4.2 全反射 导学案 -2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

第2节 全反射 【知识梳理】 一、光疏介质与光密介质 1．光疏介质：折射率 的介质，光在光疏介质中传播速度相对 。 2．光密介质：折射率 的介质，光在光密介质中传播速度相对 。 3．折射特点：光从 介质射入 介质时，折射角 入射角；光从 介质射入 介质时，折射角 入射角。 说明：光疏介质与光密介质不是指它们的密度大小，而是从介质的光学特性定义。例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介质． 二、全反射 1．定义：光从 介质射入 介质时，若入射角增大到某一角度，使 达到90°时， 光线完全消失，只剩下 光线的现象。 2．临界角：刚发生全反射，即折射角等于90°时的 ，用字母 表示。 3．全反射的条件： （1）光从 介质射入光疏介质； （2）入射角 或 临界角。 4．临界角与折射率的关系：光由介质射入空气（或真空）时，sin_C＝ 。 三、全反射的应用 1．全反射棱镜：截面为等腰直角三角形的棱镜，当光垂直射入玻璃时，光线不发生 ，但在玻璃内部，光射向玻璃与空气的界面时，入射角 临界角，发生全反射。这种棱镜在光学仪器中可用来改变光的方向，如双筒望远镜中的全反射棱镜等。 2．光导纤维：由折射率 的内芯和折射率 的外套组成，光传播时在内芯与外套的界面上发生 。如果把光导纤维聚集成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图像就可以从一端传到另一端，医学上用这种光纤制成内窥镜。 【典型例题】 例1：为了测定某种材料制成的长方体的折射率，用一束光线从AB面以60°入射角射入长方体时光线刚好不能从BC面射出，如图所示，该材料的折射率是多少？ 例2：（多选）如图所示，一束光由空气射到透明介质球上的A点，入射角为i，则： A．当i足够大时，在A点发生全反射 B．当i足够大时，光从球内向外射出时将发生全反射 C．无论i多大，在A点都不会发生全反射 D．无论i多大，光从球内向外射出时都不会发生全反射 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，其框外光线如图所示，方框内有两个折射率为n＝1.5的全反射玻璃棱镜．在框内画出两个棱镜的放置方式并作出光路图． 例4：在光导纤维的端面上入射光满足什么条件，才能使光在光导纤维中不断发生全反射，从一端传到另一端？（设光纤外层材料的折射率为1） 例5：如图所示，ABO为截面是扇形的玻璃砖，圆的半径为R，∠AOB=60°。一束单色光竖直向下垂直OA照射在圆弧AB的中点C上，折射光线照射在AO面上的D点，光在C点发生折射后的偏向角为30°。已知光在真空中的传播速度为c。 （1）求玻璃砖对该单色光的折射率n； （2）若AO面涂有反射层，请判断该单色光能否从OB面出射，并求出该单色光从C点入射到第一次射出玻璃砖所用的时间t。 【课后作业】 （ ）1．如图所示，一束光从介质a斜射向介质b，在两种介质的分界面上发生了全反射，下列判断正确的是 A．光的入射角必须等于临界角 B．光的入射角必须小于临界角 C．a是光疏介质，b是光密介质 D．b是光疏介质，a 是光密介质 （ ）2．一束光线穿过介质1、2、3时，光路如图所示，则 A．介质1的折射率最大 B．介质2是光密介质 C．光在介质2中的速度最大 D．当入射角由45°逐渐增大时，在2、3分界面上可能发生全反射　 （ ）3．a、b两种单色光组成的光束从空气进入介质时，其折射光束如图所示．则关于a、b两束光，下列说法正确的是 A．介质对a光的折射率小于b光 B．a光在介质中的速度小于b光 C．a光在真空中的波长小于b光 D．光从介质射向空气时，a光的临界角小于b光 （ ）4．（多选）一束单色光从真空斜射向某种介质的表面，光路如图所示．下列说法中正确的是 A．光从真空射入介质后，频率不变 B．此介质的折射率等于 C．入射角大于45°时可能发生全反射现象 D．入射角小于30°时可能发生全反射现象 （ ）5．某种液体的折射率为2，距液面下深h处有一个点光源，从液面上看液面被照亮的圆形区域的半径为 A． h　 　 B．h C．h　　 D．h （ ）6．（多选）一束光从空气射向折射率n＝的某种玻璃的表面，如图所示，i代表入射角，则下列说法错误的是 A．当i>45°时会发生全反射现象 B．无论入射角i是多大，折射角r都不会超过45° C．欲使折射角r＝30°，应以i＝45°的角度入射 D．当入射角i＝arctan时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直 （ ）7．如图所示，一足够大的水池内盛有某种透明液体，液体的深度为H，在水池的底部放一点光源S，其中一条光线以θ1＝30°入射角射到液体与空气的界面上，以折射角θ2＝45°发生折射．则 A．液体的折射率为 B．从液体到空气，光的波长变短 C．液体表面亮斑的面积为 D．光线从液体到空气发生全反射时的临界角为45° （ ）8．如图所示，一块上、下表面平行的玻璃砖的厚度为L，玻璃砖的折射率n＝，若光从上表面AB射入的入射角i＝60°，光在真空中的光速为c，则 A．折射角r＝30° B．光在玻璃中传播的时间为 C．光在玻璃中传播的时间为 D．改变入射角i，光在下表面CD可能发生全反射 （ ）9．（多选）如图所示，真空中一半径为R、质量分布均匀的玻璃球，频率一定的细激光束在真空中沿直线AB传播，于玻璃球表面的B点经折射进入玻璃球，并在玻璃表面的D点又发生折射进入真空中，已知∠BOD＝120°，玻璃球对该激光束的折射率为，光在真空中的传播速度为c.则下列说法正确的是 A．激光束在B点的入射角为60° B．激光束在玻璃球中穿越的时间为 C．改变入射角，光线在射出玻璃球的表面时会发生全反射 D．改变入射角，光线在射出玻璃球的表面时不可能发生全反射 10．如图所示，截面为直角三角形的玻璃砖，∠B＝90°，∠C＝30°，玻璃砖的折射率n＝，一束平行于底边BC的单色光从AB边上的中点M射入此玻璃砖．求： （1）请计算判断光束第一次到达AC时能否从AC边射出； （2）第一次从BC边射出时的折射角． 11．如图甲所示，真空中均匀透明介质半球体的半径为R，O为球心，一细光束从A点垂直底面射向球面，在球面上的入射角为30°，当光从球面上B点折射进入真空时的传播方向相对于原光线偏转了30°，已知真空中的光速为c。 （1）求介质球的折射率n； （2）求光从A点沿直线传播到B点的时间t； （3）如图乙，当一束平行光垂直底面射向球面时，所有的光线都能从球面折射进入真空，求平行光束的最大宽度a。 学科网（北京）股份有限公司 $ 第2节 全反射 【知识梳理】 一、光疏介质与光密介质 1．光疏介质：折射率 的介质，光在光疏介质中传播速度相对 。 2．光密介质：折射率 的介质，光在光密介质中传播速度相对 。 3．折射特点：光从 介质射入 介质时，折射角 入射角；光从 介质射入 介质时，折射角 入射角。 说明：光疏介质与光密介质不是指它们的密度大小，而是从介质的光学特性定义。例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介质． 二、全反射 1．定义：光从 介质射入 介质时，若入射角增大到某一角度，使 达到90°时， 光线完全消失，只剩下 光线的现象。 2．临界角：刚发生全反射，即折射角等于90°时的 ，用字母 表示。 3．全反射的条件： （1）光从 介质射入光疏介质； （2）入射角 或 临界角。 4．临界角与折射率的关系：光由介质射入空气（或真空）时，sin_C＝ 。 三、全反射的应用 1．全反射棱镜：截面为等腰直角三角形的棱镜，当光垂直射入玻璃时，光线不发生 ，但在玻璃内部，光射向玻璃与空气的界面时，入射角 临界角，发生全反射。这种棱镜在光学仪器中可用来改变光的方向，如双筒望远镜中的全反射棱镜等。 2．光导纤维：由折射率 的内芯和折射率 的外套组成，光传播时在内芯与外套的界面上发生 。如果把光导纤维聚集成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图像就可以从一端传到另一端，医学上用这种光纤制成内窥镜。 【典型例题】 例1：为了测定某种材料制成的长方体的折射率，用一束光线从AB面以60°入射角射入长方体时光线刚好不能从BC面射出，如图所示，该材料的折射率是多少？ 答案： 例2：（多选）如图所示，一束光由空气射到透明介质球上的A点，入射角为i，则： CD A．当i足够大时，在A点发生全反射 B．当i足够大时，光从球内向外射出时将发生全反射 C．无论i多大，在A点都不会发生全反射 D．无论i多大，光从球内向外射出时都不会发生全反射 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，其框外光线如图所示，方框内有两个折射率为n＝1.5的全反射玻璃棱镜．在框内画出两个棱镜的放置方式并作出光路图． 例4：在光导纤维的端面上入射光满足什么条件，才能使光在光导纤维中不断发生全反射，从一端传到另一端？（设光纤外层材料的折射率为1） 答案： 例5：如图所示，ABO为截面是扇形的玻璃砖，圆的半径为R，∠AOB=60°。一束单色光竖直向下垂直OA照射在圆弧AB的中点C上，折射光线照射在AO面上的D点，光在C点发生折射后的偏向角为30°。已知光在真空中的传播速度为c。 （1）求玻璃砖对该单色光的折射率n； （2）若AO面涂有反射层，请判断该单色光能否从OB面出射，并求出该单色光从C点入射到第一次射出玻璃砖所用的时间t。 答案：（1）（2）能从OB面出射， 【课后作业】 （ ）1．如图所示，一束光从介质a斜射向介质b，在两种介质的分界面上发生了全反射，下列判断正确的是D A．光的入射角必须等于临界角 B．光的入射角必须小于临界角 C．a是光疏介质，b是光密介质 D．b是光疏介质，a 是光密介质 （ ）2．一束光线穿过介质1、2、3时，光路如图所示，则C A．介质1的折射率最大 B．介质2是光密介质 C．光在介质2中的速度最大 D．当入射角由45°逐渐增大时，在2、3分界面上可能发生全反射　 （ ）3．a、b两种单色光组成的光束从空气进入介质时，其折射光束如图所示．则关于a、b两束光，下列说法正确的是A A．介质对a光的折射率小于b光 B．a光在介质中的速度小于b光 C．a光在真空中的波长小于b光 D．光从介质射向空气时，a光的临界角小于b光 （ ）4．（多选）一束单色光从真空斜射向某种介质的表面，光路如图所示．下列说法中正确的是AB A．光从真空射入介质后，频率不变 B．此介质的折射率等于 C．入射角大于45°时可能发生全反射现象 D．入射角小于30°时可能发生全反射现象 （ ）5．某种液体的折射率为2，距液面下深h处有一个点光源，从液面上看液面被照亮的圆形区域的半径为C A． h　 　 B．h C．h　　 D．h （ ）6．（多选）一束光从空气射向折射率n＝的某种玻璃的表面，如图所示，i代表入射角，则下列说法错误的是A A．当i>45°时会发生全反射现象 B．无论入射角i是多大，折射角r都不会超过45° C．欲使折射角r＝30°，应以i＝45°的角度入射 D．当入射角i＝arctan时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直 （ ）7．如图所示，一足够大的水池内盛有某种透明液体，液体的深度为H，在水池的底部放一点光源S，其中一条光线以θ1＝30°入射角射到液体与空气的界面上，以折射角θ2＝45°发生折射．则D A．液体的折射率为 B．从液体到空气，光的波长变短 C．液体表面亮斑的面积为 D．光线从液体到空气发生全反射时的临界角为45° （ ）8．如图所示，一块上、下表面平行的玻璃砖的厚度为L，玻璃砖的折射率n＝，若光从上表面AB射入的入射角i＝60°，光在真空中的光速为c，则A A．折射角r＝30° B．光在玻璃中传播的时间为 C．光在玻璃中传播的时间为 D．改变入射角i，光在下表面CD可能发生全反射 （ ）9．（多选）如图所示，真空中一半径为R、质量分布均匀的玻璃球，频率一定的细激光束在真空中沿直线AB传播，于玻璃球表面的B点经折射进入玻璃球，并在玻璃表面的D点又发生折射进入真空中，已知∠BOD＝120°，玻璃球对该激光束的折射率为，光在真空中的传播速度为c.则下列说法正确的是AD A．激光束在B点的入射角为60° B．激光束在玻璃球中穿越的时间为 C．改变入射角，光线在射出玻璃球的表面时会发生全反射 D．改变入射角，光线在射出玻璃球的表面时不可能发生全反射 10．如图所示，截面为直角三角形的玻璃砖，∠B＝90°，∠C＝30°，玻璃砖的折射率n＝，一束平行于底边BC的单色光从AB边上的中点M射入此玻璃砖．求： （1）请计算判断光束第一次到达AC时能否从AC边射出； （2）第一次从BC边射出时的折射角． 答案：（1）不能（2）45° 11．如图甲所示，真空中均匀透明介质半球体的半径为R，O为球心，一细光束从A点垂直底面射向球面，在球面上的入射角为30°，当光从球面上B点折射进入真空时的传播方向相对于原光线偏转了30°，已知真空中的光速为c。 （1）求介质球的折射率n； （2）求光从A点沿直线传播到B点的时间t； （3）如图乙，当一束平行光垂直底面射向球面时，所有的光线都能从球面折射进入真空，求平行光束的最大宽度a。 答案：（1）n＝（2）t＝（3）a＝ 学科网（北京）股份有限公司 $