1、第十三章 光 132 全反射 【教学目标】 1知道什么是光疏介质，什么是光密介质。 2理解光的全反射现象。 3理解临界角的概念，能判断是否发生全反射，并能解决相关的问题。 4知道光导纤维原理及其作用。 重点：全反射条件，临界角概念及应用. 难点：临界角概念、临界条件时的光路图及解题. 【自主预习】 1.不同介质的折射率不同，我们把折射率较小的介质称为_介质，折射率较大 的介质称为_介质。光疏介质与光密介质是_。 2当光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，使折射角达到 _时，折射光_消失，_反射光，这种现象叫做全反射。这时的入射 角叫做_。 3发生全反射的条件：当光从_介质射入_介
2、质时，如果入射角等于或 者大于_，就会发生全反射现象。 4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 _。 5.临界角：折射角等于_时的_角叫临界角，用 C 表示， .nC1arcsi 6.发生全反射的条件：（1）光由_介质射向_介质；（2）入射角_ 临界角. 7.全反射棱镜： 。与平面镜相比，它的 ， ，由于反射面不必涂反光物质，所以反射时 。它在光学仪器中用来 8.光导纤维；实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米 之间，在_和_的界面上发生全反射 【典型例题】 一、光密介质和光疏介质 【例 1】下列说法正确的是( ) A因为水的
3、密度大于酒精的密度，所以水是光密介质 B因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质 C同一束光，在光密介质中的传播速度较大 D同一束光，在光密介质中的传播速度较小 二、全反射 【例 2】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 1sinC B此单色光在该介质中的传播速度等于 csinC(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 sinC 倍 选修 3-4 D此单色光在该介质中的频率是在真空中的 倍 1sinC 三、光导纤维 【例 3】 如图 1325 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
4、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。 (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。 四、全反射的应用： 【例 4】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 12 m，正好不能看见此物体， 求河深。(水的折射率为 4/3) 【课后练习】 1如图所示，ABCD 是两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
5、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( ) A.只要入射角足够大，光线在界面 上可能发生全反射现象 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 2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 sin1 B.此单色光在该介质中的传播速度等于 csinC（c 是光在真空中的传播速度） C.此单色光在该介质中的波长是在真空中波长的 sinC 倍 D.此单色光在该介质中的频率是在真空中的 倍
6、Csi 3一束光线从折射率为 1.5 的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为 45.下面四个光路 图中，正确的是（ ) 4在医学上，光导纤维可以制成内窥镜，用来检查人体胃、肠、气管等器官的内部内 窥镜有两组光导纤维，一组用来把光输送到人体内部，另一组用来进行观察光在光导纤 维中的传输利用了（ ) A光的折射 B光的衍射 C光的干涉 D光的全反射 5潜水员在水深为 h 的地方向水面观望时，发现整个天空及远处地面的景物均呈现在水 面处的圆形区域内，已知水的临界角为 ,则所观察到的圆形半径为（ ) A.htan B.hsin C.h/tan D.h/sin 6光线在玻璃和空气的分界面上发生全反射的条件
7、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 7在自行车的后挡泥板上，常常安装着一个“尾灯” 。其实它不是灯， 它是一种透明的塑料制成的，其截面如图 151 所示。夜间，从自行车 后方来的汽车灯光照在“尾灯”上时， “尾灯”就变得十分明亮，以便引 起汽车司机的注意。从原理上讲，它的功能是利用了( ) A光的折射 B光的全反射 C光的干涉 D光的衍射 9光线从折射率为 的介质中射向空气，如果入射角为 60，下图中光路可能的是( )2 8关于光纤的说法，正确的是( ) A光纤是由高级
8、金属制成的，所以它比普通电线容量大 B光纤是非常细的特制玻璃丝，但导电性能特别好，所以它比普通电线衰减小 C光纤是非常细的特制玻璃丝，有内芯和外套两层组成，光纤是利用全反射原理来 实现光的传导的 D在实际应用中，光纤必须呈笔直状态，因为弯曲的光纤是不能导光的 10一束光从空气射入折射率 n 的某种玻璃的表面，下列说法中正确的是( )2 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 arctan 时，反射光线恰好跟折射光线垂直2 11两种单色光由水中射向空气时发生全反射的临界角分别为 1、 2，已知
9、 1 2。用 n1、n 2 分别表示水对两单色光的折射率，v 1、v 2 分别表示两单色光在水中的传播速度，则( ) An 1n2，v 1n2，v 1v2 12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 154 所示。方框内有两个折射率 n1.5 的玻璃全 反射棱镜。下图给出了两个棱镜四种放置方式的示意图，其中能产生图 154 效果的是( ) 13 （2012 苏锡常镇一模）一束细光束由真空沿着径向射 入一块半圆柱形透明体，如图（a）所示，对其射出后的折 射光线的强度进行记录，发现折射光线的强度随着 的变化 而变化，如图（b）的图线所示.此透明体的临
10、界角为 ，折射率为 . 14如图 157 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是多少？(设光在真空中的光速为 c) 例题答案： 1. 【答案】B、D 【解析】因为水的折射率为 1.33，酒精的折射率为 1.36，所以水对酒精来说是光疏介质； 由 v c/n 可知，光在光密介质中的速度较小。 2. 【答案】A、B、C O 【解析】由临界角的计算式 sinC ，得 n ，选项 A 正确；将 n 代入 sinC 得 1n 1sinC cv 1n sinC ，故 vcsinC，选项 B 正确；设该单色光的频率为 f，在真空中的波长为
11、 0，在介 vc 质中的波长为 ，由波长、频率、光速的关系得 c 0f，vf，由 sinC ， 0sinC，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 vc 0 项 D 错误。 3. 解析：如图所示单色光照射到 EF 弧面上时刚好发生全反射，由全反射的条件得 C45 由折射定律得 n sin90sinC 联立式得 n 。2 答案：(1) (2)能2 4,。 【答案】10.6 m 【解析】如图 1326 所示由题意知，C 为临界角，则 sinC 1n 34 由几何关系，可得 sinC 12122 h2 联立得： ，解之得：h10.6 m。 34 12122 h2 课后练习答案：
12、 1CD 2.ABC 3.A 4.D 5.A 6. 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 7. 解析： 从题图可以看出，自行车的尾灯是利用了全反射的原理，使光线发生了 180 偏折。 答案：B 8. 解析：光导纤维的作用是传导光，它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝， 且由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大。载有声音、图像及各种数字信号的 激光传播时，在内芯和外套的界面上发生全反射，光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强 等特点。在实际应用中，光纤是可以弯曲的。所以，答案是 C。 答案：C 9. 解析：先根据 sinC1
13、/n 求出临界角为 45，由于入射角等于 60大于临界角，则必 定发生全反射，因此只有反射光线而无折射光线。 答案：C 10. 解析：由光疏介质进光密介质，不可能发生全反射现象，故 A 项错误；最大入射 角为 90，此时最大折射角为 45，故 B 项正确；根据 n 可知，C 项正确；由几何关 sinisinr 系可知 D 项正确。 答案：B、C 、D 11. 解析：由临界角定义 sinC 可知，临界角小，折射率大，因为 1 2，所以 1n n1n 2，故选 C、D 是错误的；由 n 知，n 1v1n 2v2，v 1v 2，故选项 A 错误而 B 正确。 cv 答案：B 12. 解析：画出入射光线与出射光线反向延长线的交点则为发生全反射的位置，画上 全反射棱镜，可知 B 正确。 答案：B 13 （2） 60（2 分） ， （2 分）3 14. 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，即光对光导纤维的入射角最小。光导纤维的临界角 为 Carcsin 。 1n 光在光导纤维中传播的路程为 d nL。 LsinC 光在光导纤维中传播的速度为 v 。 cn 所需最长时间为 tmax 。 dv nLcn n2Lc 答案： n2Lc
