4.2 全反射(培优考点练)物理人教版选择性必修第一册
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摘要:
**基本信息**
分层清晰,从基础概念到高考应用递进,通过生活现象与实际情境巩固全反射知识,培养物理观念与科学思维。
**分层设计**
|层次|知识覆盖|设计特色|
|----|----------|----------|
|题型培优练|全反射现象、条件判断、基本应用|以露珠、沙漠蜃景等生活现象题巩固物理观念,基础选择为主|
|拓展综合练|光纤传播、三棱镜色散等综合问题|通过多选和计算提升科学推理,衔接单一与综合知识点|
|高考真题练|复杂情境应用(摄像头、液体折射率)|以高考真题培养科学探究,对接阶段测评需求|
|新题追踪练|生活情境迁移(汽车玻璃气泡等)|结合新情境体现社会责任,强化知识应用能力|
内容正文:
4.2 全反射
————————————⏩目录⏪————————————
✍题型培优练································································································01
题型01 全反射现象
题型02 全反射条件的判断
题型03 全反射的应用
✍拓展综合练································································································6
✍高考真题练································································································8
✍新题追踪练································································································11
✍题型培优练
✏题型01 全反射现象
1.如图,被熏黑的铁球表面有一层很薄的碳颗粒层,将其放入水中,碳粒层与水之间又形成了一个空气层,看上去变得锃亮。这属于光的( )
A.折射现象 B.全反射现象 C.干涉现象 D.衍射现象
【答案】B
【详解】碳粒层与水之间又形成了一空气层,光由空气进入水会发生折射现象,但是光线由水内部射向空气时,由于角度问题大部分光线发生了全反射,一般要经过2次或者更多次全反射之后才折射出来,即光线在经过很多路径才传播出来,由于这些光路重叠交织在一起,所以看起来会比较亮。这是光的全反射现象所形成的。
故选B。
2.秋天早上,草叶上的露珠看起来异常明亮,这是光的( )
A.折射现象 B.干涉现象
C.全反射现象 D.衍射现象
【答案】C
【详解】事实上露珠是一个很小的接近球形的水珠,光由空气进入水会发生折射现象,但是光线由水珠内部射向空气时,由于角度问题大部分光线发生了全反射,一般要经过2次或者更多次全反射之后才折射出来,即光线在水珠内部经过很多路径才传播出来,由于这些光路重叠交织在一起,所以看起来会比较亮。这是光的全反射现象所形成的。
故选C。
3.太阳照在平坦的大沙漠上,我们在沙漠中向前看去,发现前方某处射来亮光,好象太阳光从远处水面射来的一样,我们认为前方有水,但走到该处仍是干燥的沙漠,这种现象在夏天城市中太阳照在沥青路面时也能看到.对此有以下解释:()
①这是光的干涉现象; ②这是光的全反射现象;
③形成原因是越靠近地面处折射率越大; ④形成原因是越靠近地面处折射率越小.
其中正确的是:
A.①③; B.①④; C.②③; D.②④.
【答案】D
【详解】口渴的沙漠旅行者,往往会看到前方有一潭晶莹的池水,是全反射的现象,当靠近时此现象会消失,对于夏天城市中太阳光照射沥青路面时也能观察到,这也是光的全反射现象导致的.要发生光的全反射,必须光从光密介质进入光疏介质,且入射角大于临界角.故②④正确,故D正确,ABC错误.
【点睛】考查全反射现象的原理,注意全反射的条件,理解如何判定折射率的大小是解题的关键.
4.劣质的玻璃中往往含有空气泡,这些空气泡看上去比较亮,对这一现象有以下不同的解释,其中正确的是( )
A.空气泡对光线有会聚作用,因而较亮
B.空气泡对光线有发散作用,因而较亮
C.从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分发生全反射,因而较亮
D.从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分发生全反射,因而较亮
【答案】D
【详解】水中的空气泡看上去比较亮是全反射的缘故,发生全反射的条件是光从光密媒质射入光疏媒质,故D正确.
✏题型02 全反射条件的判断
1.(25-26高二上·宝鸡蔡家坡高级中学·月考)光由空气射入半圆柱形玻璃砖,再由玻璃砖射入空气,O点是半圆柱形玻璃砖的圆心,如图所示的情况可能发生的是( )
A. B.
C. D.
【答案】D
【详解】AB.光由半圆柱形玻璃砖的平面斜射入玻璃砖,在射入点会发生反射和折射,且反射角等于入射角,折射角小于入射角,故AB错误;
CD.光沿半径方向从圆弧面射入玻璃砖,传播方向不变,斜射出玻璃砖时,若发生全反射则只有反射光线,且反射角等于入射角;若未发生全反射,则有反射光线和折射光线,且反射角等于入射角,折射角大于入射角,故C错误,D正确。
故选D。
2.已知水、水晶、玻璃的折射率分别为1.33、1.55和1.60,则由此可知( )
A.水是光疏介质
B.玻璃为光密介质
C.水对于水晶或玻璃是光疏介质
D.水晶对于玻璃是光密介质
【答案】C
【详解】A.光疏介质和光密介质是相对的概念,取决于两种介质的折射率对比,折射率小的是光疏介质,折射率大的是光密介质。单独说水是光疏介质不准确,因为光疏、光密是相对的,比如水和空气(折射率约 1.0)比,水是光密介质,故A错误;
B.同理,单独说玻璃是光密介质也不准确,需看对比的介质,故B错误;
C.水的折射率(1.33)小于水晶(1.55)和玻璃(1.60)的折射率,所以水相对于水晶或玻璃是光疏介质,故C正确;
D.水晶的折射率(1.55)小于玻璃的折射率(1.60),所以水晶相对于玻璃是光疏介质,故D错误。
故选C。
3.(25-26高三上·河北&河南·月考)如图所示,一束单色光以入射角射到三棱镜的AB面,经折射后到达AC面,为,三棱镜对光的折射率为,光在真空中传播速度为c,不考虑光在BC面上的反射,下列说法正确的是( )
A.光在AB面时的折射角为
B.光在AC面上能同时发生反射和折射
C.光经AC面反射后垂直射到BC面上
D.若光在三棱镜中传播路程为s,则在三棱镜中传播时间为
【答案】C
【详解】A.光从空气折射率以入射角射入三棱镜AB面,三棱镜折射率,根据折射定律有
代入数据解得折射角,故A错误;
B.由几何关系,三棱镜,,则。AB面折射光线与AB的夹角为,因,故折射光线与AC面的夹角为
因此,光在AC面的入射角
全反射临界角满足
即
因入射角,光在AC面发生全反射,无折射光,故 B错误;
C.AC面反射角等于入射角,反射光线与AC面的夹角为
结合,反射光线与BC面的夹角为
即反射光线垂直于BC面,故 C正确;
D.光在三棱镜中的传播速度
传播时间,故D错误。
故选C。
4.一束单色光从真空斜射向某种介质的表面,光路如图所示。下列说法正确的是( )
A.光从真空射入介质后,传播速度不变
B.此介质的折射率等于
C.入射角大于时可能发生全反射现象
D.入射角小于时可能发生全反射现象
【答案】B
【详解】A.光从一种真空射入介质后,由可得,传播速度一定改变,故A错误;
B.由折射定律可得
B正确;
CD.发生全反射的临界角满足
解得,临界角为
只有当光线从光密介质射入光疏介质且入射角大于或等于临界角时才会发生全反射现象,CD错误。
故选B。
5.如图,一束细白光从半圆形玻璃砖顶点垂直于PQ射向圆心O。保持入射光不变让玻璃砖绕圆心逆时针缓慢转动,当转过时,恰好没有任何光线从PQ边射出。由此可以判定( )
A.红光的临界角是 B.红光的临界角大于
C.紫光的临界角是 D.紫光的临界角大于
【答案】A
【详解】当转过角α时,可以知道此时光线在PQ界面上的入射角为α。恰好没有任何光线从PQ边射出,可知最后消失的折射光,其临界角为α。因为紫光的折射率最大,可知
即紫光的临界角最小,最先消失的是紫光,同理临界角最大的为红光,因此可知红光的临界角为α,紫光的临界角小于α。
故选A。
6.图中有一直杆竖直插入水深为1.2m水池池底,恰好有一半露出水面,太阳光以与水平面成37°角射在水面上,测得直杆在池底的影长EC为2.5m,已知sin37°=0.6,则下列说法正确的是( )
A.直杆在池底的影长中午比早晨更长
B.直杆在水面的影长为0.9m
C.水的折射率为
D.当太阳光和水面的夹角变化时,在水面上有可能发生全反射
【答案】C
【详解】A.中午比早晨的位置高,光线射入水的入射角小,由可知折射角也小,所以直杆在池底的影长中午比早晨更短,故A错误;
B.由图可知
解得
故直杆在水面的影长为1.6m,故B错误;
C.由直杆在池底的影长EC为2.5m,可得
则
由折射率可得水的折射率
故C正确;
D.光从光密介质射向光疏介质时才有可能发生全反射,当太阳光和水面的夹角变化时,在水面上不可能发生全反射,故D错误。
故选C。
7.如图所示,ABCD是两面平行的足够大的透明玻璃砖,AB面和CD面是玻璃和空气的分界面,分别设为界面Ⅰ和界面Ⅱ。光线从界面Ⅰ射入玻璃砖,再从界面Ⅱ射出,回到空气中,如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角,则( )
①只要入射角足够大,光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象
②只要入射角足够大,光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象
③不管入射角多大,光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象
④不管入射角多大,光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象
A.①② B.②③ C.①④ D.③④
【答案】D
【详解】①③.在界面Ⅰ上光由空气进入玻璃砖,是由光疏介质进入光密介质,不管入射角多大,都不可能发生全反射现象,故①错误,③正确;
②④.在界面Ⅱ上光由玻璃进入空气,是由光密介质进入光疏介质,但是,由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行,光由界面Ⅰ进入玻璃后再到达界面Ⅱ,在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角,则界面Ⅱ上的入射角总是小于临界角,因此也不会发生全反射现象,故②错误,④正确;
故③④正确,故选D。
✏题型03 全反射的应用
1.(25-26高三上·河南青桐鸣·月考)某公园水池底有一点光源,在水面形成一个圆形亮斑,往池中加水,当池中水面上升h高度时,水面圆形亮斑的直径增大了d,则池中水的折射率为( )
A. B. C. D.
【答案】B
【详解】水面圆形亮斑是光从水射入空气刚好发生全反射形成的,亮斑边界对应入射角等于全反射临界角的光线。全反射临界角满足
水面上升,亮斑直径增大,则亮斑半径增量为,由几何关系得
由三角关系
将代入得
整理后解得
故选B。
2.如图所示,长方体玻璃砖上表面是边长为L的正方形,玻璃砖高。长方体玻璃砖底面正中央贴有一个圆形发光面,玻璃砖对光的折射率为,玻璃砖上表面全部发亮,则圆形发光面的面积至少为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【详解】由解得,玻璃砖发生全反射的临界角
当玻璃砖上表面的正方形角刚好发亮时,发光面的面积最小,此时上表面发亮圆形的半径为 ,发光面的半径
则最小面积
C正确。
故选C。
3.光导纤维的结构如图甲所示,其内芯和外套材料不同,光在内芯中传播。一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光,光路如图乙所示。以下关于光导纤维的说法正确的是( )
A.图甲中光导纤维的内芯的折射率比外套的小,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
B.图甲中光导纤维的内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯与外套的界面上发生折射
C.图乙中a光的折射率小,发生全反射的临界角大
D.图乙中b光的折射率大,发生全反射的临界角大
【答案】C
【详解】A.光导纤维利用全反射原理传输光,发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质,所以内芯的折射率应比外套的大,故A错误;
B.光在内芯与外套的界面上发生的是全反射,不是折射,故B错误;
CD.由图乙可知,a光的折射程度比b光小,根据折射率的相关知识,折射程度小的光折射率小。又根据全反射临界角公式(C为临界角,n为折射率)
可知折射率小的光,发生全反射的临界角大,所以a光折射率小,临界角大,故C正确,D错误。
故选C。
4.如图所示的长直光纤,柱芯为玻璃,外层用折射率比玻璃小的介质包覆。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播方式的叙述,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够小时,光线才会发生全反射
D.θ够大时,光线才会发生全反射
【答案】C
【详解】发生全反射的条件是光由光密介质射入光疏介质及入射角i要大于或等于临界角C,即光线传播到光纤侧面时的入射角i应满足
整理可得
即θ够小时,光线才会发生全反射。
故选C。
5.如图所示为单反照相机取景器的示意图,五边形ABCDE为五棱镜的一个截面,。光线垂直AB边射入,分别在CD和EA上发生反射,且两次入射角相等,最后光线垂直BC射出。若两次反射均为全反射,则该五棱镜折射率的最小值是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】若该五棱镜折射率最小,则光线在CD面和AE面上都是恰好发生全反射,根据几何关系可知全反射临界角为22.5°,则折射率的最小值为
故选A。
6.自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理,它虽然本身不发光,但在夜间骑行时,从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后,会有较强的光被反射回去,使汽车司机注意到前面有自行车。尾灯由透明介质制成,其外形如图甲所示,下列说法正确的是( )
A.汽车灯光从左面射过来,在尾灯的左表面发生全反射
B.汽车灯光从左面射过来,在尾灯的右表面发生全反射
C.汽车灯光从右面射过来,在尾灯的左表面发生全反射
D.汽车灯光从右面射过来,在尾灯的右表面发生全反射
【答案】B
【详解】汽车灯光应从左面射向自行车尾灯,光在尾灯内部右表面发生全反射,使自行车后面的汽车司机发现前面有自行车,避免事故的发生。
故选B。
7.公路交通标志牌是由基板和附着在基板上的反光膜组成,反光膜一般由镀在玻璃微珠上的铝层组成,夜间能将汽车射来的灯光反射回去,使司机看清交通标志.交通标志牌的结构示意图如图,这种交通标志牌的原理是( )
A.利用了光的反射
B.利用了光的折射
C.利用了光的色散
D.利用了光的全反射
【答案】D
【详解】汽车灯光射向交通标志牌,光在交通标志牌内部表面发生全反射,使交通标志牌后面的汽车司机发现前面,实现指示作用。
故选D。
8.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。下列选项中给出了两棱镜四种放置方式的示意图,其中能产生上述效果的是 ( )
A. B. C. D.
【答案】B
【详解】玻璃折射率为,由临界角公式得
可得出玻璃砖的临界角,则当光线垂直直角边进入玻璃砖,射到斜边上时入射角为45°,光线能发生全反射,故可知B图可产生如图所示的效果;
故选B。
✍拓展综合练
1.(多选)光纤通讯中信号传播的主要载体是光纤,它的结构如图甲所示。一束激光由光导纤维左端的点以入射角射入一直线光导纤维内,恰好在光导纤维的侧面(侧面与过点的法线平行)发生全反射,如图乙所示。下列说法中正确的是( )
A.光纤内芯的折射率比外套的小
B.光从左端空气中进入光纤内芯后,频率变小
C.光在光纤内芯中传播的速度小于真空中的光速
D.稍微减小入射角,光在光导纤维的侧面仍会发生全反射
【答案】CD
【详解】A.发生全反射的条件是从光密介质射入光疏介质,光在内芯与外套界面发生全反射,说明内芯的折射率比外套的大,故A错误;
B.光从一种介质进入另一种介质时,频率不改变,故B错误;
C.由,因为折射率大于1,光在内芯中的传播速度,即小于真空中的光速,故C正确;
D.稍减小入射角,根据折射定律,折射角减小;在内芯和外套界面上的入射角增大,大于临界角,故光在光导纤维的侧面仍会发生全反射,故D正确。
故选CD。
2.(多选)(2026·天津静海六中·模拟)一束白光从顶角为的一边以较大的入射角射入并通过三棱镜后,在屏上可得到彩色光带,如图所示,在入射角逐渐减小到零的过程中,假如屏上的彩色光带先后全部消失。下列说法正确的是( )
A.紫光在三棱镜中的速率比红光的小
B.紫光在三棱镜中的速率比红光的大
C.屏上最先消失的是红光,最后消失的是紫光
D.屏上最先消失的是紫光,最后消失的是红光
【答案】AD
【详解】AB.紫光的频率高于红光,因此紫光在三棱镜中的折射率大于红光,根据公式,紫光在三棱镜中的速率比红光小,故A正确,B错误;
CD.由于紫光的折射率大,由知其全反射临界角较小。当入射角逐渐减小到零时,紫光首先达到全反射条件,因此屏上最先消失的是紫光,最后消失的是红光,故C错误,D正确。
故选 AD。
3.(多选)(25-26高二下·福州格致中学鼓山校区·期末)如图是一段长为的直线光导纤维内芯,一单色光从左端面射入光纤,已知光纤对该单色光的折射率为,光在真空中传播速度为。下列结果正确的有( )
A.光纤传输的原理是光的全反射
B.光在光纤内传播的速度为
C.光在光纤内传播的最长时间为
D.光在光纤内传播的最短时间为
【答案】AC
【详解】A.光纤传输的原理是光在光纤内芯与外套界面发生全反射,使光信号沿光纤传播,故A正确;
B.光在介质中的传播速度,故B错误;
CD.设单色光以入射角入射,由折射定律
解得折射角满足,即
单色光折射后在侧面发生全反射,则反射角为,则光线实际路径长度
由传播速度
联立解得传播时间,即
当入射角从开始增大时,从开始增大,则从开始增大,从开始减小,则传播时间逐渐增大。
因此,当等于时,最大,传播时间最短
当增大到某一角度时,减小至恰好在侧面发生全反射,此时为入射角最大角,继续增大则无法发生全反射,故此时为传播时间最长值,此时满足,因此最长传播时间
综上,最短传播时间,最长传播时间,故C正确,故D错误。
故选AC。
4.(多选)(2026·长沙玉潭雅德高级中学·适应性考试)如图所示,点是一半径为的玻璃半球的球心,过球心且与底面垂直的虚线表示光轴,已知玻璃的折射率为能量均匀分布的平行红光垂直入射到半球的底面上(只考虑首次射向球面的光,忽略玻璃对光能的吸收),下列说法正确的是( )
A.若换成紫光射入,在球面上发生全反射的区域面积将减小
B.射向球面的红光有的能量被全反射
C.射向球面的红光有的能量被全反射
D.距光轴的入射光经球面折射后与光轴的交点距离点
【答案】CD
【详解】A.如答图甲所示,红光发生全反射的临界角较大,若红光射到球面A点恰好发生全反射,则紫光射到A点左侧的B点恰好发生全反射,它发生全反射的区域面积较大,故A错误;
BC.红光刚发生全反射对应的底面半径
故能被全反射的红光能量占比为,故B错误,C正确;
D.距光轴的入射光的折射光线如答图乙所示,光线的入射角满足,由折射定律有
解得折射角
在中,由正弦定理有
解得,故D正确。
5.(多选)(25-26高二下·北京中学·阶段检测)如图,ABC为半圆柱体透明介质的横截面,AC为直径,B为ABC的中点。真空中一束单色光从AC边射入介质,入射点为A点,折射光直接由B点出射。不考虑光的多次反射,下列说法正确的是( )
A.入射角小于45°
B.该介质折射率小于
C.增大入射角,该单色光在BC上可能发生全反射
D.减小入射角,该单色光在AB上可能发生全反射
【答案】BD
【详解】AB.光路如图所示。
设光线在点的折射角为,由几何关系有,由折射定律得
由于,有,即;又因,有,故A错误,B正确。
CD.增大入射角时,折射角增大,光线射向弧,光路如图所示。
减小入射角时,折射角减小,光线射向弧,光路如图所示。
设光线射到圆弧时的入射角为,由圆内接弦的几何关系得
光从介质射向真空的临界角满足,由,得
增大时,,故,不可能发生全反射;减小时,,且趋近于时趋近于,故可能大于,故C错误,D正确。
故选BD。
✍高考真题练
1.(2026·山东·高考)半径为的半圆形玻璃砖横截面如图所示,底部等腰梯形区域充满不反射、不透光的吸光性材料。梯形下底中点与圆心重合,下底为,上底为,高为。单色光线从左侧入射,方向始终平行于直径。当入射点从点逐渐向上移动至点时,光线恰能从玻璃砖另一侧射出,点与的距离为,该玻璃的折射率为( )
A. B. C. D.
【答案】C
【详解】根据题意作出光线进入玻璃砖过程的法线,标出入射角和折射角,如图所示
由几何关系有
可得
则
由几何关系可得
则
则该玻璃的折射率为
故选C。
2.(多选)(2026·广东·高考)图中底端为锥形且顶角为的直光纤,可用于检测流动液体中的空气泡,某单色光从光纤顶端左部入射,平行于轴线方向传播,探测器在光纤顶端右部探测锥面反射光的光强,已知锥面外为空气时,该单色光在锥面恰好发生全反射,空气折射率取1,被测液体折射率大于此光纤折射率。下列说法正确的有( )
A.此光纤对该单色光的折射率为
B.该单色光在此光纤中的传播速度是真空中光速的
C.锥面浸入液体过程中,探测到的光强相对于浸入液体前变强
D.锥面完全浸入液体后,若探测到的光强在变强,说明检测到气泡
【答案】AD
【详解】A.画出光路图如图所示
根据几何关系可知,该单色光在锥面发生全反射的临界角
根据临界角公式
可得此光纤对该单色光的折射率为,故A正确;
B.根据
可得该单色光在此光纤中的传播速度为
可知该单色光在此光纤中的传播速度是真空中光速的,故B错误;
C.光从折射率大的介质到折射率小的介质中,才可能发生全反射,被测液体折射率大于此光纤折射率,则锥面浸入液体部分,光不会发生全反射,即锥面浸入液体过程中,探测到的光强相对于浸入液体前变弱,故C错误;
D.锥面完全浸入液体后,若探测到的光强在变强,说明光在某些地方发生了全反射,发生全反射的地方即有空气,说明检测到气泡,故D正确。
故选AD。
3.(多选)(2026·浙江·选考)如图1所示,三块同质有机玻璃板甲、乙、丙,拼接形成两层同心圆弧空气膜。现让一束激光从P点射入,并在空气膜Q处注入一滴油,呈现图2所示的光路(其中、为相应光线的入射角)。已知空气折射率为1,光在空气中的传播速度为c。下列说法正确的是( )
A.有机玻璃的折射率
B.光在有机玻璃中的传播速度
C.有机玻璃的折射率可能大于油的折射率
D.若在R处注入同种油滴,光线不会从R处进入乙
【答案】AC
【详解】A.光线在外层空气膜发生全反射,则,即有机玻璃的折射率,A正确;
B.光线在内层空气膜发生全反射,则,,可得光在有机玻璃中的传播速度,B错误;
CD.在空气膜Q处注入一滴油后,光线能通过油膜界面,不再发生全反射,则此时临界角,则此时有机玻璃的折射率可能大于油的折射率,若在R处注入同种油滴,光线同样可沿直线通过油膜界面,光线会从R处进入乙,C正确,D错误。
故选AC。
4.(多选)(2025·四川·高考)某款国产手机采用了一种新型潜望式摄像头模组。如图所示,模组内置一块上下表面平行()的光学玻璃。光垂直于玻璃上表面入射,经过三次全反射后平行于入射光射出。则( )
A.可以选用折射率为1.4的光学玻璃
B.若选用折射率为1.6的光学玻璃,可以设定为
C.若选用折射率为2的光学玻璃,第二次全反射入射角可能为
D.若入射光线向左移动,则出射光线也向左移动
【答案】CD
【详解】A.因为,故当选用折射率为1.4的光学玻璃时,根据
可知,即
根据几何知识可知光线第一次发生全反射时的入射角为,故选用折射率为1.4的光学玻璃时此时不会发生全反射,故A错误;
B.当时,此时入射角为,选用折射率为1.6的光学玻璃时,此时的临界角为
故,故此时不会发生全反射,故B错误;
C.若选用折射率为2的光学玻璃,此时临界角为
即,此时光线第一次要发生全反射,入射角一定大于,即第一次发生全反射时的入射光线和反射光线的夹角一定大于,根据几何关系可知第一次发生全反射时的入射光线和反射光线的夹角等于第二次全反射入射角,故可能为,故C正确;
D.若入射光线向左移动,可知第一次全反射时的反射光线向左移动,第二次全反射时的反射光线向左移动,同理,第三次全反射时的反射光线向左移动,即出射光线向左移动,故D正确。
故选CD。
5.(2026·湖南·高考)车载摄像头需要有较大的拍摄角度。一摄像头由于结构限制,拍摄角度为。如图,将摄像头嵌入均匀透明介质,介质截面为矩形。只考虑该截面内光线传播情况,通过空气与介质间界面的折射,可将实际拍摄角度扩大。
(1)若希望几乎贴着介质表面入射的光线1能够以图示路径恰好射入摄像头,即拍摄角度扩大为,求介质的折射率;
(2)若介质折射率为1.8,从侧后方向入射的光线2能够以图示路径折射之后发生一次全反射,然后恰好射入摄像头,求光线2的入射角的正弦值。
【答案】(1)
(2)
【详解】(1)如图所示
根据几何关系可知光线1的折射角为,入射角为90°
可得
(2)根据几何关系可得光线2在玻璃砖中的折射角为
根据折射定律
其中
解得
6.(2025·江西·高考)如图所示,将一透明空心圆形容器置于水平桌面,倒入液体,使液面与过圆心O的水平刻线齐平,忽略容器对光线的影响。
(1)若一束激光沿与法线NN'成45°角的 AO方向从空气入射至液面,折射光线OB与法线成30°角,则该液体折射率为多少?
(2)若将激光从液体沿半径方向经圆心O射向空气,要在液面上方任何位置都观测不到出射光,则最小入射角为多少?
【答案】(1)
(2)45°
【详解】(1)根据折射定律,有
代入数据解得
(2)要在液面上方任何位置都观测不到出射光,说明发生了全反射。设临界角为C,则有
解得最小入射角为
✍新题追踪练
1.(25-26高二下·南阳六校·期末)一盛满水的圆柱形容器放置在水平面上,其竖直截面ABCD如图所示,底面半径为R,高度为。G在A的正上方距离为R处,E、F分别为上、下面的圆心,M是EF的中点。一点光源(可向各个方向发出单色光)放置在G点,到达E点的光射入水中正好到达C点,若把点光源移到M点,则在水面形成的光斑面积为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【详解】如图所示
由几何关系可得
由折射定律可得
发生全反射的临界角公式
可得临界角
由于点光源可向各个方向发出单色光,因此在水面形成的光斑为圆形,由几何关系可得在水面形成的光斑半径
在水面形成的光斑面积为
故选A。
2.(25-26高二下·成都双流中学·月考)真空中半径为R的半圆柱体玻璃砖的截面图如图所示,固定放置一块平行于半圆柱体底面的平面镜。一束单色光从玻璃砖底面上的P点垂直射入玻璃砖,从玻璃砖侧面上的Q点射出,经平面镜反射后从玻璃砖侧面再次进入玻璃砖,从M点垂直玻璃砖底面射出。已知O、P间的距离为,平面镜与玻璃砖底面间的距离为,真空中的光速为c。则( )
A.玻璃砖的折射率为
B.光从Q点折射进入空气时与法线的夹角为
C.光从P点传播到M点的时间为
D.仅改变入射点P的位置,光在玻璃砖内侧面不可能发生全反射
【答案】C
【详解】A.光路图如图所示,结合几何关系可有
玻璃砖的折射率
联立解得,故A错误;
B.光从点折射进入空气时与法线的夹角为,故B错误;
C.设光在玻璃砖中的传播时间为,在真空中的传播时间为,则有,光从点传播到点的时间为,故C正确;
D.根据,又,解得,所以当时,光在玻璃砖内侧面能发生全反射,故D错误。
故选C。
3.(25-26高二下·葫芦岛第一高级中学·期末)有的汽车前挡风玻璃是由两层玻璃和中间的PVB胶层构成的夹层玻璃,能提高安全性。PVB是一种树脂,可视为均匀透明介质,胶层里偶尔残留有微小的球形空气气泡,简化示意如图,一细光束垂直射入,穿过胶层到达气泡内部发生折射,分成两束单色光、,则( )
A.胶层对光的折射率比对光大 B.光在胶层中的传播速度比光大
C.光频率比对光大 D.光从气泡中再射入胶层时可能发生全反射
【答案】B
【详解】A.光线由胶层垂直射入并穿过胶层进入气泡内部,是从光密介质进入光疏介质,由题图可知,光线经过气泡边界折射后,光线的偏折程度大于光线的偏折程度,根据折射定律可知,胶层对光的折射率大于对光的折射率,即,故A错误;
B.根据光在介质中的传播速度与折射率的关系有,由于,可知光在胶层中的传播速度比光大,故B正确;
C.根据折射率与频率的关系可知,介质对光的折射率越大,该光的频率越高,由于胶层对光的折射率大于对光的折射率,则光频率比光小,故C错误;
D.光从气泡中再射入胶层时,光是由光疏介质进入光密介质,而发生全反射的条件之一是光必须从光密介质进入光疏介质,因此不可能发生全反射,故D错误。
故选B。
4.(25-26高二下·内蒙古锡林郭勒·期末)如图所示,半径为的半圆形玻璃砖折射率,平行光从空气射向直径界面,入射光线与夹角为,求:
(1)光线射入玻璃砖后的折射角。
(2)半圆弧面上有光透出的区域弧长。
【答案】(1)
(2)
【详解】(1)根据折射定律可得
解得
可得光线射入玻璃砖后的折射角为
(2)光线在半圆弧面上发生全反射的临界角满足
可得
如图所示
由图可知,圆弧面上有光透出的区域对应的圆心角为
则半圆弧面上有光透出的区域弧长为
5.(25-26高二下·北京延庆·期末)如图所示,一束激光沿圆心方向射入半圆形玻璃砖后从直径边射出。入射光线与法线的夹角为30°,折射光线与法线的夹角为45°,已知真空中的光速c。求:
(1)这种玻璃砖的折射率n;
(2)这束激光在玻璃砖中的传播速度大小v;
(3)以O点为圆心顺时针旋转玻璃砖,至少旋转多大角度折射光消失?
【答案】(1)
(2)
(3)
【详解】(1)根据折射定律可得玻璃砖的折射率为
(2)根据
可得这束激光在玻璃砖中的传播速度大小为
(3)根据全反射临界角公式可得
可得临界角为
玻璃砖顺时针旋转时,法线随玻璃砖同步转动,玻璃内光线的入射角逐渐增大,当入射角增大到临界角时,折射光恰好消失。原入射角为,因此旋转的最小角度为
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4.2 全反射
————————————⏩目录⏪————————————
✍题型培优练································································································01
题型01 全反射现象
题型02 全反射条件的判断
题型03 全反射的应用
✍拓展综合练································································································6
✍高考真题练································································································8
✍新题追踪练································································································11
✍题型培优练
✏题型01 全反射现象
1.【答案】B
2.【答案】C
3.【答案】D
4.【答案】D
✏题型02 全反射条件的判断
1.【答案】D
2.【答案】C
3.【答案】C
4.【答案】B
5.【答案】A
6.【答案】C
7.【答案】D
✏题型03 全反射的应用
1.【答案】B
2.【答案】C
3.【答案】C
4.【答案】C
5.【答案】A
6.【答案】B
7.【答案】D
8.【答案】B
✍拓展综合练
1.【答案】CD
2.【答案】AD
3.【答案】AC
4.【答案】CD
5.【答案】BD
✍高考真题练
1.【答案】C
2.【答案】AD
3.【答案】AC
4.【答案】CD
5.【答案】(1)
(2)
【详解】(1)如图所示
根据几何关系可知光线1的折射角为,入射角为90°
可得
(2)根据几何关系可得光线2在玻璃砖中的折射角为
根据折射定律
其中
解得
6.【答案】(1)
(2)45°
【详解】(1)根据折射定律,有
代入数据解得
(2)要在液面上方任何位置都观测不到出射光,说明发生了全反射。设临界角为C,则有
解得最小入射角为
✍新题追踪练
1.【答案】A
2.【答案】C
3.【答案】B
4.【答案】(1)
(2)
【详解】(1)根据折射定律可得
解得
可得光线射入玻璃砖后的折射角为
(2)光线在半圆弧面上发生全反射的临界角满足
可得
如图所示
由图可知,圆弧面上有光透出的区域对应的圆心角为
则半圆弧面上有光透出的区域弧长为
5.【答案】(1)
(2)
(3)
【详解】(1)根据折射定律可得玻璃砖的折射率为
(2)根据
可得这束激光在玻璃砖中的传播速度大小为
(3)根据全反射临界角公式可得
可得临界角为
玻璃砖顺时针旋转时,法线随玻璃砖同步转动,玻璃内光线的入射角逐渐增大,当入射角增大到临界角时,折射光恰好消失。原入射角为,因此旋转的最小角度为
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4.2 全反射
————————————⏩目录⏪————————————
✍题型培优练································································································01
题型01 全反射现象
题型02 全反射条件的判断
题型03 全反射的应用
✍拓展综合练································································································6
✍高考真题练································································································8
✍新题追踪练································································································11
✍题型培优练
✏题型01 全反射现象
1.如图,被熏黑的铁球表面有一层很薄的碳颗粒层,将其放入水中,碳粒层与水之间又形成了一个空气层,看上去变得锃亮。这属于光的( )
A.折射现象 B.全反射现象 C.干涉现象 D.衍射现象
2.秋天早上,草叶上的露珠看起来异常明亮,这是光的( )
A.折射现象 B.干涉现象
C.全反射现象 D.衍射现象
3.太阳照在平坦的大沙漠上,我们在沙漠中向前看去,发现前方某处射来亮光,好象太阳光从远处水面射来的一样,我们认为前方有水,但走到该处仍是干燥的沙漠,这种现象在夏天城市中太阳照在沥青路面时也能看到.对此有以下解释:()
①这是光的干涉现象; ②这是光的全反射现象;
③形成原因是越靠近地面处折射率越大; ④形成原因是越靠近地面处折射率越小.
其中正确的是:
A.①③; B.①④; C.②③; D.②④.
4.劣质的玻璃中往往含有空气泡,这些空气泡看上去比较亮,对这一现象有以下不同的解释,其中正确的是( )
A.空气泡对光线有会聚作用,因而较亮
B.空气泡对光线有发散作用,因而较亮
C.从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分发生全反射,因而较亮
D.从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分发生全反射,因而较亮
✏题型02 全反射条件的判断
1.(25-26高二上·宝鸡蔡家坡高级中学·月考)光由空气射入半圆柱形玻璃砖,再由玻璃砖射入空气,O点是半圆柱形玻璃砖的圆心,如图所示的情况可能发生的是( )
A. B.
C. D.
2.已知水、水晶、玻璃的折射率分别为1.33、1.55和1.60,则由此可知( )
A.水是光疏介质
B.玻璃为光密介质
C.水对于水晶或玻璃是光疏介质
D.水晶对于玻璃是光密介质
3.(25-26高三上·河北&河南·月考)如图所示,一束单色光以入射角射到三棱镜的AB面,经折射后到达AC面,为,三棱镜对光的折射率为,光在真空中传播速度为c,不考虑光在BC面上的反射,下列说法正确的是( )
A.光在AB面时的折射角为
B.光在AC面上能同时发生反射和折射
C.光经AC面反射后垂直射到BC面上
D.若光在三棱镜中传播路程为s,则在三棱镜中传播时间为
4.一束单色光从真空斜射向某种介质的表面,光路如图所示。下列说法正确的是( )
A.光从真空射入介质后,传播速度不变
B.此介质的折射率等于
C.入射角大于时可能发生全反射现象
D.入射角小于时可能发生全反射现象
5.如图,一束细白光从半圆形玻璃砖顶点垂直于PQ射向圆心O。保持入射光不变让玻璃砖绕圆心逆时针缓慢转动,当转过时,恰好没有任何光线从PQ边射出。由此可以判定( )
A.红光的临界角是 B.红光的临界角大于
C.紫光的临界角是 D.紫光的临界角大于
6.图中有一直杆竖直插入水深为1.2m水池池底,恰好有一半露出水面,太阳光以与水平面成37°角射在水面上,测得直杆在池底的影长EC为2.5m,已知sin37°=0.6,则下列说法正确的是( )
A.直杆在池底的影长中午比早晨更长
B.直杆在水面的影长为0.9m
C.水的折射率为
D.当太阳光和水面的夹角变化时,在水面上有可能发生全反射
7.如图所示,ABCD是两面平行的足够大的透明玻璃砖,AB面和CD面是玻璃和空气的分界面,分别设为界面Ⅰ和界面Ⅱ。光线从界面Ⅰ射入玻璃砖,再从界面Ⅱ射出,回到空气中,如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角,则( )
①只要入射角足够大,光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象
②只要入射角足够大,光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象
③不管入射角多大,光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象
④不管入射角多大,光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象
A.①② B.②③ C.①④ D.③④
✏题型03 全反射的应用
1.(25-26高三上·河南青桐鸣·月考)某公园水池底有一点光源,在水面形成一个圆形亮斑,往池中加水,当池中水面上升h高度时,水面圆形亮斑的直径增大了d,则池中水的折射率为( )
A. B. C. D.
2.如图所示,长方体玻璃砖上表面是边长为L的正方形,玻璃砖高。长方体玻璃砖底面正中央贴有一个圆形发光面,玻璃砖对光的折射率为,玻璃砖上表面全部发亮,则圆形发光面的面积至少为( )
A. B. C. D.
3.光导纤维的结构如图甲所示,其内芯和外套材料不同,光在内芯中传播。一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光,光路如图乙所示。以下关于光导纤维的说法正确的是( )
A.图甲中光导纤维的内芯的折射率比外套的小,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
B.图甲中光导纤维的内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯与外套的界面上发生折射
C.图乙中a光的折射率小,发生全反射的临界角大
D.图乙中b光的折射率大,发生全反射的临界角大
4.如图所示的长直光纤,柱芯为玻璃,外层用折射率比玻璃小的介质包覆。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播方式的叙述,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够小时,光线才会发生全反射
D.θ够大时,光线才会发生全反射
5.如图所示为单反照相机取景器的示意图,五边形ABCDE为五棱镜的一个截面,。光线垂直AB边射入,分别在CD和EA上发生反射,且两次入射角相等,最后光线垂直BC射出。若两次反射均为全反射,则该五棱镜折射率的最小值是( )
A. B. C. D.
6.自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理,它虽然本身不发光,但在夜间骑行时,从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后,会有较强的光被反射回去,使汽车司机注意到前面有自行车。尾灯由透明介质制成,其外形如图甲所示,下列说法正确的是( )
A.汽车灯光从左面射过来,在尾灯的左表面发生全反射
B.汽车灯光从左面射过来,在尾灯的右表面发生全反射
C.汽车灯光从右面射过来,在尾灯的左表面发生全反射
D.汽车灯光从右面射过来,在尾灯的右表面发生全反射
7.公路交通标志牌是由基板和附着在基板上的反光膜组成,反光膜一般由镀在玻璃微珠上的铝层组成,夜间能将汽车射来的灯光反射回去,使司机看清交通标志.交通标志牌的结构示意图如图,这种交通标志牌的原理是( )
A.利用了光的反射
B.利用了光的折射
C.利用了光的色散
D.利用了光的全反射
8.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。下列选项中给出了两棱镜四种放置方式的示意图,其中能产生上述效果的是 ( )
A. B. C. D.
✍拓展综合练
1.(多选)光纤通讯中信号传播的主要载体是光纤,它的结构如图甲所示。一束激光由光导纤维左端的点以入射角射入一直线光导纤维内,恰好在光导纤维的侧面(侧面与过点的法线平行)发生全反射,如图乙所示。下列说法中正确的是( )
A.光纤内芯的折射率比外套的小
B.光从左端空气中进入光纤内芯后,频率变小
C.光在光纤内芯中传播的速度小于真空中的光速
D.稍微减小入射角,光在光导纤维的侧面仍会发生全反射
2.(多选)(2026·天津静海六中·模拟)一束白光从顶角为的一边以较大的入射角射入并通过三棱镜后,在屏上可得到彩色光带,如图所示,在入射角逐渐减小到零的过程中,假如屏上的彩色光带先后全部消失。下列说法正确的是( )
A.紫光在三棱镜中的速率比红光的小
B.紫光在三棱镜中的速率比红光的大
C.屏上最先消失的是红光,最后消失的是紫光
D.屏上最先消失的是紫光,最后消失的是红光
3.(多选)(25-26高二下·福州格致中学鼓山校区·期末)如图是一段长为的直线光导纤维内芯,一单色光从左端面射入光纤,已知光纤对该单色光的折射率为,光在真空中传播速度为。下列结果正确的有( )
A.光纤传输的原理是光的全反射
B.光在光纤内传播的速度为
C.光在光纤内传播的最长时间为
D.光在光纤内传播的最短时间为
4.(多选)(2026·长沙玉潭雅德高级中学·适应性考试)如图所示,点是一半径为的玻璃半球的球心,过球心且与底面垂直的虚线表示光轴,已知玻璃的折射率为能量均匀分布的平行红光垂直入射到半球的底面上(只考虑首次射向球面的光,忽略玻璃对光能的吸收),下列说法正确的是( )
A.若换成紫光射入,在球面上发生全反射的区域面积将减小
B.射向球面的红光有的能量被全反射
C.射向球面的红光有的能量被全反射
D.距光轴的入射光经球面折射后与光轴的交点距离点
5.(多选)(25-26高二下·北京中学·阶段检测)如图,ABC为半圆柱体透明介质的横截面,AC为直径,B为ABC的中点。真空中一束单色光从AC边射入介质,入射点为A点,折射光直接由B点出射。不考虑光的多次反射,下列说法正确的是( )
A.入射角小于45°
B.该介质折射率小于
C.增大入射角,该单色光在BC上可能发生全反射
D.减小入射角,该单色光在AB上可能发生全反射
✍高考真题练
1.(2026·山东·高考)半径为的半圆形玻璃砖横截面如图所示,底部等腰梯形区域充满不反射、不透光的吸光性材料。梯形下底中点与圆心重合,下底为,上底为,高为。单色光线从左侧入射,方向始终平行于直径。当入射点从点逐渐向上移动至点时,光线恰能从玻璃砖另一侧射出,点与的距离为,该玻璃的折射率为( )
A. B. C. D.
2.(多选)(2026·广东·高考)图中底端为锥形且顶角为的直光纤,可用于检测流动液体中的空气泡,某单色光从光纤顶端左部入射,平行于轴线方向传播,探测器在光纤顶端右部探测锥面反射光的光强,已知锥面外为空气时,该单色光在锥面恰好发生全反射,空气折射率取1,被测液体折射率大于此光纤折射率。下列说法正确的有( )
A.此光纤对该单色光的折射率为
B.该单色光在此光纤中的传播速度是真空中光速的
C.锥面浸入液体过程中,探测到的光强相对于浸入液体前变强
D.锥面完全浸入液体后,若探测到的光强在变强,说明检测到气泡
3.(多选)(2026·浙江·选考)如图1所示,三块同质有机玻璃板甲、乙、丙,拼接形成两层同心圆弧空气膜。现让一束激光从P点射入,并在空气膜Q处注入一滴油,呈现图2所示的光路(其中、为相应光线的入射角)。已知空气折射率为1,光在空气中的传播速度为c。下列说法正确的是( )
A.有机玻璃的折射率
B.光在有机玻璃中的传播速度
C.有机玻璃的折射率可能大于油的折射率
D.若在R处注入同种油滴,光线不会从R处进入乙
4.(多选)(2025·四川·高考)某款国产手机采用了一种新型潜望式摄像头模组。如图所示,模组内置一块上下表面平行()的光学玻璃。光垂直于玻璃上表面入射,经过三次全反射后平行于入射光射出。则( )
A.可以选用折射率为1.4的光学玻璃
B.若选用折射率为1.6的光学玻璃,可以设定为
C.若选用折射率为2的光学玻璃,第二次全反射入射角可能为
D.若入射光线向左移动,则出射光线也向左移动
5.(2026·湖南·高考)车载摄像头需要有较大的拍摄角度。一摄像头由于结构限制,拍摄角度为。如图,将摄像头嵌入均匀透明介质,介质截面为矩形。只考虑该截面内光线传播情况,通过空气与介质间界面的折射,可将实际拍摄角度扩大。
(1)若希望几乎贴着介质表面入射的光线1能够以图示路径恰好射入摄像头,即拍摄角度扩大为,求介质的折射率;
(2)若介质折射率为1.8,从侧后方向入射的光线2能够以图示路径折射之后发生一次全反射,然后恰好射入摄像头,求光线2的入射角的正弦值。
6.(2025·江西·高考)如图所示,将一透明空心圆形容器置于水平桌面,倒入液体,使液面与过圆心O的水平刻线齐平,忽略容器对光线的影响。
(1)若一束激光沿与法线NN'成45°角的 AO方向从空气入射至液面,折射光线OB与法线成30°角,则该液体折射率为多少?
(2)若将激光从液体沿半径方向经圆心O射向空气,要在液面上方任何位置都观测不到出射光,则最小入射角为多少?
✍新题追踪练
1.(25-26高二下·南阳六校·期末)一盛满水的圆柱形容器放置在水平面上,其竖直截面ABCD如图所示,底面半径为R,高度为。G在A的正上方距离为R处,E、F分别为上、下面的圆心,M是EF的中点。一点光源(可向各个方向发出单色光)放置在G点,到达E点的光射入水中正好到达C点,若把点光源移到M点,则在水面形成的光斑面积为( )
A. B. C. D.
2.(25-26高二下·成都双流中学·月考)真空中半径为R的半圆柱体玻璃砖的截面图如图所示,固定放置一块平行于半圆柱体底面的平面镜。一束单色光从玻璃砖底面上的P点垂直射入玻璃砖,从玻璃砖侧面上的Q点射出,经平面镜反射后从玻璃砖侧面再次进入玻璃砖,从M点垂直玻璃砖底面射出。已知O、P间的距离为,平面镜与玻璃砖底面间的距离为,真空中的光速为c。则( )
A.玻璃砖的折射率为
B.光从Q点折射进入空气时与法线的夹角为
C.光从P点传播到M点的时间为
D.仅改变入射点P的位置,光在玻璃砖内侧面不可能发生全反射
3.(25-26高二下·葫芦岛第一高级中学·期末)有的汽车前挡风玻璃是由两层玻璃和中间的PVB胶层构成的夹层玻璃,能提高安全性。PVB是一种树脂,可视为均匀透明介质,胶层里偶尔残留有微小的球形空气气泡,简化示意如图,一细光束垂直射入,穿过胶层到达气泡内部发生折射,分成两束单色光、,则( )
A.胶层对光的折射率比对光大 B.光在胶层中的传播速度比光大
C.光频率比对光大 D.光从气泡中再射入胶层时可能发生全反射
4.(25-26高二下·内蒙古锡林郭勒·期末)如图所示,半径为的半圆形玻璃砖折射率,平行光从空气射向直径界面,入射光线与夹角为,求:
(1)光线射入玻璃砖后的折射角。
(2)半圆弧面上有光透出的区域弧长。
5.(25-26高二下·北京延庆·期末)如图所示,一束激光沿圆心方向射入半圆形玻璃砖后从直径边射出。入射光线与法线的夹角为30°,折射光线与法线的夹角为45°,已知真空中的光速c。求:
(1)这种玻璃砖的折射率n;
(2)这束激光在玻璃砖中的传播速度大小v;
(3)以O点为圆心顺时针旋转玻璃砖,至少旋转多大角度折射光消失?
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