4.2 全反射 讲义-2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

全反射 知识点一：全反射基础概念 1．光疏介质和光密介质 光在各种介质中的传播速度和介质相对真空的折射率都是不相同的．两种介质相比较光在其中传播速度大，而折射率小的介质叫光疏介质；光在其中传播速度小，而折射率大的介质叫光密介质． 2．对光疏介质和光密介质的理解 （1）光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对的意义．例如：水晶（）对玻璃（）是光密介质，而对金刚石来说（），就是光疏介质．同一种介质到底是光疏介质还是光密介质，是不确定的． （2）光若从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角；反之，光由光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角． （3）光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的密度大小．例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介质． （4）光疏介质和光密介质的比较． 光疏介质和光密介质的比较表 光的速度 折射率 光疏介质 大 小 光密介质 小 大 注意：光疏介质、光密介质是对确定的两种介质而言的．任何两种透明介质都可以通过比较光在其中速度的大小或折射率的大小来判定谁是光疏介质或光密介质． 3．全反射 （1）全反射现象． 光由光密介质射向光疏介质时，折射角大于入射角．当入射角增大，反射光增强，折射光减弱，继续增大入射角，当折射角达到时，折射光全部消失，入射光全部被反射回原介质，当入射角再增大时．入射光仍被界面全部反射回原介质，这种现象叫全反射． （2）对全反射的理解． ①全反射是光的折射的特殊现象，全反射现象还可以从能量变化角度加以理解．当光线从光密介质射入光疏介质，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，发生了全反射． ②发生全反射的条件： 光线从光密介质射向光疏介质；入射角大于或等于临界角． ③全反射遵循的规律： 光由光密介质进入光疏介质发生全反射时，仍然遵守反射定律．有关计算仍依据反射定律进行． 4．临界角 （1）临界角的定义：折射角为时的入射角称为全反射临界角，简称临界角，用表示． 注意：①光从光密介质射向光疏介质时，只要入射角大于或等于临界角，一定会发生全反射现象． ②一般情况下，光由一种介质到达另一种介质时，光既有反射又有折射，即光的能量有一部分反射回原介质中：而另，一部分则进入其他介质中．发生全反射时，光的能量全部反射回原介质中． （2）临界角的表示式：由折射定律知，光由某介质射向真空（或空气）时，若刚好发生全反射，则 ． 所以，即． 5．应用全反射解决实际问题的基本方法 （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时，则根据确定临界角，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，运算及变换进行动态分析或定量计算． 6．应用全反射解释自然现象 （1）对“海市蜃楼”的解释： 由于光在空气中的折射和全反射，会在空中出现“海市蜃楼”．在海面平静的日子，站在海滨，有时可以看到远处的空中出现了高楼耸立、街道棋布、山峦重叠等景象．这种景象的出现是有原因的．当大气层比较平静时，空气的密度随温度的升高而减小，对光的折射率也随之减小，海面上空的空气温度比空中低，空气的折射率下层比上层大．我们可以粗略地把空中的大气分成许多水平的空气层，如图所示，下层的折射率较大．远处的景物发出的光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较低的上一层的入射角越来越大，当光线的入射角大到临界角时，就会发生全反射现象．光线就会从高空的空气层中通过空气的折射逐渐返回折射率较低的下一层．在地面附近的观察者就可以观察到由空中射来的光线形成的虚像．这就是海市蜃楼的景象．如图所示． （2）对沙漠上、柏油路上的蜃景的解释： 在沙漠里也会看到蜃景，太阳照到沙地上，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也小．从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，也可能发生全反射．人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒景（如图），仿佛是从水面反射出来的一样．沙漠里的行人常被这种景象所迷惑，以为前方有水源而奔向前去，但总是可望而不可即． 在炎热夏天的柏油马路上，有时也能看到上述现象．贴近热路面附近的空气层同热沙面附近的空气层一样，比上层空气的折射率小．从远处物体射向路面的光线，也可能发生全反射，从远处看去，路面显得格外明亮光滑，就像用水淋过一样． （3）水或玻璃中的气泡为何特别明亮？ 由图可知，也是光线在气泡的表面发生全反射的结果． 7．光纤通信 全反射现象在通信中有、重要的作用，光导纤维之所以能传光、传像，就是利用了光的全反射现象，光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有． 如图所示，它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，光由一端进入，在两层的界面上经多次全反射，从另一端射出．光导纤维可以远距离传播光，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像．如果把许多（上万根）此导纤维合成一束，并使两端的纤维按严格相同的次序排列，就可以以传输图像． 知识点二：全反射棱镜 全反射棱镜改变光路的几种情况 光路图 入射面 全反射面 光线方向改变角度 方式一 AB AC 90° 方式二 AC AB、BC 180° 方式三 AB AC 0°（发生侧移） 一、单选题 1．如图所示为某透明介质制成的棱镜的截面图，该截面为等腰三角形，，腰长为L，S为AB边的中点。一细光束由S点从真空斜射入棱镜，光束与AB的夹角为，折射光线与AC边平行，忽略二次反射的光线，光在真空中的速度为c。下列说法正确的是（　　） A．透明介质材料的折射率为 B．光束能从BC边射出棱镜 C．光束从AC边射出时的折射角为45° D．光在棱镜中传播的时间为 【答案】C 【详解】A．由题意作出光路图，如图所示 折射光线与AC边平行，由得，则，又光束在S点的入射角为 由折射定律得，故A错误； B．由 可得全反射临界角为，光束在边的入射角为，不能从边射出，故B错误； C．根据光路的对称性可得，光束从AC边射出时的折射角为45°，故C正确； D．光束在棱镜中传播的距离为 光在棱镜中的传播速度为 光在棱镜中传播的时间为 解得，故D错误。 故选C。 2．光导纤维简称“光纤”，是一种能够传导各种光信号的纤维，也是传输信息的理想载体。如图所示，折射率为的玻璃圆柱长为，一束激光射向圆柱一端的中心，从另一底面射出，真空中光速。下列说法正确的是（　　） A．若入射光线与中轴线的夹角为45°，则光线在圆柱内的路径长度是 B．若入射光线与中轴线的夹角为45°，则光线在圆柱内的路径长度是20 m C．光在圆柱中传播的最长时间是 D．光在圆柱中传播的最长时间是 【答案】A 【详解】AB．若入射光线与中轴线的夹角为45°，则折射角，则r=30°，则光线在圆柱内的路径长度为，A正确，B错误； CD．由可得C=45° 光线在圆柱内以临界角C射出圆柱体时，光在圆柱体中传播的距离最长，由几何关系 由 可得最长时间，CD错误。 故选A。 3．某等腰三角形玻璃砖OPQ，，某束光线垂直于OP边射入，恰好在PQ界面发生全反射，则该玻璃砖的折射率为（　　） A． B． C． D．2 【答案】C 【详解】光线垂直OP边入射，进入玻璃砖时折射角为0，传播方向不变。由几何关系，∠OPQ=45°，可得入射光线与PQ界面法线的夹角（入射角）。光线恰好发生全反射，说明入射角等于临界角，即。 根据全反射临界角公式 代入得。 故选C。 4．如图是光线由空气射入半圆形玻璃砖，再由玻璃砖射入空气中的光路图。点是半圆形玻璃砖的圆心，可能发生的情况是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】AC．垂直于半圆形玻璃砖的曲面射入的光线，在圆心O点处，若入射角大于等于临界角，会发生全反射，光线就不能进入空气，若入射角小于临界角，不会发生全反射，会同时存在反射光线和折射光线，且折射角大于入射角，故A正确，C错误； BD．当光线由空气进入玻璃砖中时，会在圆心处同时发生反射和折射，且入射角大于折射角（非垂直射入），故BD错误。 故选A。 5．一个半径为r的圆形薄软木塞，在它的圆心处插上一个大头针，让软木塞浮在液面上。调整大头针插入软木塞的深度，使它露在外面的长度为h，这时从液面上方的各个方向向液体中看，恰好看不到大头针，则该液体的折射率约为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】由题可知，此时刚好发生全反射，作出全反射的光路图如下 由几何知识可得，临界角 结合光的全反射规律 解得该液体的折射率 故选D。 6．如图所示为三棱镜色散实验示意图。下列说法正确的是（　　） A．三棱镜对a光的折射率大于对b光的折射率 B．a光的频率大于b光的频率 C．真空中a光的波长大于b光的波长 D．改变入射方向，a光比b光容易在三棱镜内发生全反射 【答案】C 【详解】ABC．由题图可知，复色光射入三棱镜后，a光的偏折程度小于b光的偏折程度，则三棱镜对a光的折射率小于对b光的折射率，a光的频率小于b光的频率；根据可知，真空中a光的波长大于b光的波长，故AB错误，C正确； D．根据全反射临界角公式，由于三棱镜对a光的折射率小于对b光的折射率，可知b光发生全反射的临界角较小，且b光在右侧射出空气的入射角较大，所以改变入射方向，b光比a光容易在三棱镜内发生全反射，故D错误。 故选C。 7．现有一束单色光以相同的入射角θ，射入甲、乙两种介质中，折射光线如图所示（）。下列说法正确的是（　　） A．介质甲折射率较大 B．光在介质甲中传播速度较大 C．光在介质甲中波长较大 D．光从甲介质射向空气，发生全反射的临界角较大 【答案】A 【详解】A．根据题意，单色光入射角相同。 由折射定律结合可知，，即介质甲的折射率大，故A正确； B．由可得，又，则，故B错误； C．由结合可得，同一种单色光频率一定，，则，故C错误； D．由全反射临界角公式可知，时，，即光从乙介质射向空气发生全反射的临界角较大，故D错误； 故选A。 8．下列关于光的现象说法正确的是（　　） A．水中物体的实际深度比观察到的浅 B．光从水中射入空气后传播速度变小 C．光从水中射入空气后波长变短 D．水中的气泡看起来很明亮是因为光发生了全反射 【答案】D 【详解】A．光从水中射向空气中时，折射光线偏离法线，观察者以为光线是沿折射光线方向进入眼睛的，故观察者以为观察到的深度比实际深度浅，故A错误； B．光在介质中的传播速度，在空气中的传播速度近似等于c 而n>1，所以光进入空气后传播速度变大，故B错误； C．光在介质中的波长，光在空气中的波长 而n>1，故在空气中的波长更大，故C错误； D．光从水中射向水内的气泡时，若入射角大于临界角，则发生全反射，光线全部被反射进入观察者的眼睛，故看起来特别明亮，故D正确。 故选D。 9．如图所示，一束由红光和紫光组成的复合光从水中射入空气中，为水和空气分界面，入射光束经分界面的点形成两条折射光线、和一条反射光线，则下列说法正确的是（　　） A．光线为紫光 B．对同一介质，光的折射率小于光的折射率 C．光在真空中的传播速度大于光在真空中的传播速度 D．保持入射点不变，增大入射光的入射角，光最先在面发生全反射 【答案】B 【详解】AB．光线偏折更明显，折射率更大，所以光线为紫光，A错误、B正确； C．光在真空中的传播速度和光在真空中的传播速度都等于光速，C错误； D．保持入射点不变，增大入射光的入射角，由于光线的折射率大，其临界角小，所以光最先在面发生全反射，D错误。 故选B。 10．如图所示，玻璃砖的上下表面相互平行，一束单色光从玻璃砖的上表面斜射入玻璃砖，经折射后从下表面射出，调整光线的入射角，则光线（    ） A．只可能在玻璃砖的上表面发生全反射 B．只可能在玻璃砖的下表面发生全反射 C．在玻璃砖上下表面均有可能发生全反射 D．在玻璃砖上下表面均不可能发生全反射 【答案】D 【详解】发生全反射的条件是从光密介质射入光疏介质，且入射角大于临界角。在玻璃砖的上表面是从空气射入玻璃，所以不可能在玻璃砖的上表面发生全反射；在玻璃砖的下表面，其入射角和在上表面的折射角相等，根据光路可逆可知，在玻璃砖的下表面射出的光线其折射角等于在上表面的入射角，所以也不可能在下表面发生全反射。 故选D。 二、多选题 11．如图所示为一个透明材质半圆柱体的横截面，为直径，一束由、两种单色光组成的复色光由真空从所在平面上的点射入半圆柱体后分成、两种单色光，光射至圆心正下方的点、光射至点，不考虑光在半圆柱体中的反射，下列说法正确的是（　　） A．、两种单色光在半圆柱体中的波长 B．、两种单色光在半圆柱体中的传播时间 C．、两种单色光在半圆柱体中的传播时间 D．、两种单色光在、点均不会发生全反射 【答案】AD 【详解】A．由题图可看出，单色光在半圆柱体中的折射角较大，根据折射定律可知，单色光的折射率较小，其波长较长，故A正确； BC．设、两种单色光在半圆柱体中的折射角分别为、，复色光在真空中的入射角为，根据折射定律有， 解得， 、两种单色光在半圆柱体中的传播距离分别为， 、两种单色光在半圆柱体中的传播时间分别为，，故，B错误，C错误； D．由题图可看出，光由真空射入半圆柱体时的折射角，根据折射定律有， 解得，、两种单色光的临界角 由题图可看出，、两种单色光由半圆柱体射入真空时的入射角 联立解得，，故、两种单色光在、点均不会发生全反射，D正确。 故选AD。 12．高锟是著名的华裔物理学家，因在光纤通信方面的研究获得诺贝尔物理学奖，被人们尊称为光纤之父。如图所示，光纤通信的主要部件为光导纤维，其由纤芯和包层两部分组成，以合适角度进入光纤的光能够在纤芯和包层分界面上发生全反射，以折线的形式沿着光纤传播。下列说法正确的是（　　） A．纤芯的折射率小于包层的折射率 B．减小光在入射端的入射角i，光在光纤中的传播时间将减小 C．光的波长增大时，纤芯对光的折射率将增大 D．光的波长增大时，其在纤芯中的传播速度将增大 【答案】BD 【详解】A．发生全反射的条件是光由光密介质进入光疏介质，则纤芯的折射率大于包层的折射率，故A错误； B．减小光在入射端的入射角i，则光进入纤芯的折射角r减小，设光导纤维的长度为，根据几何关系可知光在纤芯中传播的路程为 可知光在纤芯中传播的路程变短，则传播时间将减小，故B正确； CD．光的波长增大时，光的频率减小，纤芯对光的折射率n将减小，根据可知，光在纤芯中的传播速度将增大，故C错误，D正确。 故选BD。 13．如图所示，在等边三棱镜截面内，有一束单色光从空气射向其边界上的点，已知该单色光入射方向与三棱镜边界的夹角，该单色光在三棱镜中的传播光线与底边平行。则下列说法中正确的是（　　） A．该单色光从空气进入棱镜后频率变小 B．该单色光在介质中的折射率为 C．该单色光在边界不会发生全反射 D．若将该单色光换成频率更大的单色光仍然从点以相同的入射角入射，则从面上射出时的出射点将会沿向下移 【答案】BCD 【详解】A．该单色光从空气进入棱镜后频率保持不变，故A错误； B．单色光在三棱镜中的传播光线与底边BC平行，由几何关系可知，光在三棱镜界面AB处的入射角为，折射角为，根据折射定律可得该单色光在介质中的折射率为 故B正确； C．由几何关系可知，光线在AC边界的入射角等于，根据 入射角小于临界角，则该单色光在AC边界不会发生全反射，故C正确； D．若将该单色光换成频率更大的单色光仍然从E点以相同的入射角入射，即三棱镜对该单色光的折射率增大，根据折射定律可知该单色光的折射角将减小，由几何关系可知，显然该单色光从AC面上射出时的出射点将会沿AC向下移，故D正确。 故选BCD。 14．如图所示为某透明介质制成的棱镜的截面图，截面为等腰直角三角形，由两种色光组成的细光束垂直面射入棱镜，色光1刚好在面发生全反射，色光2由面射出时与面的夹角为下列说法正确的是（　　） A．棱镜对色光1的折射率为2 B．棱镜对色光2的折射率为 C．色光1比色光2更容易发生衍射现象 D．若色光1为绿光，则色光2可能为红光 【答案】BD 【详解】A．色光1刚好在面发生全反射，有 则棱镜对色光1的折射率为 故A错误； B．棱镜对色光2的折射率为 故B正确； C．由于色光2的折射率小，波长较长，则色光2更容易发生衍射现象，故C错误； D．若色光1为绿光，则色光2波长较长，可能为红光，故D正确。 故选BD。 15．某透明介质的截面图如图所示，一束光线与上表面成角射入，在下表面刚好发生全反射，介质的折射率为。下列说法正确的是（　　）    A．光线在上表面的折射角 B．光线在上表面的折射角 C．下底边与虚线的夹角 D．下底边与虚线的夹角 【答案】BC 【详解】AB．根据 可知，光线在上表面的折射角 故A错误B正确； CD．在下表面刚好发生全反射，则 可知，下表面入射角C为45°，根据几何关系有 解得 故C正确D错误。 故选BC。 三、解答题 16．如图所示，在球心为O、折射率为n、半径为R的均匀透明介质球内S点处放置一个单色点光源（可向各方向发射光线），点光源发出的一条垂直于OS的光线恰好在球面上P点处发生全反射，球外真空中光速为c，求： (1)点光源距球心O的距离d； (2)光线射出球体所用的最短时间t。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）光线恰好在P点发生全反射，设光线的入射角为θ，根据折射定律有：① 根据几何关系得：② 联立①②得：③ （2）光沿OS方向射出时，光程最短，所用时间最短，设光在介质球中的传播速度为，所用最短时间为t，有：④ 根据折射定律有： ⑤ 联立③④⑤得： 17．如图所示，一玻璃球体的半径为R，O为球心，AB为直径。来自B点的光线BM在M点射出。出射光线平行于AB，另一光线BN恰好在N点发生全反射。已知，求： (1)玻璃的折射率； (2)BN的长度。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）已知，由几何关系知入射角，折射角 根据折射定律得 代入数据得 （2）光线BN恰好在N点发生全反射，则为临界角C， 由几何关系可知 由勾股定理 联立解得 18．如图所示，一半圆形透明玻璃砖平放在水平桌面上，其横截面是半径为R的半圆，O为圆心。将激光束垂直于AB面射入，若光到达右表面后，都能从右表面射出，已知玻璃的折射率为n，真空中的光速为c。求： (1)光在玻璃砖中传播的速度。 (2)求入射光束在AB上的最大宽度。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）根据折射规律有 解得 （2）光到达右表面后，入射角恰好等于临界角C，则OE的距离为 则入射光束在AB上的最大宽度 解得 【点睛】 19．如图所示，是一种透明材料制成的长方体的截面图，一束单色光从长方体面上的中心O点以入射角α=60°射入长方体，折射光线OC与OA夹角也为60°，已知长方体材料AB长L=3m，光在真空中的传播速度为。 (1)计算长方体材料对该单色光的折射率； (2)计算光在长方体材料中的传播时间。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）根据题意可知，折射角为30°，所以长方体材料对该单色光的折射率 （2）根据几何关系可知，光在侧面的入射角为60°，而 所以光会发生全反射，光在圆柱体中的传播速度 此光束在长方体中传播的距离 可得此单色光在长方体中的传播时间为 20．有一形状特殊的玻璃砖如图所示，AB为圆弧，O为圆弧的圆心，半径OA=10cm，AOCD为矩形，AD=20cm，一束光沿着平行于BC的方向从玻璃砖AB弧面上的E点射入，∠BOE=60°，已知光在此玻璃砖中折射率，光在真空中速度c=3×108m/s。求： (1)这束光在玻璃砖中的第一个射出点到C的距离。（结果可保留根号） (2)这束光从射入到第一次射出的过程中，在玻璃砖中传播的时间。 【答案】(1)cm (2)1.7×10-9s 【详解】（1）光路如图所示，入射光经过折射后先到达BC边的F点 由几何关系可得入射角为60°，根据折射定律 可得折射角r=30° 因为∠BOE=60°，所以∠BFE=30°，OF=OE=10cm，CF=10cm 在F点入射角β=60°，临界角 而，所以在F点发生全反射 反射光到达CD边G点，入射角γ=30° 因为 所以在G点第一次射出CG=cm （2）根据，光在玻璃砖中传播的速度m/s 且EF=cm，FG=cm 光在玻璃砖中传播路程为s= EF+FG=cm 传播时间s≈1.7×10-9s 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 全反射 知识点一：全反射基础概念 1．光疏介质和光密介质 光在各种介质中的传播速度和介质相对真空的折射率都是不相同的．两种介质相比较光在其中传播速度大，而折射率小的介质叫光疏介质；光在其中传播速度小，而折射率大的介质叫光密介质． 2．对光疏介质和光密介质的理解 （1）光疏介质和光密介质是相对而言的，并没有绝对的意义．例如：水晶（）对玻璃（）是光密介质，而对金刚石来说（），就是光疏介质．同一种介质到底是光疏介质还是光密介质，是不确定的． （2）光若从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角；反之，光由光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角． （3）光疏和光密是从介质的光学特性来说的，并不是它的密度大小．例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介质． （4）光疏介质和光密介质的比较． 光疏介质和光密介质的比较表 光的速度 折射率 光疏介质 大 小 光密介质 小 大 注意：光疏介质、光密介质是对确定的两种介质而言的．任何两种透明介质都可以通过比较光在其中速度的大小或折射率的大小来判定谁是光疏介质或光密介质． 3．全反射 （1）全反射现象． 光由光密介质射向光疏介质时，折射角大于入射角．当入射角增大，反射光增强，折射光减弱，继续增大入射角，当折射角达到时，折射光全部消失，入射光全部被反射回原介质，当入射角再增大时．入射光仍被界面全部反射回原介质，这种现象叫全反射． （2）对全反射的理解． ①全反射是光的折射的特殊现象，全反射现象还可以从能量变化角度加以理解．当光线从光密介质射入光疏介质，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，发生了全反射． ②发生全反射的条件： 光线从光密介质射向光疏介质；入射角大于或等于临界角． ③全反射遵循的规律： 光由光密介质进入光疏介质发生全反射时，仍然遵守反射定律．有关计算仍依据反射定律进行． 4．临界角 （1）临界角的定义：折射角为时的入射角称为全反射临界角，简称临界角，用表示． 注意：①光从光密介质射向光疏介质时，只要入射角大于或等于临界角，一定会发生全反射现象． ②一般情况下，光由一种介质到达另一种介质时，光既有反射又有折射，即光的能量有一部分反射回原介质中：而另，一部分则进入其他介质中．发生全反射时，光的能量全部反射回原介质中． （2）临界角的表示式：由折射定律知，光由某介质射向真空（或空气）时，若刚好发生全反射，则 ． 所以，即． 5．应用全反射解决实际问题的基本方法 （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时，则根据确定临界角，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，运算及变换进行动态分析或定量计算． 6．应用全反射解释自然现象 （1）对“海市蜃楼”的解释： 由于光在空气中的折射和全反射，会在空中出现“海市蜃楼”．在海面平静的日子，站在海滨，有时可以看到远处的空中出现了高楼耸立、街道棋布、山峦重叠等景象．这种景象的出现是有原因的．当大气层比较平静时，空气的密度随温度的升高而减小，对光的折射率也随之减小，海面上空的空气温度比空中低，空气的折射率下层比上层大．我们可以粗略地把空中的大气分成许多水平的空气层，如图所示，下层的折射率较大．远处的景物发出的光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较低的上一层的入射角越来越大，当光线的入射角大到临界角时，就会发生全反射现象．光线就会从高空的空气层中通过空气的折射逐渐返回折射率较低的下一层．在地面附近的观察者就可以观察到由空中射来的光线形成的虚像．这就是海市蜃楼的景象．如图所示． （2）对沙漠上、柏油路上的蜃景的解释： 在沙漠里也会看到蜃景，太阳照到沙地上，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也小．从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，也可能发生全反射．人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒景（如图），仿佛是从水面反射出来的一样．沙漠里的行人常被这种景象所迷惑，以为前方有水源而奔向前去，但总是可望而不可即． 在炎热夏天的柏油马路上，有时也能看到上述现象．贴近热路面附近的空气层同热沙面附近的空气层一样，比上层空气的折射率小．从远处物体射向路面的光线，也可能发生全反射，从远处看去，路面显得格外明亮光滑，就像用水淋过一样． （3）水或玻璃中的气泡为何特别明亮？ 由图可知，也是光线在气泡的表面发生全反射的结果． 7．光纤通信 全反射现象在通信中有、重要的作用，光导纤维之所以能传光、传像，就是利用了光的全反射现象，光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有． 如图所示，它是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，光由一端进入，在两层的界面上经多次全反射，从另一端射出．光导纤维可以远距离传播光，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像．如果把许多（上万根）此导纤维合成一束，并使两端的纤维按严格相同的次序排列，就可以以传输图像． 知识点二：全反射棱镜 全反射棱镜改变光路的几种情况 光路图 入射面 全反射面 光线方向改变角度 方式一 AB AC 90° 方式二 AC AB、BC 180° 方式三 AB AC 0°（发生侧移） 一、单选题 1．如图所示为某透明介质制成的棱镜的截面图，该截面为等腰三角形，，腰长为L，S为AB边的中点。一细光束由S点从真空斜射入棱镜，光束与AB的夹角为，折射光线与AC边平行，忽略二次反射的光线，光在真空中的速度为c。下列说法正确的是（　　） A．透明介质材料的折射率为 B．光束能从BC边射出棱镜 C．光束从AC边射出时的折射角为45° D．光在棱镜中传播的时间为 2．光导纤维简称“光纤”，是一种能够传导各种光信号的纤维，也是传输信息的理想载体。如图所示，折射率为的玻璃圆柱长为，一束激光射向圆柱一端的中心，从另一底面射出，真空中光速。下列说法正确的是（　　） A．若入射光线与中轴线的夹角为45°，则光线在圆柱内的路径长度是 B．若入射光线与中轴线的夹角为45°，则光线在圆柱内的路径长度是20 m C．光在圆柱中传播的最长时间是 D．光在圆柱中传播的最长时间是 3．某等腰三角形玻璃砖OPQ，，某束光线垂直于OP边射入，恰好在PQ界面发生全反射，则该玻璃砖的折射率为（　　） A． B． C． D．2 4．如图是光线由空气射入半圆形玻璃砖，再由玻璃砖射入空气中的光路图。点是半圆形玻璃砖的圆心，可能发生的情况是（　　） A． B． C． D． 5．一个半径为r的圆形薄软木塞，在它的圆心处插上一个大头针，让软木塞浮在液面上。调整大头针插入软木塞的深度，使它露在外面的长度为h，这时从液面上方的各个方向向液体中看，恰好看不到大头针，则该液体的折射率约为（　　） A． B． C． D． 6．如图所示为三棱镜色散实验示意图。下列说法正确的是（　　） A．三棱镜对a光的折射率大于对b光的折射率 B．a光的频率大于b光的频率 C．真空中a光的波长大于b光的波长 D．改变入射方向，a光比b光容易在三棱镜内发生全反射 7．现有一束单色光以相同的入射角θ，射入甲、乙两种介质中，折射光线如图所示（）。下列说法正确的是（　　） A．介质甲折射率较大 B．光在介质甲中传播速度较大 C．光在介质甲中波长较大 D．光从甲介质射向空气，发生全反射的临界角较大 8．下列关于光的现象说法正确的是（　　） A．水中物体的实际深度比观察到的浅 B．光从水中射入空气后传播速度变小 C．光从水中射入空气后波长变短 D．水中的气泡看起来很明亮是因为光发生了全反射 9．如图所示，一束由红光和紫光组成的复合光从水中射入空气中，为水和空气分界面，入射光束经分界面的点形成两条折射光线、和一条反射光线，则下列说法正确的是（　　） A．光线为紫光 B．对同一介质，光的折射率小于光的折射率 C．光在真空中的传播速度大于光在真空中的传播速度 D．保持入射点不变，增大入射光的入射角，光最先在面发生全反射 10．如图所示，玻璃砖的上下表面相互平行，一束单色光从玻璃砖的上表面斜射入玻璃砖，经折射后从下表面射出，调整光线的入射角，则光线（    ） A．只可能在玻璃砖的上表面发生全反射 B．只可能在玻璃砖的下表面发生全反射 C．在玻璃砖上下表面均有可能发生全反射 D．在玻璃砖上下表面均不可能发生全反射 二、多选题 11．如图所示为一个透明材质半圆柱体的横截面，为直径，一束由、两种单色光组成的复色光由真空从所在平面上的点射入半圆柱体后分成、两种单色光，光射至圆心正下方的点、光射至点，不考虑光在半圆柱体中的反射，下列说法正确的是（　　） A．、两种单色光在半圆柱体中的波长 B．、两种单色光在半圆柱体中的传播时间 C．、两种单色光在半圆柱体中的传播时间 D．、两种单色光在、点均不会发生全反射 12．高锟是著名的华裔物理学家，因在光纤通信方面的研究获得诺贝尔物理学奖，被人们尊称为光纤之父。如图所示，光纤通信的主要部件为光导纤维，其由纤芯和包层两部分组成，以合适角度进入光纤的光能够在纤芯和包层分界面上发生全反射，以折线的形式沿着光纤传播。下列说法正确的是（　　） A．纤芯的折射率小于包层的折射率 B．减小光在入射端的入射角i，光在光纤中的传播时间将减小 C．光的波长增大时，纤芯对光的折射率将增大 D．光的波长增大时，其在纤芯中的传播速度将增大 13．如图所示，在等边三棱镜截面内，有一束单色光从空气射向其边界上的点，已知该单色光入射方向与三棱镜边界的夹角，该单色光在三棱镜中的传播光线与底边平行。则下列说法中正确的是（　　） A．该单色光从空气进入棱镜后频率变小 B．该单色光在介质中的折射率为 C．该单色光在边界不会发生全反射 D．若将该单色光换成频率更大的单色光仍然从点以相同的入射角入射，则从面上射出时的出射点将会沿向下移 14．如图所示为某透明介质制成的棱镜的截面图，截面为等腰直角三角形，由两种色光组成的细光束垂直面射入棱镜，色光1刚好在面发生全反射，色光2由面射出时与面的夹角为下列说法正确的是（　　） A．棱镜对色光1的折射率为2 B．棱镜对色光2的折射率为 C．色光1比色光2更容易发生衍射现象 D．若色光1为绿光，则色光2可能为红光 15．某透明介质的截面图如图所示，一束光线与上表面成角射入，在下表面刚好发生全反射，介质的折射率为。下列说法正确的是（　　）    A．光线在上表面的折射角 B．光线在上表面的折射角 C．下底边与虚线的夹角 D．下底边与虚线的夹角 三、解答题 16．如图所示，在球心为O、折射率为n、半径为R的均匀透明介质球内S点处放置一个单色点光源（可向各方向发射光线），点光源发出的一条垂直于OS的光线恰好在球面上P点处发生全反射，球外真空中光速为c，求： (1)点光源距球心O的距离d； (2)光线射出球体所用的最短时间t。 17．如图所示，一玻璃球体的半径为R，O为球心，AB为直径。来自B点的光线BM在M点射出。出射光线平行于AB，另一光线BN恰好在N点发生全反射。已知，求： (1)玻璃的折射率； (2)BN的长度。 18．如图所示，一半圆形透明玻璃砖平放在水平桌面上，其横截面是半径为R的半圆，O为圆心。将激光束垂直于AB面射入，若光到达右表面后，都能从右表面射出，已知玻璃的折射率为n，真空中的光速为c。求： (1)光在玻璃砖中传播的速度。 (2)求入射光束在AB上的最大宽度。 19．如图所示，是一种透明材料制成的长方体的截面图，一束单色光从长方体面上的中心O点以入射角α=60°射入长方体，折射光线OC与OA夹角也为60°，已知长方体材料AB长L=3m，光在真空中的传播速度为。 (1)计算长方体材料对该单色光的折射率； (2)计算光在长方体材料中的传播时间。 20．有一形状特殊的玻璃砖如图所示，AB为圆弧，O为圆弧的圆心，半径OA=10cm，AOCD为矩形，AD=20cm，一束光沿着平行于BC的方向从玻璃砖AB弧面上的E点射入，∠BOE=60°，已知光在此玻璃砖中折射率，光在真空中速度c=3×108m/s。求： (1)这束光在玻璃砖中的第一个射出点到C的距离。（结果可保留根号） (2)这束光从射入到第一次射出的过程中，在玻璃砖中传播的时间。 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