【课件】第四章光2全反射（66张）

2全反射第四章

光【学习目标】1.知道光疏介质和光密介质，理解它们的相对性.2.理解光的全反射，会利用全反射解释有关现象.3.理解临界角的概念，能判断是否发生全反射并能画出相应

的光路图.4.了解全反射棱镜和光导纤维.梳理教材夯实基础探究重点提升素养随堂演练逐点落实课时对点练【内容索引】SHULIJIAOCAI

HANGSHIJICHU梳理教材夯实基础1一、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：当光从光密介质射入光疏介质时，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.小大相对折射反射(2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于

时的入射角.用字母C表示，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sinC＝

.(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.90°介质空气(真空)光密光疏等于或大于二、全反射棱镜1.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.等腰直角全反射三、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

，光传播时在内芯与外套的界面上发生

.3.光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等.4.光纤通信的优点是传输容量

、衰减

、抗干扰性及保密性强等.全反射大全反射大小1.判断下列说法的正误.(1)入射角大于临界角就会发生全反射现象.(

)(2)光密介质是指密度大的介质.(

)(3)制作全反射棱镜的材料的折射率一定大于

.(

)(4)光导纤维的内芯是光密介质，外套是光疏介质.(

)(5)光在光纤中传播时，在内芯与外套的界面上发生全反射.(

)即学即用×××√√2.一束光从某介质进入真空，方向如图1所示，则该介质的折射率为____；逐渐增大入射角，光线将____(填“能”或“不能”)发生全反射；若使光发生全反射，应使光从_____射入_____，且入射角大于或等于____.返回图1能介质真空45°TANJIUZHONGDIAN

TISHENGSUYANG探究重点提升素养2一、全反射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？导学探究答案不正确.要发生全反射必须是光从光密介质射向光疏介质.而水相对玻璃是光疏介质，所以不管入射角多大都不可能发生全反射.1.光疏介质和光密介质(1)光疏介质和光密介质的比较知识深化

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(1)全反射的条件：①光由光密介质射入光疏介质.②入射角大于或等于临界角.(2)从能量角度来理解全反射：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，即折射光线的能量减小，反射光强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光的能量等于入射光的能量.3.不同色光的临界角不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越高的色光的临界角越小，越易发生全反射，说明在同一种介质中频率越高的色光折射率越大.例1

某种介质对空气的折射率是

，一束光从该介质射向空气，入射角是60°，则下列光路图中正确的是(图中Ⅰ为空气，Ⅱ为介质)命题角度1对全反射的理解√解析由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sinC＝

，得C＝45°＜θ＝60°，故在两介质的界面上会发生全反射，只有反射光线，没有折射光线，故选项D正确.例2

一束光以45°的入射角从AB面射入如图2所示的透明三棱镜中，棱镜折射率n＝

.试求进入AB面的折射角，并在图中画出该光束在棱镜中的光路.命题角度2全反射的计算图2答案30°光路图见解析解析设光由AB面上的O点射入，由折射定律得，设光线射到AE面上的D点，由几何关系得OD∥BE，由几何知识可知光线在AE面上的入射角为θ＝45°.因为θ＝45°，故光线在AE面上发生全反射，由几何知识可知，光线将垂直BE面射出，其光路图如图所示.二、全反射棱镜如图3所示，已知玻璃的折射率为1.5，图甲中当光线垂直BC面入射时，光线到达AC面的入射角是多少？能否发生全反射？图乙中当光线垂直AC面入射时，光线到达AB面的入射角是多少？能否发生全反射？导学探究图3答案45°能发生全反射45°

能发生全反射全反射棱镜改变光路的几种情况知识深化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)例3

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4所示.方框内有两个折射率n＝1.5的全反射玻璃棱镜.下列选项给出了两棱镜的四种放置方式的示意图.其中能产生图中效果的是图4√解析四个选项的光路图如图所示：可知B项正确.三、光导纤维1.构造及传播原理(1)构造：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有几微米到一百微米，如图5所示，它是由内芯和外套两层组成的，内芯的折射率大于外套的折射率.图5(2)传播原理：光由一端进入，在两层的界面上经过多次全反射，从另一端射出，光导纤维可以远距离传播光信号，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像.2.光导纤维的折射率：设光导纤维的折射率为n，当入射角为θ1时，进入光导纤维的光线传到侧面恰好发生全反射，由图6可知：当θ1增大时，θ2增大，由光导纤维射向空气的光线的入射角θ减小，当θ1＝90°时，若θ＝C，则所有进入光导纤维中的光线都能发生全反射，则有：sinC＝

，图6以上是光从光导纤维射向真空时得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此光导纤维折射率要比

大些.例4

如图7所示是两个城市间光缆中的一条光导纤维的一段，光缆总长为L，它的玻璃芯的折射率为n1，外层材料的折射率为n2.若光在空气中的传播速度近似为c，则对于光由它的一端射入经多次全反射后从另一端射出的过程，下列判断中正确的是√图7返回SUITANGYANLIAN

ZHUDIANLUOSHI随堂演练

逐点落实31.(全反射的理解)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，能正确描述其光路的是1234√1234解析光从玻璃砖射向空气时，如果入射角大于等于临界角，则发生全反射；如果入射角小于临界角，则在界面处既有反射光线，又有折射光线，且折射角大于入射角，选项A正确，选项C错误；当光从空气射入玻璃砖时，在界面处既有反射光线，又有折射光线，且入射角大于折射角，选项B、D错误.2.(全反射棱镜的应用)(2020·包头九中高二下期末)自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车.尾灯由透明介质制成，其外形如图8甲所示，下列说法正确的是1234A.汽车灯光从左面射过来，在尾灯的左表面发

生全反射B.汽车灯光从左面射过来，在尾灯的右表面发

生全反射C.汽车灯光从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射D.汽车灯光从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射图8√3.(光导纤维)目前，移动和电信公司都升级了200M光纤入户，网速更快，使用更方便.光纤信号传输利用了光的全反射和折射原理，如图9所示，某种单色光在光纤中经过多次全反射后从右端射出.若该介质的折射率为

，则关于α、β的大小，下列判断正确的是1234A.α<60°B.α<30°

C.β>30°

D.β<30°图9√12344.(全反射的计算)为了表演“隐形的大头针”节目，某同学在半径为r的圆形薄软木片中心垂直插入一枚大头针，并将其放入盛有水的碗中，如图10所示.已知水的折射率为

，为了保证表演成功(在水面上看不到大头针)，大头针末端离水面的最大距离h为1234图10√1234返回KESHIDUIDIANLIAN课时对点练4考点一对全反射的理解1.关于全反射，下列说法正确的是A.光从光密介质射向光疏介质时不可能产生全反射B.光从光疏介质射向光密介质时可能产生全反射C.光从折射率大的介质射向折射率小的介质时不可能产生全反射D.光从传播速度小的介质射向传播速度大的介质时可能产生全反射基础对点练1234567891011121314√15解析全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质，折射率大的介质相对于折射率小的介质是光密介质，同一种光在不同介质中传播，传播速度小的介质相对于传播速度大的介质是光密介质，故D正确，A、B、C错误.1234567891011121314152.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，均由空气沿半圆半径方向射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置.下列说法正确的是A.假若三条光线中只有一条在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一定不能发生全反射D.假若光线aO恰能发生全反射，那么光线bO的反射光线比光线cO的反

射光线的亮度小图11234567891011121314√153.如图2所示，ABCD是两面平行的足够大的透明玻璃砖，AB面和CD面是玻璃和空气的分界面，分别设为界面Ⅰ和界面Ⅱ.光线从界面Ⅰ射入玻璃砖，再从界面Ⅱ射出，回到空气中，如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角，则1234567891011121314①只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象②只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象③不管入射角多大，光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象④不管入射角多大，光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象A.①② B.②③ C.①④

D.③④图2√15解析在界面Ⅰ上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，都不可能发生全反射现象，③正确，①错误；1234567891011121314在界面Ⅱ上光由玻璃进入空气，是由光密介质进入光疏介质，但是，由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行，光由界面Ⅰ进入玻璃后再到达界面Ⅱ，在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角，则界面Ⅱ上的入射角总是小于临界角，因此也不会发生全反射现象，④正确，②错误，故选D.15考点二全反射现象的应用4.光导纤维的结构如图3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1234567891011121314A.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，可以起保护作用图3√151234567891011121314解析光导纤维内芯的折射率大于外套的折射率，光由内芯射向外套时，在其界面处发生全反射，从而使光在内芯中传播，A对.1512345678910111213145.(2020·沈阳市期末)自行车上的红色尾灯不仅是装饰品，也是夜间骑车的安全指示灯，它能把来自后面的光照反射回去.某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角棱镜(折射率n>)组成，棱镜的横截面如图4所示.一平行于横截面的光线从O点垂直AB边射入棱镜，先后经过AC和CB边反射后，从AB边的O′点射出，则出射光线是A.平行于AC边的光线①B.平行于入射光线的光线②C.平行于CB边的光线③D.沿AB边的光线④图4√15解析由题意可知，折射率n>，且sinC＝

，得临界角小于45°，由题图可知，光从空气进入棱镜.因入射角为0°，所以光线不偏折.当光从棱镜射向空气时，入射角等于45°，发生全反射，根据几何关系，结合光路可逆可知，出射光线是②，即平行于入射光线，故B正确，A、C、D错误.1234567891011121314151234567891011121314A.激光束发生弯曲是因为光在水柱与空气界面上

发生折射B.激光束发生弯曲是因为光在水柱与空气界面上

发生全反射C.仅改用折射率更大的液体，激光束不能完全被限制在液体流内D.激光在水中的传播速度大于其在空气中的传播速度√图5151234567891011121314解析激光束发生弯曲是因为光在水柱与空气界面上发生全反射，就像光导纤维一样，A错误，B正确；仅改用折射率更大的液体，根据sinC＝

，则临界角更小，激光束仍可在液体流中发生全反射，同样能完全被限制在液体流内，C错误；根据v＝

可知，激光在水中的传播速度小于其在空气中的传播速度，D错误.157.(2020·江苏卷)我国的光纤通信技术处于世界领先水平.光纤内芯(内层玻璃)的折射率比外套(外层玻璃)的____(填“大”或“小”).某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为43°，则该内芯的折射率为____.(取sin43°＝0.68，cos43°＝0.73，结果保留2位有效数字)1234567891011121314大1.5解析光在光纤内芯与外套的界面发生全反射，内芯的折射率比外套的大.折射率与临界角的关系为sinC＝

，则n＝158.光导纤维技术在现代生产、生活与科技方面得以广泛应用.如图6所示是一个质量分布均匀的有机玻璃圆柱的横截面，B、C为圆上两点，一束单色光沿AB方向射入，然后从C点射出，已知∠ABO＝127°，∠BOC＝120°，真空中光速c＝3×108m/s，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6.则1234567891011121314A.光在该有机玻璃中的传播速度为1.875×108m/sB.光在该有机玻璃中的折射率为1.8C.光在该有机玻璃中发生全反射的临界角为53°D.若将该材料做成长300km的光导纤维，此单色

光在光导纤维中传播的最短时间为1×10－3s图6√15123456789101112131415考点三全反射的计算9.如图7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1234567891011121314图7√1510.如图8所示是一个柱体棱镜的横截面图，图中MN为

圆弧，点E、F、G、H将半径OM分成5等份，虚线EE1、FF1、GG1、HH1平行于半径ON，ON边可吸收到达其上的所有光线.已知该棱镜的折射率n＝

，若平行光束垂直入射并覆盖OM，则光线能从棱镜NM弧面射出的范围是A.NE1

B.NF1C.NG1 D.NH11234567891011121314图8√151234567891011121314解析由临界角公式得sinC＝

，设圆弧的半径为R，RsinC＝

R，则由题意可知，当光线从G点入射到圆弧面G1点时恰好发生全反射.当入射点在G1点的右侧时，入射角大于临界角，将发生全反射，光线将不能从圆弧面射出.当入射点在G1点的左侧时，入射角小于临界角，不发生全反射，有部分光线将从圆弧面射出，所以光线只能从圆弧面NG1射出，故选C.1511.(2019·江苏卷)如图9所示，某L形透明材料的折射率n＝2.现沿AB方向切去一角，AB与水平方向的夹角为θ.为使水平方向的光线射到AB面时不会射入空气，求θ的最大值.答案60°1234567891011121314图9151234567891011121314解析光线射到AB面时不射入空气，则在AB面发生全反射，恰好发生全反射时：sinC＝且C＋θ＝90°得θ＝60°.1512.(2020·浙江7月选考)如图10所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角θ＝60°时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行.已知真空中的光速为c，则1234567891011121314能力提升练A.玻璃砖的折射率为1.5B.O、P之间的距离为

RC.光在玻璃砖内的传播速度为

cD.光从玻璃到空气的临界角为30°图10√151234567891011121314解析光路图如图所示.设O、P之间的距离为x，当θ＝60°时，折射角为r，光从玻璃砖圆形表面射出时与玻璃砖的界面交点为Q，由出射光线与入射光线平行知过P点的法线与过Q点的法线平行，151234567891011121314则临界角C>30°1513.(2021·长春市实验中学月考)如图11所示，三棱镜的横截面为直角三角形ABO，∠A＝30°，∠B＝60°.一束平行于AO边的光线自AB边的P点射入三棱镜，在AO边发生反射后从BO边的M点射出.若光线在P点的入射角和在M点的折射角相等.1234567891011121314(1)求三棱镜的折射率；答案见解析图111512345678910