132全反射

第二节全反射自主学目标1.知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念.2.理解全反射的条件，能够进行相关计算和解释相关现象.3.了解全反射的应用及工作原理.知识点归纳一、全反射1.光疏介质和光密介质：(1)定义：两种介质相比较，折射率①的称为光密介质，折射率②的称为光疏介质，光密介质和光疏介质具有相对性.(2)传播速度：光在③中传播速度比在④中传播的速度小.(3)折射特点：光从光密介质射入光疏介质时，折射角⑤入射角；光从光疏介质射入光密介质时，折射角⑥入射角.2.全反射现象：光从光密介质射入光疏介质时，若入射角增大到某一角度，⑦光线就会消失，只剩下⑧光线的现象.3.临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90o时的⑨.用字母C表示.4.全反射条件：要发生全反射，必须同时具备两个条件：(1)光从⑩介质○11介质.(2)入射角○12临界角.二、全反射的应用1.全反射棱镜：截面为○13的棱镜叫做全反射棱镜.利用全反射棱镜可以把光线的传播方向改变90o，还可以改变180o.2.光导纤维：由折射率○14的内芯和折射率○15外套组成，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射.提示：①大②小③光密介质④光疏介质⑤大于⑥小于⑦折射⑧反射⑨入射角⑩光密○11光疏○12大于或等于○13等腰直角三角形○14大○15小重难点解析生活中的全反射现象---对“蜃景”的解释1.现象：在平静无风的海面、湖面或沙漠上，有时眼前会突然耸立起亭台楼阁、城郭古堡，或者其他物体的幻影，虚无缥缈，变幻莫测，宛如仙境，这就是海市蜃楼，简称蜃景。蜃景不仅能在海上、沙漠中产生，柏油马路上偶尔也会看到。2.形成条件：蜃景与地理位置、地球物理条件以及那些地方在特定时间的气象特点有密切联系。气温的反常分布是大多数蜃景形成的气象条件。3.原因解释：以沙漠蜃景来说，夏季沙漠中烈日当头，沙土被晒得灼热，因沙土的比热小，温度上升极快，沙土附近的下层空气温度上升得很高，而上层空气的温度仍然很低，这样就形成了气温的反常分布，由于热胀冷缩，接近沙土的下层热空气密度小而上层冷空气的密度大，这样空气的折射率是下层小而上层大。当远处较高物体反射出来的光，从上层较密空气进入下层较疏空气时被不断折射，其入射角逐渐增大，增大到等于临界角时发生全反射，这时，人要是逆着反射光线看去，会看到物体的倒影.海上蜃景刚好相反.典型例题例1光线在玻璃和空气的分界面上发生全反射的条件是()A．光从玻璃射到分界面上，入射角足够小B．光从玻璃射到分界面上，入射角足够大C．光从空气射到分界面上，入射角足够小D．光从空气射到分界面上，入射角足够大【解析】发生全反射的条件是光由光密介质射向光疏介质，且入射角大于等于临界角，故B正确。【答案】B例2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，但在夜间骑车时，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．尾灯由透明介质做成，其外形如图所示，下列说法中正确的是()A．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射B．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射C．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射D．汽车灯光应从右面射这来，在尾灯的左表面发生全反射【解析】要发生全反射，光线必定由光密介质射向光疏介质，所以D选项正确．【答案】D例3一赛艇停在平静的水面上，赛艇前端有一标记P离水面的高度为h1=0.6m，尾部下端Q略高于水面；赛艇正前方离赛艇前端1s=0.8m处有一浮标，示意如图。一潜水员在浮标前方2s=3.0m处下潜到深度为2h=4.0m时，看到标记刚好被浮标挡住，此处看不到船尾端Q；继续下潜△h=4.0m，恰好能看见Q。求：（1）水的折射率n；（2）赛艇的长度l。（可用根式表示）【解析】（1）设过P点光线，恰好被浮子挡住时，入射角、折射角分别为：α、β则：21211sinhssa①22222sinhss②sinsinan③由①②③得：n=34（2）潜水员和Q点连线与水平方向夹角刚好为临界角C，则：431sinnC④lsshhC212tan⑤由④⑤得：ml)8.3378(=3.3m新课标检测1．一束光从空气射入折射率n＝2的某种玻璃的表面，下列说法中正确的是()A．当入射角大于45°时，会发生全反射现象B．无论入射角多大，折射角都不会超过45°C．欲使折射角等于30°，光应以45°角入射D．当入射角等于arctan2时，反射光线恰好跟折射光线垂直2.光导纤维的结构如图所示．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()A．内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射B．内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射C．内芯的折射率比外套小，光传播时在内芯与外套的界面发生折射D．内芯的折射率与外套相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用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，其框外光线如图所示。方框内有两个折射率n＝1.5的玻璃全反射棱镜。下图给出了两个棱镜四种放置方式的示意图，其中能产生图示效果的是()4．图示是一个14圆柱体棱镜的截面图，图中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＝53，若平行光束垂直入射并覆盖OM，则光线()A．不能从圆弧NF1射出B．只能从圆弧NG1射出C．能从圆弧G1H1射出D．能从圆弧H1M射出5．两种单色光由水中射向空气时发生全反射的临界角分别为θ1、θ2，已知θ1＞θ2。用n1、n2分别表示水对两单色光的折射率，v1、v2分别表示两单色光在水中的传播速度，则()A．n1n2v1v2B．n1n2v1v2C．n1n2v1v2D．n1n2v1v26．有人在河中游泳，头部露出水面，在某一位置当他低头向水中观察时，看到河底有一静止物体跟他眼睛正好在同一竖直线上，这个人再向前游12m，正好不能看见此物体，求河深．(水的折射率为4/3)7．如图所示，是一种折射率n＝1.5的棱镜，用于某种光学仪器中，现有一束光线沿MN方向射到棱镜的AB面上，入射角的大小i＝arcsin0.75，求：(1)光在棱镜中传播的速率；(2)画出此束光线射出棱镜后的方向，要求写出简要的分析过程。(不考虑返回到AB和BC面上的光线)8.如图所示，一透明半圆柱体折射率为n＝2，半径为R、长为L.一平行光束从半圆柱体的矩形表面垂直射入，从部分柱面有光线射出．求该部分柱面的面积S.课时训练1.一束光由介质射向空气，如果斜射到界面上，则()A.必定只发生反射现象B.必定只发生折射现象C.必定同时发生反射和折射现象D.可能只发生反射现象2.水中的空气泡看上去比较亮，对这一现象有以下不同的解释，其中正确的是()A.空气泡对光线有会聚作用，因而较亮B.空气泡对光线有发散作用，因而较亮C.从空气泡到达水中的界面处的光一部分发生全反射，因而较亮D.从水中到达空气泡的界面处的光一部分发生全反射，因而较亮3．如图所示，置于空气中的厚玻璃砖，AB、CD分别是玻璃砖的上、下表面，且AB∥CD，光线经AB表面射向玻璃砖时，折射光线射到CD表面时，下列说法正确的是()①不可能发生全反射②有可能发生全反射③只要入射角θ1足够大就能发生全反射④不知玻璃的折射率，无法判断A．只有①正确B．②，③正确C．②，③，④正确D．只有④正确4.如图所示，AB为一块透明的光学材料左侧的端面。建立直角坐标系如图，设该光学材料的折射率沿y轴正方向均匀减小。现有一束单色光a从原点O以某一入射角θ由空气射入该材料内部，则该光线在该材料内部可能的光路是下图中的哪一个（）A.B.C.D.5．如图所示为一直角棱镜的横截面，∠bac＝90°，∠abc＝60°。一平行细光束从O点沿垂直于bc面的方向射入棱镜。已知棱镜材料的折射率n＝2，若不考虑入射光线在bc面上的反射光，则有光线()A．从ab面射出B．从ac面射出C．从bc面射出，且与bc面斜交D．从bc面射出，且与bc面垂直6.在桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆椎的轴(图中虚线)与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图所示．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()A．rB．1.5rC．2rD．2.5r7．光线从折射率为2的介质中射向空气，如果入射角为60°，下图中光路可能的是()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．屏上有一亮区，其宽度小于AB边的长度C．屏上有一亮区，其宽度等于AC边的长度D．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9.如图所示，空气中在一折射率为2的玻璃柱体，其横截面是圆心角为90°、半径为R的扇形OAB，一束平行光平行于横截面，以45°入射角照射到OA上，OB不透光，若只考虑首次入射到圆弧AB上的光，则AB上有光透出部分的弧长为（）A16RB14RC13RD512R10.如图所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为r，外圆半径为R，R＝2r.现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出．设透明柱体的折射率为n，光在透明柱体内传播的时间为t，若真空中的光速为c，则()A．n可能为3B．n可能为2C．t可能为22rcD．t可能为4.8rc11.如图所示，一棱镜的截面为直角三角形ABC，∠A＝30°，斜边AB＝a。棱镜材料的折射率为n＝2。在此截面所在的平面内，一条光线以45°的入射角从AC边的中点M射入棱镜。画出光路图，并求光线从棱镜射出的点的位置(不考虑光线沿原路返回的情况)。12．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，又从另一端面射出所需的最长时间为多少？(设光在真空中的光速为c)13.如图所示，玻璃棱镜ABCD可以看成是由ADE、ABE、BCD三个直角三棱镜组成．一束频率为5.3×1014Hz的单色细光束从AD面入射，在棱镜中的折射光线如图中ab所示，ab与AD面的夹角α＝60°.已知光在真空中的速度c＝3×108m/s，玻璃的折射率n＝1.5，求：(1)这束入射光线的入射角多大？(2)光在棱镜中的波长是多大？(3)该束光线第一次从CD面出射时的折射角．(结果可用三角函数表示)