第4章第2节 光的全反射.docx
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第4章第2节光的全反射
第2节 光的全反射
全反射及其产生条件
[先填空]
1.全反射
光从玻璃射入到空气中时,折射角入射角,当入射角增大到一定程度时,完全消失,全部光线都被反射回玻璃内,这种现象称为全反射现象.
2.临界角
刚好发生全反射(即折射角等于90°)时的.用字母C表示.临界角和折射率的关系是sinC=.
3.光疏介质和光密介质
两种介质比较,折射率的介质叫做光疏介质,折射率的介质叫做光密介质.
4.全反射的条件
(1)光从光密介质射入介质.
(2)入射角临界角.
[再判断]
1.光从空气射入水中时可能发生全反射现象.()
2.光密介质,是指介质的折射率大,密度不一定大.()
3.只要是光从光密介质射向光疏介质,就一定发生全反射.()
[后思考]
通过比较什么可以知道两种介质哪个是光密介质,哪个是光疏介质?
【提示】 可以通过比较光在两种介质中传播速度的大小或折射率的大小来确定光密介质和光疏介质,也可通过光线射入不同介质时的偏折程度判断.
[核心点击]
1.全反射现象
(1)全反射的条件:
①光由光密介质射向光疏介质.
②入射角大于或等于临界角.
(2)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,由于不存在折射光线,光的折射定律不再适用.
2.对光疏介质和光密介质的理解
(1)光疏介质和光密介质的比较:
光的传播速度
折射率
光疏介质
大
小
光密介质
小
大
(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度的大小或折射率的大小来判断谁是光疏介质或光密介质.
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.
1.一束光从某介质进入真空,方向如图421所示,则下列判断中正确的是( )
图421
A.该介质的折射率是
B.该介质的折射率是
C.该介质相对真空发生全反射的临界角小于45°
D.光线按如图所示的方向入射,无论怎样改变入射方向都不可能发生全反射现象
E.如果光从真空射向介质,则不可能发生全反射现象
2.如图422所示,半圆形透明介质的横截面,其半径为R.一束光从半圆形透明介质的左边缘以入射角60°射入透明介质,光束在半圆形透明介质的弧形面发生两次反射后刚好从半圆形透明介质的另一边缘射出.已知光在真空中传播的速度为c.求:
图422
(1)半圆形透明介质的折射率.
(2)光线在半圆形透明介质中传播的时间.
(3)半圆形透明介质的全反射临界角.
全反射定律的应用技巧
1.首先判断是否为光从光密介质进入光疏介质,如果是,下一步就要再利用入射角和临界角的关系进一步判断,如果不是则直接应用折射定律解题即可.
2.分析光的全反射时,根据临界条件找出临界状态是解决这类题目的关键.
3.当发生全反射时,仍遵循光的反射定律和光路可逆性.
4.认真规范作出光路图,是正确求解这类题目的重要保证.
对全反射现象的解释和光导纤维
[先填空]
1.解释全反射现象
(1)水或玻璃中的气泡看起来特别亮,是由于光射到气泡上发生了.
(2)在沙漠里,接近地面的热空气的折射率比上层空气的折射率,从远处物体射向地面的光线的入射角临界角时,发生全反射,人们就会看到远处物体的倒影.
2.全反射棱镜
(1)形状:
截面为三角形的棱镜.
(2)光学特性:
①当光垂直于截面的直角边射入棱镜时,光在截面的斜边上发生,光射出棱镜时,传播方向改变了.
②当光垂直于截面的斜边射入棱镜时,在上各发生一次全反射,使光的传播方向改变了.
3.光导纤维及其应用
(1)原理
利用了.
(2)构造
光导纤维是非常细的特制玻璃丝,由内芯和外层透明介质两层组成.内芯的折射率比外层的,光传播时在内芯与外层的界面上发生.
(3)主要优点
容量大,损耗小、抗干扰能力强,性好等.
[再判断]
1.在沙漠里看到的蜃景是一种全反射现象.()
2.鱼缸中上升的气泡亮晶晶的,是由于光射到气泡上发生了全反射.()
3.光纤一般由折射率小的玻璃内芯和折射率大的外层透明介质组成.()
[后思考]
炎热的夏天,在公路上有时能看到远处物体的倒影,这是一种什么现象?
[核心点击]
1.全反射棱镜
(1)用玻璃制成的截面为等腰直角三角形的棱镜,其临界角约为42°.
(2)全反射棱镜特点:
①与平面镜相比,全反射棱镜反射率高,几乎可达100%.
②反射面不必涂任何反光物质,反射失真小.
③克服了平面镜成多个象的问题.
2.光导纤维
(1)构造:
光导纤维一般由折射率较大的玻璃内芯和折射率较小的外层透明介质组成,如图423所示.
图423
实际用的光导纤维是非常细的特制玻璃丝,直径只有几微米到一百微米之间,外层包上折射率比它小的材料,再把若干根光纤集成一束,制成光缆,进一步提高了光纤的强度.
(2)原理:
全反射是光导纤维的基本工作原理.光在光纤内传播时,由光密介质入射到光疏介质,若入射角i≥C(临界角),光就会在光纤内不断发生全反射.
(3)应用:
光纤通信是光导纤维的一个重要应用.载有声音、图象以及各种数字信号的激光从光纤一端输入,就可以传到千里之外的另一端,实现光纤通信.
3.下述现象哪些是由于全反射造成的( )
A.露水珠或喷泉的水珠,在阳光照耀下格外明亮
B.直棒斜插入水中时呈现弯折现象
C.口渴的沙漠旅行者,往往会看到前方有一潭晶莹的池水,当他们喜出望外地奔向那潭池水时,池水却总是可望而不可及
D.在盛水的玻璃杯中放一空试管,用灯光照亮玻璃杯侧面,在水面上观察水中的试管,看到试管壁特别明亮
E.利用“潜望镜”可以从水底观察水面上的情况
4.如图424所示,一根长为l=5.0m的光导纤维用折射率n=的材料制成.一束激光由其左端的中心点以45°的入射角射入光导纤维内,经过一系列全反射后从右端射出,求:
图424
(1)该激光在光导纤维中的速度v是多大.
(2)该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少.
光导纤维问题的解题关键
第一步 抓关键点
关键点
获取信息
光导纤维
工作原理:
全反射
光束不会侧漏
光束在侧壁发生全反射
第二步 找突破口
“从一个端面射入,从另一个端面射出”,根据这句话画出入射、折射及全反射的光路图,根据全反射的知识求解问题.
学业分层测评
(建议用时:
45分钟)
[学业达标]
1.下列事例哪些应用了光的全反射现象( )
A.海市蜃楼
B.用三棱镜观察太阳光谱
C.某些光学仪器中用等腰直角玻璃三棱镜改变光路90°
D.水中的鱼看起来比实际的要浅
E.多面体钻石能够闪闪发光
2.已知介质对某单色光的临界角为C,则下列说法正确的是( )
A.该介质对单色光的折射率等于
B.此单色光在该介质中的传播速度等于csinC(c是光在真空中的传播速度)
C.此单色光在该介质中的传播波长是在真空中波长的sinC倍
D.此单色光在该介质中的频率是在真空中的倍
E.此单色光从真空射向介质,入射角大于C时一定发生全反射
3.一束光从空气射向折射率为n=的某种玻璃的表面,如图425所示,i代表入射角,则( )
图425
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
E.当光从玻璃射向空气时,一定会发生全反射
4.下列说法中正确的是( )
A.因为水的密度大于酒精的密度,所以水是光密介质
B.因为水的折射率小于酒精的折射率,所以水对酒精来说是光疏介质
C.同一束光,在光密介质中的传播速度较大
D.同一束光,在光密介质中的传播速度较小
E.光疏介质和光密介质相对于折射率来确定,与密度无关
5.关于全反射,下列说法中正确的是( )
A.发生全反射时,仍有折射光线,只是折射光线非常弱,因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线
B.光线从光密介质射向光疏介质时,一定会发生全反射现象
C.光从光疏介质射向光密介质时,不可能发生全反射现象
D.水或玻璃中的气泡看起来特别亮,就是因为光从水或玻璃射向气泡时,在界面发生全反射
E.介质的临界角越小就越容易发生全反射
6.光纤通信是一种现代通信手段,它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务.目前,我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络.下列说法正确的是( )
A.光纤通信利用光作为载体来传递信息
B.光导纤维传递光信号是利用光沿直线传播的原理
C.光导纤维传递光信号是利用光的色散原理
D.目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝
E.光在光纤内不断地发生全反射,中途不会侧漏
7.如图426所示,一束光线从空气射入某介质,入射光线与反射光线夹角为90°,折射光线与入射光线延长线间夹角θ为15°,求:
图426
(1)该介质的折射率.
(2)光在该介质中传播的速度.
(3)当光从介质射入空气时的临界角.
8.如图427所示,AB为光导纤维,A、B之间距离为s,使一光脉冲信号从光导纤维中间入射,射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射,由A点传输到B点所用时间为t,求光导纤维所用材料的折射率n.
图427
[能力提升]
9.△OMN为玻璃等腰三棱镜的横截面.a、b两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面MN,在棱镜侧面OM、ON上反射和折射的情况如图428所示.由此可知( )
图428
A.棱镜内a光的传播速度比b光的小
B.棱镜内a光的传播速度比b光的大
C.a光的频率比b光的高
D.a光的波长比b光的长
E.a光的临界角大于b光的临界角
10.如图429所示,空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体,其内圆半径为r,外圆半径为R,R=r.现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体,只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出.设透明柱体的折射率为n,光在透明柱体内传播的时间为t,若真空中的光速为c,则( )
图429
A.n可能为
B.n可能为2
C.t可能为
D.t可能为
E.t可能为
11.如图4210所示为用某种透明材料制成的一块柱形棱镜的截面图,圆弧CD为半径为R的四分之一的圆周,圆心为O,光线从AB面上的某点入射,入射角θ1=45°,它进入棱镜后恰好以临界角射在BC面上的O点.
图4210
(1)画出光线由AB面进入棱镜且从CD弧面射出的光路图;
(2)求该棱镜的折射率n;
(3)求光线在该棱镜中传播的速度大小v(已知光在空气中的传播速度c=3.0×108m/s).
12.如图4211所示,AOB是由某种透明物质制成的圆柱体的横截面(O为圆心),其折射率为.今有一束平行光以45°的入射角射向柱体的OA平面,这些光线中有一部分不能从柱体的AB面上射出.设凡射到OB面的光线全部被吸收,也不考虑OA面的反射,求圆柱AB面上能射出光线的部分占AB表面的几分之几?
图4211
参考答案
全反射及其产生条件
1.大于,折射光线2.入射角.3.较小,较大
4.
(1)光疏.
(2)大于等于.
[再判断]
1.(×)2.(√)3.(×)
[后思考]
【提示】 可以通过比较光在两种介质中
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