利用了光的____________。2．构造：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____________的界面上发生全反射。3．光导纤维的应用(1)光纤通信①光导纤维的传播原理：光由一端进入，在内芯和外套的界面上经过多次全反射，从另一端②光纤通信的优点：传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强等。(2)医学上的内窥镜：内窥镜有两组光纤，一组把光传送到人体内部进行____________，另一组把____________传出供医生观察。（二）辨析1.只有一种介质能否确定它是光密介质还是光疏介质?2.光发生折射时,入射角与折射角的大小有什么关系?3.当光从水中射向与玻璃的交界面时,只要入射角足够大就会发生全反射,这种说法正确吗?为什么?004题型精讲【题型一】全反射和临界角【点拨】【点拨】1．光疏介质和光密介质(1)光疏介质和光密介质的比较光的传播速度折射率光疏介质大小光密介质小大(2)相对性：光疏介质、光密介质是相对的。任何两种透明介质都可以通过比较光在其中传播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。(3)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。2．全反射中的能量问题当在前进方向上遇到不同的介质时,光就要分为两部分,其中一部分从界面返回原来的介质,即反射光线,另一部分进入第二种介质,改变原来的传播方向,即折射光线。一般情况下光在两种介质界面上将同时发生反射和折射现象。根据能量守恒定律,入射光的能量应等于反射光的能量和折射光的能量的和,即E总=E反+E折。当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大。同时折射光线强度减弱，即折射光的能量减小，反射光强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光强度减弱到零，反射光的能量等于入射光的能量。3.发生全反射时，光由光密介质射向光疏介质发生全反射时遵循反射定律，也遵循光路可逆原理4.临界角(1)临界角与折射率的关系:光由介质射入空气(或真空)时,。(2)临界角含义:反映了光从介质射向真空中发生全反射的难易程度。折射率越大,临界角越小,越容易发生全反射。(3)不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时,频率越高的光的临界角越小,越容易发生全反射。【典型例题1】（2324高二下·北京大兴·期末）如图所示、一束光沿半圆形玻璃砖的半径射到其平直面上，并在该界面处发生反射和折射。当逐渐增大入射角时，下列说法正确的是（）A．反射光线和折射光线都逐渐减弱B．折射光线逐渐减弱，直至完全消失C．入射角和折射角的比值不变D．反射光线和折射光线的夹角逐渐增大【典型例题2】（2324高二下·贵州铜仁·期末）如图所示，潜水员看岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里，已知圆锥的顶角是，则下列说法正确的是（

）A．水的折射率为B．水的折射率为C．潜水员潜得越深，圆锥的顶角越大D．潜水员潜得越深，圆锥的顶角越小【对点训练1】（2324高二下·云南保山·期末）如图甲所示，一束单色光从真空中沿半径射入半圆柱形透明工件，光在圆心O处发生折射和反射，折射光线的强度随着的变化而变化（如图乙所示），光在真空中的传播速度为c，，结合图像信息可知，单色光在工件中的传播速度为（）A． B． C． D．【对点训练2】（2324高三下·山东·阶段练习）（多选）雄安新区政府广场的灯光喷泉为城市的夜景增添了色彩。水面下方处，有一边长为的正方形灯带，灯带的宽度忽略不计。灯带可以交替发出红绿两种颜色的光，（水对红光的折射率为）下列说法正确的是（

）A．发红光时在灯带点的正上方观察，观察到到水面的距离为B．水面上被照亮的区域面积约为C．发出红光时水面被照亮的区域比发出绿光时水面被照亮的区域大D．若灯带的深度变为原来的两倍，水面被照亮的区域面积也变为原来的两倍【题型二】光路控制及全反射棱镜【点拨】【点拨】全反射棱镜改变光路的几种情况入射方式项目方式一方式二方式三光路图入射面ABACAB全反射面ACAB、BCAC光线方向改变角度90°180°0°(发生侧移)平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制特点平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)结构玻璃砖上下表面是平行的横截面为三角形的三棱镜横截面是圆对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折圆界面的法线是过圆心的直线，光线经过两次折射后向圆心偏折应用测定玻璃的折射率全反射棱镜，改变光的传播方向改变光的传播方向【典型例题1】（2324高二下·广东广州·期末）道威棱镜是医用内窥镜的重要组成部分（如图甲），它被广泛用于图形翻转。道威棱镜的横截面ABCD是底角为45°的等腰梯形，棱镜的折射率为。如图乙所示，现有一光源F发出一组平行于AD的光线，最后投射到光屏上，形成完整的像F'，已知真空中光速为c。（1）求光线1从AB射入“道威棱镜”后的折射角；（2）通过计算判断光线1能否从BC边射出，并求出光线1在棱镜中的传播速度（3）请在图乙中画出入射光线1、2到光屏的光路图及在光屏上所成的像F'。【对点训练1】（2324高二下·福建宁德·期末）如图所示，某单色光以45°角入射到等腰三棱镜的一个侧面上，测得其折射角是30°，三棱镜的顶角为70°。已知真空中的光速为，求：（1）此单色光在三棱镜中的折射率；（2）此单色光在该三棱镜中的速度大小；（3）通过计算判断该折射光在面上能否发生全反射。【题型三】光导纤维【典型例题1】（2024·山东威海·二模）光导纤维（可简化为长玻璃丝）示意图如图所示，其折射率为n，AB代表端面，为使光能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，光在端面AB上的入射角θ应满足的条件是（）A． B．C． D．【对点训练1】（2324高二下·福建三明·期末）（多选）如图为一圆柱状的光导纤维，其纵截面MNPQ为矩形，MQ为材料的截面直径。与MNPQ在同一平面内的一束单色光，以入射角从空气经圆心O射入光导纤维内，恰好未从MN边界射出，则（

）A．临界角为60° B．折射率为C．单色光射入后波长变长 D．减小入射角α，传播的时间变短005强化训练【基础强化】1．（2324高二下·广东·期末）在塑料瓶的侧面开一个小孔，瓶中灌入清水，水就从小孔流出。让激光透过瓶子水平射向小孔，如图所示，激光将在水流内传播，关于这一现象描述正确的是（）A．激光在水流内传播是因为激光在水流与空气的分界面发生了折射B．激光在水中的传播速度大于其在空气中的传播速度C．瓶中液体折射率越大，越容易实现激光在液体内传播D．激光器距水瓶越近，越容易实现激光在水流内传播2．（2324高一下·云南保山·期末）一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，当激光光束与水面的夹角为α时，如图所示，岸上救援人员刚好接收不到他发出的激光光束，则水的折射率为（

）A． B． C． D．3．（2324高二下·山东济南·期末）如图所示为某一玻璃棱镜的截面图，三角形ABC的三个角分别为30°、60°、90°。某一单色光从BC边某点射入棱镜，入射光线与BC边夹角为30°，折射光线恰好与AB边平行。求：（1）棱镜对该单色光的折射率；（2）该单色光从棱镜的出射方向与从BC边入射方向的夹角。4．（2324高二下·广东揭阳·期末）如图所示，半径为R的圆形水池，池底正中央有一霓虹灯，该霓虹灯可以向各个方向发射单色光。当注入池水的深度为h时，恰好使整个水面各处都能有霓虹灯光射出，已知真空中的光速为c。求：（1）池水对霓虹灯光的折射率n；（2）霓虹灯直接照射到水面的最长时间（不考虑多次反射）。【素养提升】5．（2024·山西吕梁·三模）（多选）华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理奖，他被誉为“光纤通讯父”。光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。下列关于光导纤维的说法中正确的是（）A．波长越长的光在同种光纤中传播的速度越大。B．频率越高的光在同种光纤中传播的速度越大C．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D．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6．（2324高二下·辽宁·期末）如图所示，一透明圆柱体的底面圆周直径为d，圆柱体的高为。其中上底面的中心有一点光源向下底面发射红光，下底面恰好有一半的面积有光透出。真空中光速为c，不考虑二次反射，则下列说法中正确的是（  ）A．圆柱体对该单色光的折射率为 B．若换用紫光，下底面的透光面积会增大C．经下底面射出的光线中时间最短的是 D．若增大圆柱体的高度，下底面的透光面积会减小7．（2324高二下·重庆·期末）（多选）如图为我国航天领域某透明光学部件截面示意图，其截面一侧是半径为R的四分之一圆弧，其余两侧为直面AC与BC，且AC=BC=R。该部件独特的性能是放在O点的光源发出的光线，在圆弧AB上有三分之二最终能从AC、BC面射出，光速为c。下列说法正确的是（）A．该透明光学部件的全反射临界角为30°B．该透明光学部件的折射率为C．光线透过该部件最长时间为D．该透明光学部件AC边不透光长度为8．（2024·重庆·模拟预测）光纤通信具有通信容量大、传输距离远等优点。如图所示，一条长直光导纤维的长度为d，一束单色光从右端面中点以θ的入射角射入时，恰好在纤芯与包层的分界面发生全反射，且临界角为C。已知光在空气中的传播速度等于真空光速c。包层的折射率未知，求：（1）纤芯的折射率n；（2）若从右端射入的光能够传送到左端（无损失），求光在光导纤维内传输的最长时间和最短时间。【能力培优】9．（2324高二下·陕西咸阳·期末）（多选）如图甲所示，我国航天员王亚平在天宫课堂上演示了微重力环境下的神奇现象。液体呈球状，往其中央注入空气，可以在液体球内部形成一个同心球形气泡。假设此液体球其内外半径之比为，由a、b两种颜色的光组成的细复色光束在过球心的平面内，从A点以的入射角射入球中，a、b两条折射光线如图乙所示，其中b光的折射光线刚好与液体球内壁相切。下列说法正确的是（）A．该液体材料对a光的折射率小于对b光的折射率B．b光比a光在液体球中的传播速度大C．该液体材料对b光的折射率为D．若继续增大入射角i，b光可能因发生全反射而无法射出液体球10．（2324高二下·吉林·期末）（多选）超强超短光脉冲产生方法曾获诺贝尔物理学奖，其中用到的一种脉冲激光展宽器截面如图所示。在空气中对称放置四个相同的直角三棱镜，顶角为θ，一细束脉冲激光垂直第一个棱镜左侧面入射，经过前两个棱镜后分为平行的光束，再经过后两个棱镜重新合成为一束，此时不同频率的光前后分开，完成脉冲展宽，已知相邻两棱镜斜面间的距离为d，脉冲激光中包含两种频率的光a、b，它们在棱镜中的折射率分别为和。下列说法正确的是（）A．B．三棱镜顶角θ的最大正弦值为C．若θ=30o，两束光在第二个三棱镜上的入射点间的距离为D．若，两束光通过整个展宽器的过程中在