4.2 全反射-【创新大课堂系列】2025-2026学年高中物理选择性必修第一册同步辅导与测试(人教版)

物理·选择性必修第一册 5.用圆弧状玻璃砖做测量玻璃折射率的实验时，： (4)多次改变入射角，测得几组入射角和折射 先在白纸上放好圆弧状玻璃砖，在玻璃砖的一 角，根据测得的入射角和折射角的正弦值，画出 侧竖直插上两枚大头针P1、P2,然后在玻璃砖 了如图乙所示的图像，由图像可知该玻璃的折 的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2挡住， 射率n= 接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P,和6.某校开展研究性学习，某 研究小组根据光学知识， P4,使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P3以及 设计了一个测液体折射率 P1和P,的像，在纸上标出大头针位置和圆弧 的仪器，如图所示.在一个 状玻璃砖轮廓，如图甲所示，其中O为两圆弧圆 圆盘上，过其圆心O作两 三：液体 心，图中已画出经过P1、P2点的入射光线， 条相互垂直的直径BC、 Asin 0 EF.在半径OA上，垂直盘面插上两枚大头针 0.8 0.6 P1、P2并保持位置不变.每次测量时让圆盘的 0.4 下半部分竖直浸入液体中，而且总使得液面与 0.2 直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图 0 0.20.40.60.8sin0, 分 中右上方区域观察P1、P2.同学们通过计算，预 先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只 (1)在图上补画出所需的光路. 要根据P3所插的位置，就可以直接读出液体折 (2)为了测出玻璃的折射率，需要测量人射角和： 射率的值 折射角，请在图中的AB分界面上画出这两： (1)若∠AOF=30°，OP3与OC之间的夹角为 个角 45°，则在P3处刻的刻度值为 (3)用所测物理量计算折射率的公式为n= (2)若在同一液体中沿AO方向射入一束白光， 最靠近OC边的是 色的光 2 全反射 学习目标要求 核心素养和关键能力 1.核心素养 1,知道什么是光疏介质与光密介质.认识光的全反射. (1)运用平面几何知识进行光路分析. 2.理解临界角的概念，能判断是否发生全反射 (2)利用光路可逆原理分析问题， 3.知道全反射棱镜、光导纤维及其应用. 2.关键能力 4.能够通过作光路图，解决全反射现象的有关问题， 运用数学知识解决物理问题的能力. 必备知识·自主梳理 预习新知夯实基础 一、全反射 (2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于 1.光疏介质和光密介质 90°时的 光疏介质 光密介质 (3)全反射临界角C与介质折射率n的关系： 定义 折射率 的介质 折射率 的介质 光由介质射人空气（或真空）时，sinC= 光从光疏介质射入光密介质时，折射角 二、全反射的应用 折射 入射角光从光密介质射入光疏介质时， 特点 1.全反射棱镜 折射角 入射角 (1)形状：截面为 三角形的棱镜。 2.全反射 (2)光学特性：当光垂直于截面的直角边射入棱 (1)全反射现象：光从光密介质射入光疏介质 镜时，光在截面的斜边上发生 ；当光垂 时，当入射角增大到某一角度，使折射角达到： 直于截面的斜边射入棱镜时，在两个直角边上 90时， 光完全消失，只剩下 光的 各发生一次 现象 94 第四章光 2.光导纤维及其应用 (3)沿着任意方向射入全反射棱镜的光都能发 (1)原理：利用了光的 生全反射 ( (2)构造：光导纤维是非常细的特制玻璃丝，由 (4)光导纤维的内芯是光密介质，外套是光疏 内芯和外套两层组成.内芯的折射率比外套的 介质. ,光传播时在内芯与外套的界面上发生 (5)光在光纤中传播时，在内芯与外套的界面上 发生全反射 (3)主要优点： ,衰减小、抗干扰性及 保密性强」 2.一束光从某介质进入真空，方向 30% 如图所示，则该介质的折射率为 介质 即学即用 ;逐渐增大入射角，光 真空 45 1.判断下列说法的正误， 线 (填“能”或“不 (1)入射角大于临界角就会发生全反射现象 能”)发生全反射；若使光发生全反射，应使光从 ( 射入 且入射角大于 (2)光密介质是指密度大的介质 等于 关键能力·合作探究 讲练设计探究重，点 要点1对全反射的理解 (2)相对性：光疏介质、光密介质是相对的.任何 两种透明介质都可以通过比较光在其中传播速 探究导入如图所示，让光沿着半圆形玻璃砖的 度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介 半径射到它的平直的边上逐渐增大入射角，观： 质，谁是光密介质， 察反射光线和折射光线的变化 2.全反射现象 (1)全反射遵循的规律：发生全反射时，光全部 返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射 定律 (2)从能量角度来理解全反射：当光从光密介质 (1)在入射角逐渐增大时，折射角的大小及反射： 射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增 光线和折射光线的亮度如何变化？ 大.同时折射光线强度减弱，即折射光线能量减 (2)若光由空气射入玻璃，当人射角增大时，是 小，反射光线强度增强，能量增大，当入射角达 否能够发生全反射现象？ 到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光的 能量等于入射光的能量， (3)不同色光的临界角：不同颜色的光由同一介 质射向空气或真空时，频率越高的光的临界角 越小，越易发生全反射 角度1全反射现象的理解 [典例1]（多选）一束光从 某介质进入真空，方向如 介质 60 图所示，则下列判断中正 30° 真空 确的是 探究归纳 A.该介质的折射率是√3 1.对光疏介质和光密介质的理解 B.该介质相对真空发生全反射的临界角小于 (1)光疏介质和光密介质的比较 45° 光的传播速度 折射率 C.光线按如图所示的方向人射，无论怎样改变 入射方向都不可能发生全反射现象 光疏介质 大 小 D.如果光从真空射向介质，则不可能发生全反 光密介质 小 大 射现象 95 物理·选择性必修第一册 [听课记录] :2.一厚度为h的大平板玻璃水平放置，其下表面 贴有一半径为x的圆形发光面.在玻璃板上表 面放置一半径为R的圆纸片，圆纸片与圆形发 光面的中心在同一竖直线上.已知圆纸片恰好 能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线（不考 虑反射)，求平板玻璃的折射率. 角度2全反射的计算 [典例2]如图所示，一小孩在河水清澈的河面 上沿直线以0.5m/s的速度游泳，已知这条河： 的深度为√7，不考虑水面波动对视线的影响. 要点2 全反射的应用 =0时刻他看到自己正下方的河底有一小石 块，=6s时他恰好看不到小石块了，下列说法； 探究导入(1)如图所示，已知玻璃的折射率为 正确的是 ( 1.5,甲图中当光线垂直BC面入射时，光线到 达AC面的人射角是多少，能否发生全反射？ 乙图中当光线垂直AC面入射时，光线到达AB 面的入射角是多少，能否发生全反射？ 小石块 A.6s后，小孩会再次看到河底的石块 B河水的折射率刀一号 C445o 0BC459 C.河水的折射率n=3 4 甲 乙 (2)如图所示是光导纤维的结构示意图，其内芯 D.1=0时小孩看到的石块深度为47 和外套由两种光学性能不同的介质构成.构成 [听课记录] 内芯和外套的两种介质，哪个折射率大？为 什么？ 物镜接光源传光束 光导纤维 目镜 传像束 控制钮 光源 针对训练 外套内芯 1.某种介质对空气的折射率是√2，一束光从该介 质射向空气，入射角是60°，则下列光路图中正 确的是（图中I为空气，Ⅱ为介质） 60 60° 96 第四章光 探究归纳 B.n<n2:光通过光缆的时间大于凸 1.对全反射棱镜光学特性的两点说明 (1)当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其 C.m1>2,光通过光缆的时间等于1凸 内部发生全反射，与平面镜相比，它的反射 D.m1>m2,光通过光缆的时间大于” 率高 c (2)反射时失真小，两种反射情况如图甲、乙 : [听课记录] 所示. 针对训练 2.光导纤维的原理 (1)光导纤维的传播：光由 3.空气中两条光线a和b从方 ”外套 一端进入，在两层的界面上 二内芯 框左侧入射，分别从方框下方 经过多次全反射，从另一端射出.光导纤维可以： 和上方射出，其框外光线如图 远距离传播光，光信号又可以转换成电信号，进 所示.方框内有两个折射率n a 而变为声音、图像.如果把许多（上万根）光导纤 =1.5的全反射玻璃棱镜.下 维合成一束，并使两端的纤维按严格相同的次 列选项给出了两棱镜的四种放置方式的示意 序排列.就可以传播图像 图.其中能产生图中效果的是 (2)光导纤维的折射率：设光导 纤维的折射率为n,当入射角 为01时，进入端面的折射光线 B 传到侧面时恰好发生全反射， 4.如图所示，将塑料瓶下侧开 如图所示，则有：snC-子= sin 0;C+02= 一个小孔，瓶中灌人清水， 水就从小孔流出.将激光水 90°，由以上各式可得sin01=√n2-1. 平射向塑料瓶小孔，观察到 由图可知：当01增大时，02增大，而从纤维射向： 激光束沿水流方向发生了弯曲，光被完全限制 空气中光线的入射角0减小，当01=90°时，若0： 在水流内.则下列说法正确的是 ( =C,则所有进入纤维中的光线都能发生全反： A.激光束发生弯曲是因为光在水柱与空气界 射，即解得=√2，以上是光从纤维射向真空时 面上发生折射 得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的： B.激光束发生弯曲是因为光在水柱与空气界面 折射率比真空的折射率大，因此折射率要比√2 上发生全反射 大些 C.仅改用折射率更大的液体，激光束不能完全 [典例3]如图所示是两个 被限制在液体流内 城市间光缆中的一条光导 D.激光在水中的传播速度大于其在空气中的 纤维的一段，光缆总长为 传播速度 L,它的玻璃芯的折射率为1，外层材料的折射：5.我国的光纤通信技术处于世界领先水平.光纤 率为n2.若光在空气中的传播速度近似为c,则： 内芯（内层玻璃）的折射率比外套（外层玻璃）的 对于光由它的一端射入经多次全反射后从另一 (选填“大”或“小”).某种光纤的 端射出的过程，下列判断中正确的是 内芯在空气中全反射的临界角为43°，则该内芯 A.”1<n2,光通过光缆的时间等于”L 的折射率为 (取sin43°=0.68， c0s43°=0.73，结果保留两位有效数字) 97 物理·选择性必修第一册 素养演练·提升技能 达标训练素养提高 1.(多选)下列说法正确的是 ( ):4.光纤通信是一种现代化 A.因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光 的通信手段，它可以为 密介质 客户提供大容量、高速 端 面 面 B.因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水： 度、高质量的通信服务，为了研究问题方便，我 对酒精来说是光疏介质 们将光导纤维简化为一根长直玻璃管，如图所 C.同一束光，在光密介质中的传播速度较大 示.设此玻璃管长为L,折射率为n.已知从玻璃 D.同一束光，在光密介质中的传播速度较小 管左端面射入玻璃内的光线在玻璃管的侧面上 2.为了研究某种透明新材料的光学性质，将其压制： 恰好能发生全反射，最后从玻璃管的右端面射 成半圆柱形，横截面如图(a)所示.一束激光由真空 出.设光在真空中的传播速度为c,则光通过此 沿半圆柱体的径向射入，与过O点的法线成0角. 段玻璃管所需的时间为 ( CD为光传感器，用以探测光的强度.从AB面反 A.nL B.L c2 C nl D.aL 射回来的光的强度随0角变化的情况如图(b)所 示.已知sin53°=0.8，该材料的折射率为( )5.一足够大的水池内盛有某种 反射光强度 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30°入射角 射到液体与空气的界面上， 539 它的反射光线与折射光线的 (a) (b) 夹角为105°，如图所示.求： A C.√2 D.√3 (1)液体的折射率； (2)液体表面亮斑的面积. 3.如图所示，一束单色光从真 空斜射向某种介质的表面， 45 真空 入射角i=45°，折射角r= 介质 30°，则 ( 30 A.此介质的折射率等于1.5 k此介发的折率等于方 C.i大于45时会发生全反射现象 D.此介质全反射的临界角为45 温馨提示 请做课时分层检测（十九） 微专题4 光的折射和全反射 关键能力·合作探究 讲练设计探究重点 类型1折射率与光速、波长、频率间的关系 探究归纳 空中的入射角，2为某介质中的折射角).根据 光路可逆原理，入射角、折射角是可以随光路的 1.正确、灵活地理解、应用折射率公式 逆向而“换位”的.我们可以这样来理解、记忆： 教材中给出的折射率公式为m=s0(0,为真： sin0(空)l_sin0(介) sin02 n= sin02(介)nsin02(空) 98(2)在所画的图上过O点画出AC的垂线，即法线，并注明入射角！探究归纳 0和折射角0，用量角器量出01和02（或在入射光线和折射光线！[典例1]解析入射角0=90°一60°=30°，折射角0=90°-30°- 延长线上取一点E、G,分别过E、G两点向法线作垂线，垂足分别 为F、H,用直尺测出线段EF、OE、GH、OG的长度) 0,报据折粉定华得=密合一密部-，故人正结：根据公 (③a册公（或国为n器m8-8是，则 式nC-于得smC-厚，C<5,长B正痛：无从分质特入真 sin 0, 空，即从光密介质射向光疏介质，当入射角等于或大于临界角C EF OEEF·COG 的时候就会发生全反射，故C错误：如果光从真空射向介质，则不 n=G五-OE·G丽 可能发生全反射现象，故D正确 OG 答案ABD 答案见解析 [典例2]解析t一6$时他恰好看不到小石块，则知光线恰好发 4.解析由题中叙述可知，A点发出的光线在C 生了全反射，入射角等于临界角C,6s后，入射角大于临界角，光 点折射后，反向延长线过D点，光路图如图 线仍发生全反射，所以小孩不会看到河底的石块，故A错误： 所示」 由图可以求得 OC sin 0= √OC2+OD 小石块 OC 6$内小孩通过的位移为 sin = √OC+OA s=t-0.5×6m-3m sin √(0C+0A √/122+162 4 根据全反射临界角公式得sinC-】 所以n= n sin 0 √/OC+OD √122+9 3 3 3 sin C=- 答案 4 +云3+74 3 5,解析(1)连接P,P,与⑦交于一点，此 则n-号，选项B错误，C正确：一0时小孩看到的石块深度为 交点即为光线从玻璃砖中射出的位置，由P 于P1、P的连线与AB的交点即为光线进 P3 P 五=37m,放D错误. 4 入玻璃砖的位置，连接两交点即可作出玻 答案C 璃砖中的光路，如图所示 :针对训练 (2)连接O点与光线在AB上的入射点即为法线，作出入射角和折！1，解析由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由siC- n 射角如图中01、0所示. sin 0 ,得C=45<0=60°，故在两介质的界面上会发生全反射 （3)由折射定律可得n=sn0 反射光线，没有折射光线，故选项D正确 答案D (4)图像的斜率k 加日=1，由题因乙可知斜率为1.5，即孩玻璃2.解析如图，从圆形发光面边缘的A点发出的一条光线射到玻病 sin 的折射率为1.5. 上表面A'点恰好发生全反射，则有 答案1)图见解析(2)图见解析(3)sn县 sin C=1 sin 0 71 (4)1.5 6.解析(1)由图可知，∠AOF是入射角，∠EOP,是折射角，但在1 定义折射率时，光是从真空或空气射向介质的，所以用光路的可： 送性转化可得品二代入鼠超可得反 (②)由于介质对紫光的折射率最大，所以紫光偏折得最多，故最靠！ A 2r 近O℃边的是紫光 L 答案(1)√2(2)紫 又由几何关系有sinC= 2+ 2 全反射 共中L=R一r 必备知识·自主梳理 联立以上各式解得=√十尼 L 一1.较小较大小于大于2.(1)折射反射(2)人射角 : 二、1.(1)等腰直角(2)全反射全反射2.(1)全反射(2)大 答案√1+(”， 全反射(3)传输容量大 ,要点2 即学即用 (1)提示：光线到达AC面的入射角为45°，能发生全反射.光线到 达AB面的入射角为45°，能发生全反射. 1.(1)×(2)×(3)×(4)√(5)√2.√2能介质真空 (2)提示：内芯的折射率大，因为当内芯的折射率大于外套的折射 45° 率时，光在传播时能发生全反射，光线经过多次全反射后能从一 关键能力·合作探究 端传到另一端。 要点1 :探究归纳 (1)提示：逐渐增大入射角，会看到折射光离法线越来越远，折射：[典例3)解析光从光密介质射入光疏介质，才可能发生全反射， 角逐渐增大.折射光越来越弱，反射光越来越强.当入射角增大到： 故m>:光在内芯传播的路程一0光在内芯的传精速度 某一角度，使折射角达到90°时，折射光完全消失，只剩下反射光. (2)提示：不能，光只能从折射率较大的介质射入折射率较小的介： v- 二，所以光道过光缆的时间=三=止>上，故D正确 v csin a c 质时，才能发生全反射现象. 答案D 211 针对训练 3.解析四个选项的光路图如图所示 根据n=C 得u=￡=3.0X108 m/s≈1.7×108m/s. 21 sin sin (3)根据n= sin 0. ,得sina,= n 将sin0,=sin45°= 且n=5代入上式，可求得 2 可知B项正确. 答案B sin 6=- 6 6 4.解析激光束发生弯曲是因为光在水柱与空气界面上发生全反 射，就像光导纤雏一样，A错误，B正确：仅改用折射率更大的液 (4)折射率不会发生变化，折射率由介质和入射光的颜率决定，跟 入射角的大小无关 体，根据snC=口，则临界角较小，激光束仍可在液体流中发生 答案见解析 针对训练 全反射，能完全被限制在液休流内，C错误；根据=片可知，激光，解析①光路图如图所示。 n 在水中的传播速度小于其在空气中的传播速度，D错误. (2)设光线在AB面的折射角为0。，折射光线 答案B 与OD的夹角为C,则n= sin 5.解析光在光纤内芯中发生全反射，内芯的折射率比外套的大， sin 折射率与临界角的关系为snC-元，则nnC0.681.5. 由题意可知，光线在BF面恰好发生全反射sinC一 答案大1.5 由图可知，0，十C=90° 素养演练·提升技能 7 联立以上各式解得n=2 1.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： C 酒精来说是光疏介质，故A错，B对：由=一可知，光在光密个 又n= 质中的传播速度较小，故C错，D对」 可解得=6yX10m/ 7 答案BD 2.解析由图(b)可知，当0=53时发生全反射，则全反射临界角为 答案(1)图见解析 （2)5×10m/s 7 C-3,由会反特临界角公式nC=口，得=于，故选项A类型2 正确 !探究归纳 答案A :[典例2]解析(1)设该单色光在玻璃砖中发生全反射的临界角 3.解析已知入射角i=45°，折射角r=30°，则此介质的折射率为 为C,则有 n=sin i=sin 45 n厂n30=区，A,B错误：光从真空斜射向某种介质的表 1 n一sinC 面，是从光疏介质射向光密介质，不可能发生全反射，C错误：全反： 解得sinC-寻 射时有mC-。-号，所以此介质全反特的格界角C=5,D (2)该单色光射到玻璃砖的平面上时的入射角均为i=45°，sin45 正确. >snC,则单色光在玻璃砖内射到平面上时会发生全反射，其光 答案D 路图如图所示 4.解析用C表示临界角，则有$C=】,则光在玻璃管中的传播 p 71 速度为=￡，光在沿玻璃管轴线的方向上做匀速传播，所用时 R 间为= L L 45 uCos元usin C cA正确.】 c 答案A 5.解析(1)由题图知入射角0=30°，折射角0，=45°， 由几何关系得单色光在玻璃砖内传播的距离为x一4√R十2R 含-亿 传播地度为=斤-亭 (2)若发生全反射，入射角C应满足sinC=1 该单色光在玻璃砖内传播的时间为 C=45 t-工=(20V2+10)R 3c 亮斑半径R=tan C=H,亮斑面积S=πH, 答案①号 (2)(20V2+10)R 答案(1)√2(2)π 3c 针对训练 微专题4光的折射和全反射 ·2.解析如图所示，为光线在玻璃球内的光路 类型1 图.A、C为折射点，B为反射点，作OD平行于 探究归纳 入射光线，故∠AOD=∠COD=60°，所以 [典例1]解析(1)由题意知入射角0=60°， ∠0AB=30,玻璃的折射率n=sin60 sn30-V3, 60 反射角a=60°，折射角0，=180°-60°-90°= 人 30°，折射光路如图所示. 故C正确 答案C 2a-2-%-6 3.解析(1)设光在介质中发生全反射时的临界角为∠1，作出光路 图如图所示 212