2020_2021學(xué)年高中物理第13章光2全反射課件新人教版選修3_4202103291135

1、2全反射 必備知識(shí)必備知識(shí)自主學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí) 一、光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)一、光疏介質(zhì)和光密介質(zhì) 名稱名稱光光 疏疏 介介 質(zhì)質(zhì)光光 密密 介介 質(zhì)質(zhì) 定義定義折射率折射率_的介質(zhì)的介質(zhì)折射率折射率_的介質(zhì)的介質(zhì) 傳播速度傳播速度光在光密介質(zhì)中的傳播速度比在光疏介質(zhì)中的傳播速度光在光密介質(zhì)中的傳播速度比在光疏介質(zhì)中的傳播速度_ 折射特點(diǎn)折射特點(diǎn) (1)(1)光從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(shí)光從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(shí), ,折射角折射角_入射角入射角 (2)(2)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí), ,折射角折射角_入射角入射角 較小較小較大較大 小小 小于小于 大于大于 二、全反射及其條件二

2、、全反射及其條件 【情境思考情境思考】 提示提示: :入射角大于或等于臨界角。入射角大于或等于臨界角。 提示提示: :入射角小于臨界角。入射角小于臨界角。 1.1.全反射及臨界角的概念全反射及臨界角的概念: : (1)(1)全反射全反射: :當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí), ,同時(shí)發(fā)生折射和反射。當(dāng)入射角同時(shí)發(fā)生折射和反射。當(dāng)入射角 增大到某一角度增大到某一角度, ,使折射角達(dá)到使折射角達(dá)到_時(shí)時(shí), ,折射光折射光_,_,只剩下反射光的現(xiàn)象。只剩下反射光的現(xiàn)象。 (2)(2)臨界角臨界角: :剛發(fā)生全反射剛發(fā)生全反射( (即折射角等于即折射角等于_)_)時(shí)的時(shí)的_,_

3、,用字母用字母C C表示。表示。 2.2.全反射的條件全反射的條件: : (1)(1)光由光由_介質(zhì)射入介質(zhì)射入_介質(zhì)。介質(zhì)。 (2)(2)入射角入射角_或或_臨界角。臨界角。 9090完全消失完全消失 9090入射角入射角 光密光密光疏光疏 大于大于等于等于 3.3.臨界角與折射率的關(guān)系臨界角與折射率的關(guān)系: : (1)(1)定量關(guān)系定量關(guān)系: :光由某種介質(zhì)射入空氣光由某種介質(zhì)射入空氣( (或真空或真空) )時(shí)時(shí),sinC=_,sinC=_。 (2)(2)定性關(guān)系定性關(guān)系: :介質(zhì)的折射率越大介質(zhì)的折射率越大, ,發(fā)生全反射的臨界角發(fā)生全反射的臨界角_,_,越容易發(fā)生全反越容易發(fā)生全反 射

4、。射。 1 n 越小越小 三、全反射的應(yīng)用三、全反射的應(yīng)用 1.1.全反射棱鏡全反射棱鏡: : (1)(1)形狀形狀: :截面為截面為_三角形的棱鏡。三角形的棱鏡。 (2)(2)光學(xué)特性。光學(xué)特性。 當(dāng)光垂直于截面的直角邊射入棱鏡時(shí)當(dāng)光垂直于截面的直角邊射入棱鏡時(shí), ,光在截面的斜邊上發(fā)生光在截面的斜邊上發(fā)生_,_, 光射出棱鏡時(shí)光射出棱鏡時(shí), ,傳播方向改變了傳播方向改變了_。 當(dāng)光垂直于截面的斜邊射入棱鏡時(shí)當(dāng)光垂直于截面的斜邊射入棱鏡時(shí), ,在兩個(gè)直角邊上各發(fā)生一次在兩個(gè)直角邊上各發(fā)生一次_,_, 使光的傳播方向改變了使光的傳播方向改變了_。 等腰直角等腰直角 全反射全反射 9090 全反

5、射全反射 180180 2.2.光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用: : (1)(1)原理原理: :利用了光的利用了光的_。 (2)(2)構(gòu)造構(gòu)造: :光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲, ,由內(nèi)芯和外套兩層組成。內(nèi)芯的由內(nèi)芯和外套兩層組成。內(nèi)芯的 折射率比外套的大折射率比外套的大, ,光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生_。 全反射全反射 全反射全反射 【易錯(cuò)辨析易錯(cuò)辨析】 (1)(1)入射角大于臨界角就會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。入射角大于臨界角就會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象。( () ) (2)(2)光密介質(zhì)是指密度大的介質(zhì)。光密介質(zhì)是指密度大的介質(zhì)。( ()

6、) (3)(3)一種介質(zhì)不是光疏介質(zhì)就是光密介質(zhì)。一種介質(zhì)不是光疏介質(zhì)就是光密介質(zhì)。( () ) (4)(4)光由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)后速度減小。光由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)后速度減小。( () ) (5)(5)光由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(shí)才能發(fā)生全反射。光由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(shí)才能發(fā)生全反射。( () ) (6)(6)臨界角與折射率成反比。臨界角與折射率成反比。( () ) 提示提示: :(1) (1) 。發(fā)生全反射的兩個(gè)條件缺一不可。發(fā)生全反射的兩個(gè)條件缺一不可, ,光必須從光密介質(zhì)射入光疏光必須從光密介質(zhì)射入光疏 介質(zhì)。介質(zhì)。 (2)(2)。光密介質(zhì)是指折射率大的介質(zhì)。光密介質(zhì)是指折射率大的

7、介質(zhì)。 (3)(3)。一種介質(zhì)究竟是光疏介質(zhì)還是光密介質(zhì)是相對(duì)其他介質(zhì)而言的。一種介質(zhì)究竟是光疏介質(zhì)還是光密介質(zhì)是相對(duì)其他介質(zhì)而言的。 (4)(4)。光密介質(zhì)的折射率大。光密介質(zhì)的折射率大, ,光在其中的傳播速度小。光在其中的傳播速度小。 (5)(5)。光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)才能發(fā)生全反射。光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)才能發(fā)生全反射。 (6)(6)。臨界角隨折射率的增大而減小。臨界角隨折射率的增大而減小, ,但不是反比關(guān)系。但不是反比關(guān)系。 關(guān)鍵能力關(guān)鍵能力合作學(xué)習(xí)合作學(xué)習(xí) 知識(shí)點(diǎn)一全反射知識(shí)點(diǎn)一全反射 1.1.光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的分析光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的分析: : (1)(1)光疏介質(zhì)和光

8、密介質(zhì)的比較。光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的比較。 光的傳播速度光的傳播速度折射率折射率 光疏介質(zhì)光疏介質(zhì)大大小小 光密介質(zhì)光密介質(zhì)小小大大 (2)(2)相對(duì)性相對(duì)性: :光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是相對(duì)的。任何兩種透明介質(zhì)都可以通過比較光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是相對(duì)的。任何兩種透明介質(zhì)都可以通過比較 光在其中傳播速度的大小或折射率的大小來判斷誰是光疏介質(zhì)或光密介質(zhì)。光在其中傳播速度的大小或折射率的大小來判斷誰是光疏介質(zhì)或光密介質(zhì)。 (3)(3)光疏、光密與密度的關(guān)系光疏、光密與密度的關(guān)系: :光疏和光密是從介質(zhì)的光學(xué)特性來說的光疏和光密是從介質(zhì)的光學(xué)特性來說的, ,并不是它并不是它 的密度大小。例如的密度大小。例如

9、, ,酒精的密度比水小酒精的密度比水小, ,但酒精和水相比酒精是光密介質(zhì)。但酒精和水相比酒精是光密介質(zhì)。 2.2.全反射現(xiàn)象全反射現(xiàn)象: : (1)(1)全反射的條件。全反射的條件。 光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。 入射角大于或等于臨界角。入射角大于或等于臨界角。 (2)(2)全反射遵循的規(guī)律全反射遵循的規(guī)律: :發(fā)生全反射時(shí)發(fā)生全反射時(shí), ,光全部返回原介質(zhì)光全部返回原介質(zhì), ,入射光與反射光遵循入射光與反射光遵循 光的反射定律光的反射定律, ,由于不存在折射光線由于不存在折射光線, ,光的折射定律不再適用。光的折射定律不再適用。 (3)(3)從能量角度來理解全反射從能

10、量角度來理解全反射: :當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí), ,隨著入射角增大隨著入射角增大, , 折射角也增大。同時(shí)折射光線強(qiáng)度減弱折射角也增大。同時(shí)折射光線強(qiáng)度減弱, ,能量減小能量減小, ,反射光線強(qiáng)度增強(qiáng)反射光線強(qiáng)度增強(qiáng), ,能量增加能量增加, , 當(dāng)入射角達(dá)到臨界角時(shí)當(dāng)入射角達(dá)到臨界角時(shí), ,折射光線強(qiáng)度減弱到零折射光線強(qiáng)度減弱到零, ,反射光的能量等于入射光的能反射光的能量等于入射光的能 量。量。 【問題探究問題探究】 如圖所示如圖所示, ,在潛水員看來在潛水員看來, ,岸上的所有景物都出現(xiàn)在一個(gè)倒立的圓錐里岸上的所有景物都出現(xiàn)在一個(gè)倒立的圓錐里, ,為什么為

11、什么? ? 提示提示: :如圖所示如圖所示, ,岸上所有景物發(fā)出的光岸上所有景物發(fā)出的光, ,射向水面的入射角分布在射向水面的入射角分布在0 09090之之 間間, ,射入水中的折射角在射入水中的折射角在0 0臨界角臨界角C C之間之間, ,由光路可逆性可知由光路可逆性可知, ,岸上的所有景物岸上的所有景物 都出現(xiàn)在一個(gè)倒立的圓錐里。都出現(xiàn)在一個(gè)倒立的圓錐里。 【典例示范典例示范】 【典例典例】(2020(2020全國全國卷卷) )直角棱鏡的折射率直角棱鏡的折射率n=1.5,n=1.5,其橫截面如圖所示其橫截面如圖所示, ,圖中圖中 C=90C=90,A=30,A=30。截面內(nèi)一細(xì)束與。截面內(nèi)

12、一細(xì)束與BCBC邊平行的光線邊平行的光線, ,從棱鏡從棱鏡ABAB邊上的邊上的D D點(diǎn)射入點(diǎn)射入, , 經(jīng)折射后射到經(jīng)折射后射到BCBC邊上。邊上。 (1)(1)光線在光線在BCBC邊上是否會(huì)發(fā)生全反射邊上是否會(huì)發(fā)生全反射? ?說明理由說明理由; ; (2)(2)不考慮多次反射不考慮多次反射, ,求從求從ACAC邊射出的光線與最初的入射光線夾角的正弦值。邊射出的光線與最初的入射光線夾角的正弦值。 【解析解析】(1)(1)如圖如圖, ,設(shè)光線在設(shè)光線在D D點(diǎn)的入射角為點(diǎn)的入射角為i,i,折射角為折射角為r r。折射光線射到。折射光線射到BCBC邊邊 上的上的E E點(diǎn)。設(shè)光線在點(diǎn)。設(shè)光線在E E

13、點(diǎn)的入射角為點(diǎn)的入射角為,由幾何關(guān)系由幾何關(guān)系, ,有有 =90=90-(30-(30-r)60-r)60 根據(jù)題給數(shù)據(jù)得根據(jù)題給數(shù)據(jù)得 sinsin60sinsin60 即即大于全反射臨界角大于全反射臨界角, ,因此光線在因此光線在E E點(diǎn)發(fā)生全反射。點(diǎn)發(fā)生全反射。 1 n (2)(2)設(shè)光線在設(shè)光線在ACAC邊上的邊上的F F點(diǎn)射出棱鏡點(diǎn)射出棱鏡, ,光線的入射角為光線的入射角為i,i,折射角為折射角為r,r, 由幾何關(guān)系、反射定律及折射定律由幾何關(guān)系、反射定律及折射定律, ,有有 i=30i=30 i=90i=90- - sin i=nsinrsin i=nsinr nsini=sinr

14、nsini=sinr 聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù)聯(lián)立式并代入題給數(shù)據(jù), ,得得sinr=sinr= 由幾何關(guān)系由幾何關(guān)系,r,r即即ACAC邊射出的光線與最初的入射光線的夾角。邊射出的光線與最初的入射光線的夾角。 答案答案: :(1)(1)能原因見解析能原因見解析(2)(2) 2 23 4 2 23 4 【素養(yǎng)訓(xùn)練素養(yǎng)訓(xùn)練】 1.1.如圖所示如圖所示, ,由某種透明介質(zhì)制成的長直細(xì)圓柱體置于真空中。某種單色光在介由某種透明介質(zhì)制成的長直細(xì)圓柱體置于真空中。某種單色光在介 質(zhì)中傳輸質(zhì)中傳輸, ,經(jīng)過多次全反射后從右端射出。若以全反射臨界角傳輸?shù)墓饩€剛好從經(jīng)過多次全反射后從右端射出。若以全反射臨界角傳輸

15、的光線剛好從 右端以張角右端以張角22出射出射, ,則此介質(zhì)的折射率為則此介質(zhì)的折射率為 ( () ) 22 A. 1 sin2B. 1cos2 C. 1cosD. 1 sin 【解析解析】選選D D。設(shè)射出時(shí)的入射角為。設(shè)射出時(shí)的入射角為,根據(jù)折射定律根據(jù)折射定律:n= :n= 由幾何關(guān)系可得由幾何關(guān)系可得, ,發(fā)生全反射時(shí)入射角為發(fā)生全反射時(shí)入射角為:C= -,n= :C= -,n= 根據(jù)以上幾式根據(jù)以上幾式, ,解得解得:n= ,:n= ,故故D D選項(xiàng)正確選項(xiàng)正確,A,A、B B、C C錯(cuò)誤。錯(cuò)誤。 sin sin 2 1 sinC 2 1 sin 2.2.如圖所示如圖所示, ,足夠?qū)?/p>

16、的液槽中水的折射率足夠?qū)挼囊翰壑兴恼凵渎蕁= ,Mn= ,M是可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的平面鏡是可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的平面鏡,M,M與水與水 平面的夾角為平面的夾角為。光線從液槽的側(cè)壁水平射入水中。光線從液槽的側(cè)壁水平射入水中。 (1)(1)若若=30=30, ,求經(jīng)平面鏡反射后的光線從水面射出時(shí)折射角的正弦值求經(jīng)平面鏡反射后的光線從水面射出時(shí)折射角的正弦值; ; (2)(2)若經(jīng)平面鏡反射后的光線能從水面射出若經(jīng)平面鏡反射后的光線能從水面射出, ,求求的取值范圍。的取值范圍。 2 3 3 【解析解析】(1)(1)作出光線經(jīng)平面鏡反射后從水面射出的光路如圖作出光線經(jīng)平面鏡反射后從水面射出的光路如圖1 1所示所示,

17、, 在水面發(fā)生折射的入射角在水面發(fā)生折射的入射角: =90: =90-2-2 由折射定律由折射定律, ,有有: : 代入數(shù)據(jù)代入數(shù)據(jù), ,得折射角得折射角的正弦值的正弦值: sin= : sin= sin n sin 3 3 (2)(2)設(shè)光線在水中發(fā)生全反射的臨界角為設(shè)光線在水中發(fā)生全反射的臨界角為C,C,則則: : sinC= ,sinC= ,也即也即:C=60:C=60 若光在右側(cè)發(fā)生全反射時(shí)若光在右側(cè)發(fā)生全反射時(shí), ,作出光路如圖作出光路如圖2,2,則由幾何關(guān)系可知?jiǎng)t由幾何關(guān)系可知: : 221 1+C=90+C=90 133 n22 3 若光在左側(cè)發(fā)生全反射時(shí)若光在左側(cè)發(fā)生全反射時(shí),

18、 ,作出光路如圖作出光路如圖3,3,則由幾何關(guān)系可知?jiǎng)t由幾何關(guān)系可知: : 2(902(90-2 2)+C=90)+C=90 即即: : 1 12 2解得解得: 15: 157575 答案答案: :(1) (1) (2)15(2)157575 3 3 3.(20193.(2019江蘇高考江蘇高考) )如圖所示如圖所示, ,某某L L形透明材料的折射率形透明材料的折射率n=2n=2。現(xiàn)沿?，F(xiàn)沿ABAB方向切去一方向切去一 角角,AB,AB與水平方向的夾角為與水平方向的夾角為。為使水平方向的光線射到。為使水平方向的光線射到ABAB面時(shí)不會(huì)射入空氣面時(shí)不會(huì)射入空氣, , 求求的最大值。的最大值。 【

19、解析解析】要使光線不會(huì)射入空氣要使光線不會(huì)射入空氣, ,即發(fā)生全反射即發(fā)生全反射, ,設(shè)臨界角為設(shè)臨界角為C,C,即有即有: : sinC= sinC= 由幾何關(guān)系得由幾何關(guān)系得:C+=90:C+=90 聯(lián)立解得聯(lián)立解得:=60:=60。 答案答案: :6060 1 n 【加固訓(xùn)練加固訓(xùn)練】 如圖所示如圖所示, ,一束復(fù)色可見光入射到置于空氣中的平行玻璃磚一束復(fù)色可見光入射到置于空氣中的平行玻璃磚MNQP MNQP 上上, ,穿過穿過 玻璃后從下表面射出玻璃后從下表面射出a a、b b兩束單色光兩束單色光, ,則下列說法正確的是則下列說法正確的是( () ) A.A.玻璃對(duì)玻璃對(duì)a a光的折射

20、率較大光的折射率較大 B.bB.b光在玻璃磚中速度較大光在玻璃磚中速度較大 C.aC.a、b b兩束單色光互相平行兩束單色光互相平行 D.D.若增大若增大MNMN面上的入射角面上的入射角, a, a光可能在光可能在PQPQ面上發(fā)生全反射面上發(fā)生全反射 【解析解析】選選C C。因?yàn)?。因?yàn)閎 b光的偏折程度大光的偏折程度大, ,則則b b光的折射率較大光的折射率較大, ,根據(jù)根據(jù)v= v= 可得可得b b光在光在 玻璃中的傳播速度較小玻璃中的傳播速度較小,A,A、B B錯(cuò)誤錯(cuò)誤; ;由于光線射到玻璃磚下表面時(shí)的入射角等于由于光線射到玻璃磚下表面時(shí)的入射角等于 上表面的折射角上表面的折射角, ,根據(jù)

21、光路的可逆性可知根據(jù)光路的可逆性可知, ,光線射出玻璃磚時(shí)的折射角等于上表光線射出玻璃磚時(shí)的折射角等于上表 面的入射角面的入射角, ,根據(jù)幾何知識(shí)可知根據(jù)幾何知識(shí)可知, ,出射光線與入射光線平行出射光線與入射光線平行, ,所以所以a a、b b兩束單色光兩束單色光 都與入射光線平行都與入射光線平行, ,則則a a、b b兩束單色光必定平行兩束單色光必定平行,C,C正確正確; ;光線通過玻璃磚發(fā)生了光線通過玻璃磚發(fā)生了 兩次折射兩次折射, ,第二次的入射角等于第一次的折射角第二次的入射角等于第一次的折射角, ,根據(jù)光路可逆性原理可以知根據(jù)光路可逆性原理可以知 道道,a,a、b b光不可能在下表面

22、發(fā)生全反射光不可能在下表面發(fā)生全反射, ,一定能從下表面射出玻璃磚一定能從下表面射出玻璃磚,D,D錯(cuò)誤。錯(cuò)誤。 c n 知識(shí)點(diǎn)二全反射現(xiàn)象的應(yīng)用知識(shí)點(diǎn)二全反射現(xiàn)象的應(yīng)用 1.1.全反射棱鏡全反射棱鏡: : (1)(1)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): :棱鏡的截面為等腰直角三角形。棱鏡的截面為等腰直角三角形。 (2)(2)光垂直于直角邊射入時(shí)光垂直于直角邊射入時(shí), ,出射光線相比入射光線偏折出射光線相比入射光線偏折9090, ,如圖甲所示如圖甲所示; ;光垂光垂 直于斜邊射入時(shí)直于斜邊射入時(shí), ,出射光線相比入射光線偏折出射光線相比入射光線偏折180180, ,如圖乙所示。如圖乙所示。 2.2.光導(dǎo)纖維的構(gòu)造及傳播

23、原理光導(dǎo)纖維的構(gòu)造及傳播原理: : (1)(1)構(gòu)造構(gòu)造: :光導(dǎo)纖維是一種透明的玻璃纖維絲光導(dǎo)纖維是一種透明的玻璃纖維絲, ,直徑只有直徑只有1 1100 m,100 m,如圖所示如圖所示, ,它它 是由內(nèi)芯和外套兩層組成是由內(nèi)芯和外套兩層組成, ,內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率。內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率。 (2)(2)傳播原理傳播原理: :光由一端進(jìn)入光由一端進(jìn)入, ,在兩層的界面上經(jīng)過多次全反射在兩層的界面上經(jīng)過多次全反射, ,從另一端射出從另一端射出, ,光光 導(dǎo)纖維可以遠(yuǎn)距離傳播光導(dǎo)纖維可以遠(yuǎn)距離傳播光, ,光信號(hào)又可以轉(zhuǎn)換成電信號(hào)光信號(hào)又可以轉(zhuǎn)換成電信號(hào), ,進(jìn)而變?yōu)槁曇?、圖像。

24、進(jìn)而變?yōu)槁曇?、圖像。 【問題探究問題探究】 情境情境: : 如圖所示是光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示是光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)示意圖, ,其內(nèi)芯和外套由兩種光學(xué)性能不同的介質(zhì)構(gòu)其內(nèi)芯和外套由兩種光學(xué)性能不同的介質(zhì)構(gòu) 成成, ,內(nèi)芯對(duì)光的折射率要比外套對(duì)光的折射率高。內(nèi)芯對(duì)光的折射率要比外套對(duì)光的折射率高。 討論討論: : 在制作光導(dǎo)纖維時(shí)在制作光導(dǎo)纖維時(shí), ,選用的材料為什么要求內(nèi)芯對(duì)光的折射率要比外套對(duì)光的折選用的材料為什么要求內(nèi)芯對(duì)光的折射率要比外套對(duì)光的折 射率高射率高? ? 提示提示: :光只有滿足從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)光只有滿足從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì), ,才會(huì)發(fā)生全反射。而光導(dǎo)纖維要傳才會(huì)發(fā)生全

25、反射。而光導(dǎo)纖維要傳 播加載了信息的光播加載了信息的光, ,需要所有光在內(nèi)芯中經(jīng)過若干次反射后需要所有光在內(nèi)芯中經(jīng)過若干次反射后, ,全部到達(dá)目的地全部到達(dá)目的地, ,所所 以需要發(fā)生全反射以需要發(fā)生全反射, ,故內(nèi)芯對(duì)光的折射率必須要比外套對(duì)光的折射率高。故內(nèi)芯對(duì)光的折射率必須要比外套對(duì)光的折射率高。 【典例示范典例示范】 【典例典例】如圖是一段長為如圖是一段長為L L的直線段光導(dǎo)纖維內(nèi)芯的直線段光導(dǎo)纖維內(nèi)芯, ,一單色光從左端面射入光纖一單色光從左端面射入光纖, , 已知光纖對(duì)該單色光的折射率為已知光纖對(duì)該單色光的折射率為n,n,光在真空中傳播速度大小為光在真空中傳播速度大小為c c。 (

26、1)(1)求該單色光在光纖中傳播的最短時(shí)間。求該單色光在光纖中傳播的最短時(shí)間。 (2)(2)已知光纖對(duì)該單色光的折射率已知光纖對(duì)該單色光的折射率n= ,n= ,當(dāng)該單色光以入射角當(dāng)該單色光以入射角i=45i=45從左端面射從左端面射 入入, ,求此單色光從左端面?zhèn)鞑サ接叶嗣嫠玫臅r(shí)間。求此單色光從左端面?zhèn)鞑サ接叶嗣嫠玫臅r(shí)間。 2 【解析解析】(1)(1)當(dāng)光線垂直于左端面射入時(shí)當(dāng)光線垂直于左端面射入時(shí), ,光傳播的路徑最短光傳播的路徑最短x=Lx=L 由由n= n= 得光在光纖中傳播速度大小為得光在光纖中傳播速度大小為v= v= 光在光纖中傳播的最短時(shí)間為光在光纖中傳播的最短時(shí)間為t= t=

27、 聯(lián)立解得聯(lián)立解得t= t= c n x v nL c c v (2)(2)由于由于n= ,n= ,得得r=30r=30 該單色光在光纖中的路程該單色光在光纖中的路程s= s= 傳播時(shí)間傳播時(shí)間t= t= 由得由得,t= ,t= 答案答案: :(1) (1) (2) (2) sini sinr L2 3 L cosr3 s v 2 6L 3c 2 6L 3c nL c 【素養(yǎng)訓(xùn)練素養(yǎng)訓(xùn)練】 1.1.光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)如圖所示光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)如圖所示, ,其內(nèi)芯和外套材料不同其內(nèi)芯和外套材料不同, ,光在內(nèi)芯中傳播。以下關(guān)光在內(nèi)芯中傳播。以下關(guān) 于光導(dǎo)纖維的說法正確的是于光導(dǎo)纖維的說法正確的是( ()

28、 ) A.A.內(nèi)芯的折射率比外套的大內(nèi)芯的折射率比外套的大, ,光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射 B.B.內(nèi)芯的折射率比外套的小內(nèi)芯的折射率比外套的小, ,光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射 C.C.內(nèi)芯的折射率比外套的小內(nèi)芯的折射率比外套的小, ,光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生折射光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生折射 D.D.內(nèi)芯的折射率與外套的相同內(nèi)芯的折射率與外套的相同, ,外套的材料有韌性外套的材料有韌性, ,可以起保護(hù)作用可以起保護(hù)作用 【解析解析】選選A A。光導(dǎo)纖維內(nèi)芯的折射率比外套的大。光導(dǎo)

29、纖維內(nèi)芯的折射率比外套的大, ,光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界 面上發(fā)生全反射面上發(fā)生全反射, ,故選項(xiàng)故選項(xiàng)A A對(duì)對(duì), ,選項(xiàng)選項(xiàng)B B、C C、D D錯(cuò)誤。錯(cuò)誤。 2.(20202.(2020桂林高二檢測(cè)桂林高二檢測(cè)) )如圖所示為單反照相機(jī)取景器的示意圖如圖所示為單反照相機(jī)取景器的示意圖, ,五邊形五邊形ABCDEABCDE 為五棱鏡的一個(gè)截面為五棱鏡的一個(gè)截面,ABBC,ABBC。光線垂直。光線垂直ABAB射入射入, ,分別在分別在CDCD和和EAEA上發(fā)生反射上發(fā)生反射, ,且兩且兩 次反射的入射角相等次反射的入射角相等, ,最后光線垂直最后光線垂直BCBC射出。

30、若兩次反射都為全反射射出。若兩次反射都為全反射, ,則該五棱則該五棱 鏡折射率的最小值是鏡折射率的最小值是( (計(jì)算結(jié)果可用三角函數(shù)表示計(jì)算結(jié)果可用三角函數(shù)表示) )( () ) 11 A.nB.n sin22.5sin45 11 C.nD.n cos22.5cos45 【解析解析】選選A A。作圖可知。作圖可知,=,=,又又+=90+=90, ,可得入射角可得入射角 =22.5=22.5, ,則折射率最小值則折射率最小值n= ,n= ,故選項(xiàng)故選項(xiàng)A A正確。正確。 1 sin22.5 3.(20203.(2020江蘇高考江蘇高考) )我國的光纖通信技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。光纖內(nèi)芯我國的光纖通

31、信技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。光纖內(nèi)芯( (內(nèi)層玻內(nèi)層玻 璃璃) )的折射率比外套的折射率比外套( (外層玻璃外層玻璃) )的的( (選填選填“大大”或或“小小”) )。某種光纖。某種光纖 的內(nèi)芯在空氣中全反射的臨界角為的內(nèi)芯在空氣中全反射的臨界角為4343, ,則該內(nèi)芯的折射率為則該內(nèi)芯的折射率為。( (取取 sin43sin43=0.68,cos43=0.68,cos43=0.73,=0.73,結(jié)果保留結(jié)果保留2 2位有效數(shù)字位有效數(shù)字) 【解析解析】全反射發(fā)生在光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)全反射發(fā)生在光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí), ,所以為了使光在內(nèi)芯和外所以為了使光在內(nèi)芯和外 套的界面上發(fā)生全反

32、射套的界面上發(fā)生全反射, ,光纖內(nèi)芯的折射率比外套的折射率大光纖內(nèi)芯的折射率比外套的折射率大, ,這樣才能保證信這樣才能保證信 息的傳輸。息的傳輸。 該內(nèi)芯的折射率為該內(nèi)芯的折射率為n=n= =1.5=1.5 答案答案: :大大1.51.5 11 sin430.68 【拓展例題拓展例題】考查內(nèi)容考查內(nèi)容: :全反射中光線范圍的確定全反射中光線范圍的確定 【典例典例】如圖所示如圖所示, ,在桌面上有一倒立的玻璃圓錐在桌面上有一倒立的玻璃圓錐, ,其頂點(diǎn)恰好與桌面接觸其頂點(diǎn)恰好與桌面接觸, ,圓錐圓錐 的軸的軸( (圖中虛線圖中虛線) )與桌面垂直與桌面垂直, ,過軸線的截面為等邊三角形。有一半徑

33、為過軸線的截面為等邊三角形。有一半徑為r r的圓柱的圓柱 形平行光束垂直入射到圓錐的底面上形平行光束垂直入射到圓錐的底面上, ,光束的中心軸與圓錐的軸重合。已知玻璃光束的中心軸與圓錐的軸重合。已知玻璃 的折射率為的折射率為1.5,1.5,則光束在桌面上形成的光斑半徑為則光束在桌面上形成的光斑半徑為( () ) A.rA.r B.1.5rB.1.5r C.2rC.2rD.2.5rD.2.5r 【解析解析】選選C C。由。由sin C= ,sin C= ,即即C60C60, ,故光線首先發(fā)生全反射故光線首先發(fā)生全反射, ,作作 出光路圖如圖所示出光路圖如圖所示, ,由圖中幾何關(guān)系可得由圖中幾何關(guān)系

34、可得rtan 60rtan 60=(R+r)tan 30=(R+r)tan 30, ,故故R=2r,R=2r,所所 以選項(xiàng)以選項(xiàng)C C正確。正確。 1123 n1.532 課堂檢測(cè)課堂檢測(cè)素養(yǎng)達(dá)標(biāo)素養(yǎng)達(dá)標(biāo) 1.1.已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分別為已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分別為1.331.33、1.551.55、1.601.60和和1.63,1.63,如如 果光按下面幾種方式傳播果光按下面幾種方式傳播, ,可能發(fā)生全反射的是可能發(fā)生全反射的是 ( () ) A.A.從水晶射入玻璃從水晶射入玻璃B.B.從水射入二硫化碳從水射入二硫化碳 C.C.從玻璃射入水中從玻璃射入水中D.

35、D.從水射入水晶從水射入水晶 【解析解析】選選C C。光只有從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)才可能發(fā)生全反射。光只有從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)才可能發(fā)生全反射, ,從水晶射入從水晶射入 玻璃、從水射入二硫化碳玻璃、從水射入二硫化碳, ,從水射入水晶都是從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)從水射入水晶都是從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì), ,都不可都不可 能發(fā)生全反射能發(fā)生全反射, ,故選項(xiàng)故選項(xiàng)A A、B B、D D錯(cuò)誤錯(cuò)誤; ;從玻璃射入水中是從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)從玻璃射入水中是從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì), , 有可能發(fā)生全反射有可能發(fā)生全反射, ,故選項(xiàng)故選項(xiàng)C C正確。正確。 2.2.如圖表示光線從介質(zhì)如圖表示光線從介質(zhì)2 2

36、射入介質(zhì)射入介質(zhì)1 1發(fā)生全反射的情景發(fā)生全反射的情景, ,下列說法正確的是下列說法正確的是 ( () ) A.A.介質(zhì)介質(zhì)1 1的折射率大于介質(zhì)的折射率大于介質(zhì)2 2的折射率的折射率, ,臨界角小于臨界角小于 B.B.介質(zhì)介質(zhì)1 1的折射率大于介質(zhì)的折射率大于介質(zhì)2 2的折射率的折射率, ,臨界角大于臨界角大于 C.C.介質(zhì)介質(zhì)2 2的折射率大于介質(zhì)的折射率大于介質(zhì)1 1的折射率的折射率, ,臨界角不大于臨界角不大于 D.D.介質(zhì)介質(zhì)2 2的折射率大于介質(zhì)的折射率大于介質(zhì)1 1的折射率的折射率, ,臨界角不小于臨界角不小于 【解析解析】選選C C。只有當(dāng)光由折射率大的介質(zhì)射入折射率小的介質(zhì)時(shí)

37、才會(huì)發(fā)生全反。只有當(dāng)光由折射率大的介質(zhì)射入折射率小的介質(zhì)時(shí)才會(huì)發(fā)生全反 射射, ,故介質(zhì)故介質(zhì)2 2的折射率大于介質(zhì)的折射率大于介質(zhì)1 1的折射率的折射率; ;只有當(dāng)入射角大于等于臨界角時(shí)才會(huì)只有當(dāng)入射角大于等于臨界角時(shí)才會(huì) 發(fā)生全反射發(fā)生全反射; ;綜上可知綜上可知, ,選項(xiàng)選項(xiàng)C C正確。正確。 3.(3.(多選多選) )如圖所示如圖所示,ABDC,ABDC是兩面平行的透明玻璃是兩面平行的透明玻璃,AB,AB面和面和CDCD面平行面平行, ,它們是玻璃和它們是玻璃和 空氣的界面空氣的界面, ,設(shè)為界面設(shè)為界面1 1和界面和界面2 2。光線從界面。光線從界面1 1射入玻璃磚射入玻璃磚, ,再

38、從界面再從界面2 2射出射出, ,回到回到 空氣中空氣中, ,如果改變光到達(dá)界面如果改變光到達(dá)界面1 1時(shí)的入射角時(shí)的入射角, ,則則( () ) A.A.只要入射角足夠大只要入射角足夠大, ,光線在界面光線在界面1 1上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 B.B.只要入射角足夠大只要入射角足夠大, ,光線在界面光線在界面2 2上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 C.C.不管入射角多大不管入射角多大, ,光線在界面光線在界面1 1上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 D.D.光線穿過玻璃磚后傳播方向不變光線穿過玻璃磚后傳播方向不變, ,只發(fā)生側(cè)移只發(fā)生側(cè)移 【解析解析】選

39、選C C、D D。發(fā)生全反射的條件必須是光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)。發(fā)生全反射的條件必須是光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì), ,所以不所以不 管入射角多大管入射角多大, ,光線在界面光線在界面1 1上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象, ,故故A A錯(cuò)誤錯(cuò)誤,C,C正確正確; ;根據(jù)幾根據(jù)幾 何知識(shí)可知何知識(shí)可知: :光經(jīng)過界面光經(jīng)過界面2 2上的入射角與在界面上的入射角與在界面1 1上的折射角相等上的折射角相等, ,根據(jù)光路可逆根據(jù)光路可逆 性可知性可知: :不管入射角多大不管入射角多大, ,光線在界面光線在界面2 2上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象, ,故故B B錯(cuò)誤錯(cuò)誤; ;根根 據(jù)光路可逆性可知據(jù)光路可逆性可知: :從從1 1射向射向2 2時(shí)的入射角等于從時(shí)的入射角等于從2 2射向射向1 1的折射角的折射角, ,即入射光線和即入射光線和 出射光線與玻璃磚的夾角相同出射光線與玻璃磚的夾角相同, ,故光線穿過玻璃磚后傳播方向不變故光線穿過玻璃磚后傳播方向不變, ,只發(fā)生側(cè)只發(fā)生側(cè) 移移,D,D正確。正確。 4.4.一束光從某介質(zhì)進(jìn)