2.全反射-【金版教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册作业与测评课件PPT（人教版2019）

第四章　光 2.全反射 目录 1 2 考点模型 考点对点练 核心能力提升练 考点模型 考点对点练 典型考点一　全反射现象及其发生的条件 1．已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为1.33、1.55、1.60和1.63，如果光按下面几种方式传播，可能发生全反射的是(　　) A．从水晶射入玻璃中 B．从水射入二硫化碳中 C．从玻璃射入水中 D．从水射入水晶中 解析　光只有从光密介质射入光疏介质才可能发生全反射。由题意可知，光从水晶射入玻璃中、从水射入二硫化碳中、从水射入水晶中，均是从光疏介质射入光密介质，不可能发生全反射，故A、B、D不符合题意；光从玻璃射入水中，是从光密介质射入光疏介质，有可能发生全反射，故C符合题意。 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 4 2.(多选)如图所示，横截面为半圆形的玻璃砖放在空气中， 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也一定能发生全反射 C．假若光线bO能发生全反射，那么光线aO也一定能发生全反射 D．假若光线aO恰能发生全反射，则光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度大 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 5 解析　在玻璃砖直径界面，光线aO的入射角最大，光线cO的入射角最小，它们都是从光密介质射向光疏介质，都有发生全反射的可能。如果只有一条光线发生了全反射，那一定是aO光线，因为它的入射角最大，A正确。假若光线bO能发生全反射，说明它的入射角等于或大于临界角，光线aO的入射角更大，所以光线aO也一定能发生全反射，光线cO的入射角可能大于或等于临界角，也可能小于临界角，因此光线cO不一定能发生全反射，B错误，C正确。假若光线aO恰能发生全反射，则光线bO和光线cO都不能发生全反射，但光线bO的入射角更接近于临界角，所以，光线bO的反射光线较光线cO的反射光线强，即光线bO的反射光线亮度较大，所以D正确。 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 6 3.(多选)白光是由多种单色光构成的复合光，点光源S发出的一束白光由空气斜射到横截面为矩形acdb的玻璃砖上的O点，S、O和d三点位于同一直线上，θ为入射角，如图所示，下列说法正确的是(　　) A．当θ增大时，光不可能在ab界面上发生全反射 B．当θ增大时，光可能射到bd界面上，并不可能 在bd界面上发生全反射 C．射到cd界面上的光，一定不能在cd界面上发生全反射 D．从cd界面射出的各种色光一定互相平行 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 7 解析　白光由空气斜射到横截面为矩形的玻璃砖acdb的ab面 上，由光疏介质射向光密介质，不可能发生全反射，故A正确；白 光在ab面上发生折射，当θ角增大时，折射光线将向bd方向偏斜， 光可能射到bd界面上，并可能在bd界面上发生全反射，故B错误； 白光在ab面上发生折射，由于折射率不同，射到cd界面上的各色 光的位置不同，但各色光在cd面的入射角都等于在ab面的折射角，根据折射定律，各色光在cd面的折射角等于在ab面的入射角，不可能在cd面上发生全反射，且出射光与入射光平行，因此从cd界面射出的各种色光一定互相平行，故C、D正确。 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 8 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 9 典型考点二　全反射现象的应用 5.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。右图给出了两棱镜四种放置方式的示意图，其中能产生图示效果的是(　　) 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 10 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 6．如图所示，夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰、船舶、楼台、亭阁、集市、庙宇等出现在远方的空中。沙漠里有时也会看到远处的水源、仙人掌近在咫尺，可望而不可即，这就是“蜃景”。下列有关蜃景的说法错误的是(　　) A．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要小 B．沙面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要小 C．A是蜃景，B是景物 D．C是蜃景，D是景物 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 12 解析　海面上下层空气温度比上层低，密度比上层大，故海面附近的空气折射率从下到上逐渐减小；沙面上下层空气温度比上层高，密度比上层小，故沙漠地表附近的空气折射率从下到上逐渐增大，故A、C、D正确，B错误。本题选说法错误的，故选B。 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 13 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 14 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 16 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 17 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 18 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 19 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 21 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 22 考点模型 考点对点练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 23 核心能力提升练 1．(多选)关于全反射，下列说法中正确的是(　　) A．光从光密介质射向光疏介质时可能发生全反射 B．光从光疏介质射向光密介质时可能发生全反射 C．光从折射率大的介质射向折射率小的介质时可能发生全反射 D．光从传播速度大的介质射向传Z播速度小的介质时可能发生全反射 核心能力提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 25 核心能力提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 26 核心能力提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 27 核心能力提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 28 核心能力提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 29 核心能力提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 30 5.横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜，其在生产、生活中有广泛的应用。如图所示，入射光1经全反射棱镜折射、反射后沿与入射光线平行且相反的方向射出，如图中光线2所示。若将棱镜绕A点沿顺时针方向转过一个较小的角度α(如图中虚线所示)，光线仍在棱镜中发生两次全反射，则(　　) A．出射光线顺时针偏转α角 B．出射光线逆时针偏转α角 C．出射光线顺时针偏转2α角 D．出射光线方向不变 核心能力提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 31 核心能力提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 32 核心能力提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 33 核心能力提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 34 7.某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率。开始时玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1、P2的像，且P2的像挡住P1的像。如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失。此时只需测量出_____________________ ___________，即可计算出玻璃砖的折射率。请用测量量表示出玻璃砖的折射率n＝_______。 玻璃砖直径边绕O点转过的角度θ 核心能力提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 35 核心能力提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 36 核心能力提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 37 核心能力提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 38 核心能力提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 39 核心能力提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 40 核心能力提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 41 　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　 R 4．为了研究某种透明新材料的光学性质，将其压制成半圆柱体，横截面如图a所示。一束激光由真空沿半圆柱体的径向射入，与过O点的法线成θ角。CD为光传感器，用以探测光的强度。从AB面反射回来的光的强度随θ角变化的情况如图b所示。已知sin53°＝0.8，该材料的折射率为(　　) A.eq \f(5,4) B.eq \f(4,3) C.eq \r(2) D.eq \r(3) 解析　由图b可知，当θ＝53°时光在AB面恰发生全反射，则光在该材料中发生全反射的临界角为C＝53°，由sinC＝eq \f(1,n)得，该材料的折射率n＝eq \f(5,4)，故A正确，B、C、D错误。 解析　玻璃的折射率为n＝1.5，由全反射临界角公式有sinC＝eq \f(1,n)＝eq \f(2,3)<sin45°，可知该玻璃砖的全反射临界角C<45°，由摆放位置可知全反射面上入射角均为45°，满足全反射条件，能产生图示效果的是B。 7.光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输。如图所示，一条圆柱形的光导纤维，长为L，玻璃芯的折射率为n1，外层材料的折射率为n2，光在空气中的传播速度为c，若光从它的一端射入经全反射后从另一端射出所需的最长时间为t，则下列说法正确的是eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(图中所示的φ为全反射的临界角，其中sinφ＝\f(n2,n1)))(　　) A．n1>n2，t＝eq \f(n1L,n2c) B．n1>n2，t＝2,1)eq \f(nL,n2c) C．n1<n2，t＝eq \f(n1L,n2c) D．n1<n2，t＝2,1)eq \f(nL,n2c) 解析　刚好发生全反射的条件是入射角等于临界角，且光从光密介质射到光疏介质，故n1>n2。当恰好发生全反射时，光从它的一端射入经全反射后从另一端射出所需时间最长，此时传播路程为x＝eq \f(L,sinφ)＝eq \f(n1L,n2)，传播速度为v＝eq \f(c,n1)，则t＝eq \f(x,v)＝eq \f(\f(n1L,n2),\f(c,n1))＝2,1)eq \f(nL,n2c) ，故选B。 8.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，如图所示。已知水的折射率为eq \f(4,3)，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(　　) A.eq \f(\r(7),3)r B.eq \f(4,3)r C.eq \f(3,4)r D.eq \f(\r(7),7)r 解析　只要从大头针末端发出的光线射到圆形薄软木片边缘界面处恰好发生全反射，从水面上就看不到大头针，如图所示，根据图中几何关系有sinC＝eq \f(r,\r(r2＋h2))＝eq \f(1,n)＝eq \f(3,4)，所以h＝eq \f(\r(7),3)r，A正确。 [名师点拨]　解决全反射问题的思路 (1)确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质。 (2)若光由光密介质进入光疏介质，则根据sinC ＝eq \f(1,n)确定临界角，看是否发生全反射。 (3)根据题设条件，画出入射角等于临界角的“临界光路”。 (4)运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理、运算及进行动态分析或定量计算。 典型考点三　全反射与折射的综合计算 9.如图，长方体玻璃砖的横截面为矩形MNPQ，MN＝2NP，其折射率为eq \r(2)。一束单色光在纸面内以α＝45°的入射角从空气射向MQ边的中点O，则该束单色光(　　) A．在MQ边的折射角为60° B．在MN边的入射角为45° C．不能从MN边射出 D．不能从NP边射出 解析　光线从O点入射，设折射角为β，由折射定律有n＝eq \f(sinα,sinβ)，解得β＝30°，即在MQ边的折射角为30°，故A错误；设边长NP＝2l，则MN＝4l，作出光路如图所示，设光在MN边的入射点为A，由几何关系可知MA＝eq \f(l,tan30°)＝eq \r(3)l<4l，光在MN边的入射角为60°，故B错误；光从玻璃射到空气发生全反射的临界角设为C，有sinC＝eq \f(1,n)＝eq \f(\r(2),2)，即C＝45°，而在MN边的入射角为60°>45°，故光在MN边发生全反射，即不能从MN边射出，故C正确；假设光在MN边发生全反射后射向NP边，入射点为B，由几何关系可知NB＝(4l－eq \r(3)l)tan30°＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(4,\r(3))－1))l<2l，则假设成立，可知在NP边的入射角为30°，30°<45°，则光在NP边发生折射射向空气，故D错误。 10.如图所示，一束平行光以45°的入射角照射到半径为R的半圆柱形玻璃砖的上表面上，已知玻璃砖对平行光的折射率为eq \r(2)。求： (1)圆柱面上光线能够射出的区域所对的圆心角r是多少？ (2)能从圆柱面射出的光线中，在玻璃砖中传播时间最长为多少？(光在真空中的速度为c) 答案　(1)90°　(2)eq \f(2\r(6)R,3c) 解析　(1)如图1所示，设左侧某光线经过半圆柱形玻璃砖的上表面再照到圆柱面时刚好发生全反射，这时光线进入半圆柱形玻璃砖的上表面的入射角为i＝45°，折射角为θ，全反射临界角为C，则： n＝eq \f(sini,sinθ)，解得θ＝30° sinC＝eq \f(1,n)，解得C＝45° 由几何关系可知α＝75° 如图2所示，设右侧某光线经过半圆柱形玻璃砖的上表面再照到圆柱面时刚好发生全反射， 由几何关系可知β＝165° 所以光线能够射出圆柱面的区域所对的圆心角r＝β－α＝90°。 (2)光在玻璃砖中传播的速度v＝eq \f(c,n) 在玻璃砖中传播时间最长的光线会经过玻璃砖的最低点，此时光传播的路程x＝eq \f(R,cos30°) 则光在玻璃砖中传播的最长时间t＝eq \f(x,v) 由以上各式可解得t＝eq \f(2\r(6)R,3c)。 解析　光从光密介质射向光疏介质时才有可能发生全反射，由n＝eq \f(c,v)可知，与光疏介质相比，光密介质折射率更大，光在其中的传播速度更小，故A、C正确，B、D错误。 2．一单色光在玻璃中的速度为v，玻璃对这种色光的折射率为n。此光从玻璃射向空气发生全反射的临界角为A，则(　　) A．sinA＝n B．sinA＝eq \f(c,v) C．cosA＝eq \f(1,n) D．sinA＝eq \f(v,c) 解析　n＝eq \f(c,v)，sinA＝eq \f(1,n)＝eq \f(v,c)，故D正确。 3．(多选)如图所示，MM′是空气与某种介质的界面，一束光线从空气射入介质的光路如图所示，那么根据该光路图作出的下列判断正确的是(　　) A．该介质的折射率为eq \f(\r(2),2) B．光在该介质中的传播速度为eq \r(\f(2,3))c(c为真空中的光速) C．光从该介质射向空气时有可能发生全反射 D．光由该介质射向空气时的全反射临界角大于45° 解析　由题图知，光线从空气射入介质时，入射角为60°，折射角为45°，则该介质的折射率为n＝eq \f(sin60°,sin45°)＝eq \f(\r(6),2)，故A错误；光在该介质中的传播速度v＝eq \f(c,n)＝eq \f(c,\f(\r(6),2))＝eq \r(\f(2,3))c，故B正确；光从该介质射向空气时，只要入射角大于等于临界角就能发生全反射，故C正确；设光由该介质射向空气时发生全反射的临界角为C，则sinC＝eq \f(1,n)＝eq \r(\f(2,3))>sin45°，则C>45°，故D正确。 4．(多选)如图甲所示，为了观察一油箱内的储油量，设计师在油箱的一侧竖直安装了一系列厚度相同、长度不同的透明塑料板，每块塑料板的形状如图乙所示，下部尖端部分截面为等腰直角三角形。当光由正上方竖直向下射入到塑料板中时，从观察窗口中可以清晰看到油量计的上表面有明、暗两片区域。通过观察明暗区域分界线的位置，便可判断出油量的多少。以下说法中正确的是(　　) A．从观察窗口观察到的暗区是因为光在塑料板下端发生了全反射 B．从观察窗口观察到的明亮区域越大，油量越少 C．使用的塑料板折射率应满足n≤eq \r(2) D．使用的塑料板折射率应满足n≥eq \r(2) 解析　由题图甲可知，左侧塑料板长，尖端部分浸入油中，光线在塑料与油的分界面处不会发生全反射，从观察窗口观察是暗区；右侧塑料板短，尖端部分没有浸入油中，光线在塑料与空气的分界面处发生全反射，从观察窗口观察到的是亮区，A错误。油量越少，浸入油中的塑料板个数越少，光线发生全反射的塑料板个数越多，从观察窗口观察到的明亮区域越大，B正确。光线发生全反射的光路如图所示，根据sinC＝eq \f(1,n)，C≤45°，解得使用的塑料板折射率n≥eq \r(2)，C错误，D正确。 解析　由题意可知，全反射棱镜中∠A＝∠C＝45°，∠B＝90°，当棱镜绕A点转过一个较小的角度α时，光线1射向AC面时的入射角为∠1＝α，光路图如图所示，由几何关系可得∠3＋∠4＝90°，即∠DEF＋∠EFG＝180°，所以DE∥FG，可得∠2＝∠5，根据折射定律有n＝eq \f(sin∠1,sin∠2)＝eq \f(sin∠6,sin∠5)，可得∠1＝∠6，所以入射光线与出射光线平行，即出射光线方向不变，故D正确。 6.有一个长为10 cm的竖直线状光源AB，其表面可以向各个方向发射光线，将光源封装在一个半球形的透明介质中，整个装置放在水平地面上，如图。线状光源的B端与半球的球心O重合，封装用的透明介质的折射率为1.5，为使光源发出的所有光均能射出介质球，不考虑二次反射，试分析介质球的半径R至少为(　　) A．15 cm B．5eq \r(5) cm C．10 cm D．20 cm 解析　如图所示，在半球面上任选一点P，根据几何关系可知，若此时线状光源A点发出的光能够射出P点，则线状光源其他点发出的光也一定能够射出P点，所以只要A点发出的所有光线能够射出球面，则光源发出的所有光线均能射出球面。在三角形APB中，根据正弦定理有eq \f(AB,sinα)＝eq \f(PB,sinθ)，解得sinα＝eq \f(AB,PB)sinθ，当θ＝90°时，sinα有最大值，为eq \f(AB,PB)，为使光线一定能从P点射出，应有eq \f(AB,PB)≤eq \f(1,n)，所以R＝PB≥nAB＝15 cm，故选A。 eq \f(1,sinθ) 解析　玻璃砖转动时，射在其直径所在平面内的光线的入射角增大，当增大到等于全反射临界角θ时，恰好发生全反射现象。因sinθ＝eq \f(1,n)，可见只要测出全反射临界角即可求得玻璃砖的折射率n，而θ和玻璃砖直径绕O点转过的角度相等，因此只要测出玻璃砖直径边绕O点转过的角度即可。 8.科学家将某种新型材料制成了粗细均匀、半径为r的光导纤维束。如图所示，R为外圆的半径。用一束平行激光垂直于光导纤维的左端面入射，检测发现激光恰好不从侧面外漏时最少发生3次全反射后从光导纤维右端面垂直射出。求： (1)此新型材料的折射率n； (2)eq \f(r,R)的值。 答案　(1)eq \f(2\r(3),3)　(2)eq \f(2－\r(3),4) 解析　(1)画出光路图如图所示，由题意可知光线恰好在外界面发生全反射，根据几何关系可得全反射临界角为C＝60° 此新型材料的折射率为n＝eq \f(1,sinC)＝eq \f(2\r(3),3)。 (2)设内圆半径为R′，根据几何关系有 R－R′＝2r sinC＝eq \f(R′,R)＝eq \f(\r(3),2) 联立解得eq \f(r,R)＝eq \f(2－\r(3),4)。 9.如图，某透明介质的截面为直角三角形ABC，其中∠A＝30°，AC边长为L，一束单色光从AC面上距A为eq \f(L,3)的D点垂直于AC面射入，恰好在AB面发生全反射。已知真空中光速为c。 (1)求出该介质的折射率n； (2)画出该光束从射入该介质到穿出该介质的光路并求出相应的偏转角； (3)求出该光束从射入该介质到第一次穿出该介质经历的时间t。 答案　(1)2　(2)光路图见解析　60°　(3)eq \f(\r(3)L,c) 解析　(1)由于光线垂直于AC面射入，故光线在AB面上的入射角为30°，由题意知，光线恰好在AB面上发生全反射，所以入射角等于全反射临界角，则全反射临界角C＝θ＝30°，该介质的折射率n＝eq \f(1,sinC)＝eq \f(1,sin30°)＝2。 (2)光路图如图所示，原光线垂直于AC面射入，在AB面发生全反射，射到AC面时的入射角θ′＝2θ＝60°，则光线在AC面发生全反射，由几何知识可知，光线垂直于BC边从介质射出，该光束从射入该介质到穿出该介质的偏转角α＝90°－30°＝60°。 (3)由图可知DF＝ADtan30°＝eq \f(\r(3)L,9) FE＝AF＝eq \f(AD,cos30°)＝eq \f(2\r(3)L,9) DE＝AD＝eq \f(L,3) 则EC＝eq \f(L,3) EG＝ECcos30°＝eq \f(\r(3)L,6) 故光在介质中的传播路程为s＝DF＋FE＋EG＝eq \f(\r(3)L,2) 光在介质中的传播速度v＝eq \f(c,n)＝eq \f(c,2) 从射入该介质到第一次穿出该介质，光在介质中的传播时间t＝eq \f(s,v)＝eq \f(\r(3)L,c)。 $$