4.2 全反射 -2024-2025学年高二上学期物理沪科版（2020）选择性必修第一册

第二节 全反射 课时聚焦 一、全反射 当光从光密介质射向光疏介质时，同时发生折射和反射，折射角_________入射角。随着入射角逐渐增大，折射角相应_______，同时，折射光越来越_________，反射光越来越________。当_________角大于某一角度时，_________光消失（此时折射角为______），只剩下___________光。C 光密介质 光疏介质 产生条件：①光从________介质射向________介质；②入射角________临界角。纤芯 低折射率材料 低折射率材料 低折射率材料 纤芯（折射率高） 应用：光导纤维的纤芯具有_______（高/低）折射率，外面包裹________（高/低）折射率材料，光传播时在这两种介质的分界面上发生全反射。 二、临界角 1．概念：光从光密介质射入光疏介质，当折射角达到________时，_______光完全消失，此时的________角称为临界角，用符号 C 表示。 2．公式：sinC = _______，则 C = _________。 【例 1】 （多选）关于光的全反射及其应用，下列说法正确的是（ ） A．入射角大于临界角，光一定发生全反射 B．光从传播速度大的介质射向传播速度小的介质时可能发生全反射 C．光导纤维传输信号利用的是光的全反射现象 D．水或玻璃中的气泡看起来特别亮，是因为光从水或玻璃射向气泡时在界面发生了全反射 【例 2】 如图，已知介质 Ⅱ 为空气，介质 Ⅰ 的折射率为 ，则下列说法正确的是（ ） A．光线 a、b 都不能发生全反射 B．光线 a、b 都能发生全反射 C．光线 a 发生全反射，光线 b 不发生全反射 D．光线 a 不发生全反射，光线 b 发生全反射 【例 3】 一个灯泡被安装在 3.0 m 深的水池底部，向各个方向发光。水的折射率为 1.33，则该灯泡在水面上形成的亮斑的直径为多少？ 【例 4】 如图所示，光以与界面夹角 30.0° 的方向射入折射率为 1.50 的玻璃三棱柱 AB 边的中点。A B C 60° 60° 60° 30° （1）画出光在玻璃中的传播路径，计算光从玻璃射入 BC 边的入射角。 （2）判断光是否会穿过 BC 边，说明理由。 【例 5】 如图所示，折射率为 1.41 的直角棱镜 ABC 置于空气中。一束光从直角棱镜的 BC 面垂直射入后又从棱镜中射出，其出射方向与 AC 面之间的夹角为多大？A B 60° 30° C 同步精练 一、选择题 1． 关于光的全反射现象，下列说法错误的是（ ） A．只有在入射角等于临界角的情况下才可能发生全反射 B．全反射的临界角与介质的折射率有关 C．发生全反射时，折射光线完全消失，反射光的能量几乎等于入射光的能量 D．“光纤通信”就是利用了全反射的原理 2． 光线在空气和玻璃的分界面上发生全反射的条件是（ ） A．光从空气射到分界面上，入射角足够小 B．光从空气射到分界面上，入射角足够大 C．光从玻璃射到分界面上，入射角足够大 D．光从玻璃射到分界面上，入射角足够小 3． 如图所示的长直光纤，柱芯为玻璃，外层以折射率较玻璃低的介质包覆。若光线自光纤左端进入，与中心轴的夹角为 θ，则下列有关此光线传递方式的叙述正确的是（ ） A．不论 θ 为何值，光线都不会发生全反射 B．不论 θ 为何值，光线都会发生全反射 C．θ 足够小时，光线才会发生全反射 D．θ 足够大时，光线才会发生全反射 4． 光在某种玻璃中的传播速度是 1.5×108 m/s，则光由该玻璃射入空气时，发生全反射的临界角 C 为（ ） A．30° B．45° C．60° D．90° 5． 如图，两束相同的平行单色光 a、b 照射到一块矩形玻璃砖的上表面，发生折射后分别照射到 PQ 和 NQ 界面上，下列说法正确的是（ ） A．两束折射光都可以在界面上发生全反射 B．两束折射光都不会在界面上发生全反射 C．折射光 d 可能发生全反射 D．折射光 c 可能发生全反射 6． 【多选】如图，横截面为直角三角形的玻璃三棱柱，角 C = 30°。现有一细束光线沿着截面从 AC 边上的 O 点以 45° 的入射角射入，折射后到达斜边 BC 发生反射，最后垂直 AB 界面射出。则（ ） A．透明玻璃材料的折射率为 2 B．透明玻璃材料的全反射临界角为 45° C．光线在 BC 界面的入射角为 30° D．光线在 BC 界面发生全反射 二、填空题 7． 光从某介质斜射入空气时，发生了全反射现象。若逐渐减小入射角，当入射角小于临界角后，会同时发生反射和折射，且反射光的亮度越来越__________，折射光的亮度越来越________。（均选填”强”或“弱”） 8． 光纤通信技术是利用光导纤维传输信号以实现信息传递的一种通信方式。我国的光纤通信技术处于世界领先水平。当光从光纤的外套进入内芯后，光的传播速度变_______（选填“大”或“小”）。若某种光纤的内芯在空气中发生全反射的临界角为 45°，则内芯的折射率为__________。纤芯 低折射率材料 低折射率材料 低折射率材料 纤芯（折射率高） 三、综合题 9． 如图，一个折射率 n = 的半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为 R 的半圆，AB 为半圆的直径，O 点为圆心。一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，求入射光束在 AB 上的最大宽度。 10． 如图所示为一根长为 L、折射率为 n 的实心玻璃棒。为了保证一束光从玻璃棒一个端面的中心射入后只从另一个端面射出。在入射端面上，光的最大入射角 i 为多少？L i 11． 如图，横卧着一根用折射率为 的透明材料制成的圆柱形棒，其直径为 4 cm，长为 20 cm。一束光线射向圆柱棒一个底面的中心，折射入圆柱棒后再由棒的另一底面射出，该光线经历的全反射次数最多有几次？20 cm 4 cm 光线 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第二节 全反射 课时聚焦 一、全反射 Comment by fj: （1）大于，增大，弱，强，入射，折射，90°，反射 （2）① 光密，光疏 ② 大于或等于 （3）高，低 当光从光密介质射向光疏介质时，同时发生折射和反射，折射角_________入射角。随着入射角逐渐增大，折射角相应_______，同时，折射光越来越_________，反射光越来越________。当_________角大于某一角度时，_________光消失（此时折射角为______），只剩下___________光。C 光密介质 光疏介质 产生条件：①光从________介质射向________介质；②入射角________临界角。纤芯 低折射率材料 低折射率材料 低折射率材料 纤芯（折射率高） 应用：光导纤维的纤芯具有_______（高/低）折射率，外面包裹________（高/低）折射率材料，光传播时在这两种介质的分界面上发生全反射。 二、临界角 Comment by fj: （1）90°，折射，入射 （2），arcsin 1．概念：光从光密介质射入光疏介质，当折射角达到________时，_______光完全消失，此时的________角称为临界角，用符号 C 表示。 2．公式：sinC = _______，则 C = _________。 【例 1】 （多选）关于光的全反射及其应用，下列说法正确的是（ ） Comment by fj: CD A．入射角大于临界角，光一定发生全反射 B．光从传播速度大的介质射向传播速度小的介质时可能发生全反射 C．光导纤维传输信号利用的是光的全反射现象 D．水或玻璃中的气泡看起来特别亮，是因为光从水或玻璃射向气泡时在界面发生了全反射 【例 2】 如图，已知介质 Ⅱ 为空气，介质 Ⅰ 的折射率为 ，则下列说法正确的是（ ） Comment by fj: C A．光线 a、b 都不能发生全反射 B．光线 a、b 都能发生全反射 C．光线 a 发生全反射，光线 b 不发生全反射 D．光线 a 不发生全反射，光线 b 发生全反射 【例 3】 一个灯泡被安装在 3.0 m 深的水池底部，向各个方向发光。水的折射率为 1.33，则该灯泡在水面上形成的亮斑的直径为多少？ Comment by fj: 如图所示，设当光到达 A 和 A' 及以外的区域发生全反射，则 θ = arcsin ≈ 48.8°，设灯泡形成的亮斑半径为 x，则 tan48.8° = ，x = 3tan48.8° ≈ 3.43 m，则亮斑的直径为 2x = 6.86 m。 2022沪科版练习册4.2.5，让学生自己画出示意图 【例 4】 如图所示，光以与界面夹角 30.0° 的方向射入折射率为 1.50 的玻璃三棱柱 AB 边的中点。 Comment by fj: （1）如图所示，设光从空气射入玻璃的入射角为 θ1，折射角为 θ2，光由玻璃射入空气的入射角为 θ3，则 = n，即 = 1.50，得 θ2 ≈ 35.3°，由三角形的内角和为 180°，得 θ3 = 24.7°。 （2）玻璃的临界角 C = arcsin ≈ 42°，即 θ3 < C，所以光会穿过 BC。 2022沪科版练习册4.2.7，折射后是否全反射A B C 60° 60° 60° 30° （1）画出光在玻璃中的传播路径，计算光从玻璃射入 BC 边的入射角。 （2）判断光是否会穿过 BC 边，说明理由。 【例 5】 如图所示，折射率为 1.41 的直角棱镜 ABC 置于空气中。一束光从直角棱镜的 BC 面垂直射入后又从棱镜中射出，其出射方向与 AC 面之间的夹角为多大？ Comment by fanjing: 45° 先全反射后折射A B 60° 30° C 同步精练 一、选择题 1． 关于光的全反射现象，下列说法错误的是（ ） A．只有在入射角等于临界角的情况下才可能发生全反射 B．全反射的临界角与介质的折射率有关 C．发生全反射时，折射光线完全消失，反射光的能量几乎等于入射光的能量 D．“光纤通信”就是利用了全反射的原理 2． 光线在空气和玻璃的分界面上发生全反射的条件是（ ） Comment by fj: C A．光从空气射到分界面上，入射角足够小 B．光从空气射到分界面上，入射角足够大 C．光从玻璃射到分界面上，入射角足够大 D．光从玻璃射到分界面上，入射角足够小 3． 如图所示的长直光纤，柱芯为玻璃，外层以折射率较玻璃低的介质包覆。若光线自光纤左端进入，与中心轴的夹角为 θ，则下列有关此光线传递方式的叙述正确的是（ ） Comment by fj: C 光纤 A．不论 θ 为何值，光线都不会发生全反射 B．不论 θ 为何值，光线都会发生全反射 C．θ 足够小时，光线才会发生全反射 D．θ 足够大时，光线才会发生全反射 4． 光在某种玻璃中的传播速度是 1.5×108 m/s，则光由该玻璃射入空气时，发生全反射的临界角 C 为（ ） Comment by fj: A A．30° B．45° C．60° D．90° 5． 如图，两束相同的平行单色光 a、b 照射到一块矩形玻璃砖的上表面，发生折射后分别照射到 PQ 和 NQ 界面上，下列说法正确的是（ ） A．两束折射光都可以在界面上发生全反射 B．两束折射光都不会在界面上发生全反射 C．折射光 d 可能发生全反射 D．折射光 c 可能发生全反射 6． 【多选】如图，横截面为直角三角形的玻璃三棱柱，角 C = 30°。现有一细束光线沿着截面从 AC 边上的 O 点以 45° 的入射角射入，折射后到达斜边 BC 发生反射，最后垂直 AB 界面射出。则（ ） Comment by fj: BD 先折射后全反射 A．透明玻璃材料的折射率为 2 B．透明玻璃材料的全反射临界角为 45° C．光线在 BC 界面的入射角为 30° D．光线在 BC 界面发生全反射 二、填空题 7． 光从某介质斜射入空气时，发生了全反射现象。若逐渐减小入射角，当入射角小于临界角后，会同时发生反射和折射，且反射光的亮度越来越__________，折射光的亮度越来越________。（均选填”强”或“弱”） Comment by fj: 弱，强 2022沪科版练习册4.2.2 8． 光纤通信技术是利用光导纤维传输信号以实现信息传递的一种通信方式。我国的光纤通信技术处于世界领先水平。当光从光纤的外套进入内芯后，光的传播速度变_______（选填“大”或“小”）。若某种光纤的内芯在空气中发生全反射的临界角为 45°，则内芯的折射率为__________。 Comment by fj: 小，纤芯 低折射率材料 低折射率材料 低折射率材料 纤芯（折射率高） 三、综合题 9． 如图，一个折射率 n = 的半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为 R 的半圆，AB 为半圆的直径，O 点为圆心。一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，求入射光束在 AB 上的最大宽度。 Comment by fj: R 2014年全国高考34 10． 如图所示为一根长为 L、折射率为 n 的实心玻璃棒。为了保证一束光从玻璃棒一个端面的中心射入后只从另一个端面射出。在入射端面上，光的最大入射角 i 为多少？ Comment by fanjing: imin = sin−1 课本习题，先折射后全反射L i 11． 如图，横卧着一根用折射率为 的透明材料制成的圆柱形棒，其直径为 4 cm，长为 20 cm。一束光线射向圆柱棒一个底面的中心，折射入圆柱棒后再由棒的另一底面射出，该光线经历的全反射次数最多有几次？ Comment by fj: 3次20 cm 4 cm 光线 学科网（北京）股份有限公司 $$