新課改高中物理選修一同步專題講義：18 B全反射 中檔版（學(xué)生版）

全反射知識(shí)點(diǎn)：全反射一、全反射1．光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)(1)光疏介質(zhì)：折射率較小(填“大”或“小”)的介質(zhì)．(2)光密介質(zhì)：折射率較大(填“大”或“小”)的介質(zhì)．(3)光疏介質(zhì)與光密介質(zhì)是相對(duì)(填“相對(duì)”或“絕對(duì)”)的．2．全反射現(xiàn)象(1)全反射：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．若入射角增大到某一角度，折射光線完全消失，只剩下反射光線的現(xiàn)象．(2)臨界角：剛好發(fā)生全反射，即折射角等于90°時(shí)的入射角．用字母C表示，光從介質(zhì)射入空氣(真空)時(shí)，發(fā)生全反射的臨界角C與介質(zhì)的折射率n的關(guān)系是sinC＝eq\f(1,n).(3)全反射發(fā)生的條件①光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)．②入射角等于或大于臨界角．二、全反射棱鏡1．形狀：截面為等腰直角三角形的棱鏡．2．全反射棱鏡的特點(diǎn)：當(dāng)光垂直于它的一個(gè)界面射入后，都會(huì)在其內(nèi)部發(fā)生全反射，與平面鏡相比，它的反射率很高．三、光導(dǎo)纖維1．原理：利用了光的全反射．2．構(gòu)造：由內(nèi)芯和外套兩層組成．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．3．光導(dǎo)纖維除應(yīng)用于光纖通信外，還可應(yīng)用于醫(yī)學(xué)上的內(nèi)窺鏡等．4．光纖通信的優(yōu)點(diǎn)是傳輸容量大、衰減小、抗干擾性及保密性強(qiáng)等．技巧點(diǎn)撥一、全反射1．光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)(1)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)的比較光的傳播速度折射率光疏介質(zhì)大小光密介質(zhì)小大(2)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)光疏和光密是從介質(zhì)的光學(xué)特性來說的，并不是它的密度大?。?，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介質(zhì)．2．全反射(1)全反射的條件：①光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)．②入射角大于或等于臨界角．(2)從能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)，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，即折射光線的能量減小，反射光強(qiáng)度增強(qiáng)，能量增加，當(dāng)入射角達(dá)到臨界角時(shí)，折射光線強(qiáng)度減弱到零，反射光的能量等于入射光的能量．3．不同色光的臨界角：不同顏色的光由同一介質(zhì)射向空氣或真空時(shí)，頻率越高的光的臨界角越小，越易發(fā)生全反射，說明頻率越高的色光在同一種介質(zhì)中的折射率越大．二、全反射棱鏡全反射棱鏡改變光路的幾種情況入射方式項(xiàng)目方式一方式二方式三光路圖入射面ABACAB全反射面ACAB、BCAC光線方向改變角度90°180°0°(發(fā)生側(cè)移)三、光導(dǎo)纖維1．構(gòu)造及傳播原理(1)構(gòu)造：光導(dǎo)纖維是一種透明的玻璃纖維絲，直徑只有幾微米到一百微米，如圖5所示，它是由內(nèi)芯和外套兩層組成的，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率．圖5(2)傳播原理：光由一端進(jìn)入，在兩層的界面上經(jīng)過多次全反射，從另一端射出，光導(dǎo)纖維可以遠(yuǎn)距離傳播光信號(hào)，光信號(hào)又可以轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，進(jìn)而變?yōu)槁曇簟D像．2．光導(dǎo)纖維的折射率：設(shè)光導(dǎo)纖維的折射率為n，當(dāng)入射角為θ1時(shí)，進(jìn)入光導(dǎo)纖維的光線傳到側(cè)面恰好發(fā)生全反射，則有：sinC＝eq\f(1,n)，n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，C＋θ2＝90°，由以上各式可得：sinθ1＝eq\r(n2－1).由圖6可知：當(dāng)θ1增大時(shí)，θ2增大，由光導(dǎo)纖維射向空氣的光線的入射角θ減小，當(dāng)θ1＝90°時(shí)，若θ＝C，則所有進(jìn)入光導(dǎo)纖維中的光線都能發(fā)生全反射，即解得n＝eq\r(2).圖6以上是光從光導(dǎo)纖維射向真空時(shí)得到的折射率，由于光導(dǎo)纖維包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比eq\r(2)大些．例題精練1．（重慶期末）a、b兩束單色光從水中射向空氣發(fā)生全反射時(shí)，a光的臨界角大于b光的臨界角，下列說法正確的是（）A．以相同的入射角從空氣斜射入水中，a光的折射角大 B．分別通過同一雙縫干涉裝置，b光形成的相鄰亮條紋間距大 C．在水中，a光的傳播速度較小 D．通過同一玻璃三棱鏡，a光的偏折程度大2．（寶雞期末）一束光從某種介質(zhì)射向空氣時(shí)發(fā)生全反射的臨界角是37°，則該束光在介質(zhì)與空氣中的傳播速度之比是（）A．3：4 B．4：3 C．5：3 D．3：5隨堂練習(xí)1．（鼓樓區(qū)校級(jí)模擬）光纖通信采用的光導(dǎo)纖維由內(nèi)芯和外套組成，如圖所示，一復(fù)色光以入射角θ0射入光導(dǎo)纖維后分為a、b兩束單色光，a、b兩單色光在內(nèi)芯和外套界面發(fā)生全反射，下列說法正確的是（）A．內(nèi)芯折射率小于外套的折射率 B．a(chǎn)光光子的能量大于b光光子的能量 C．在內(nèi)芯介質(zhì)中單色光a的傳播速度比b大 D．入射角由θ0逐漸增大時(shí)，b光全反射現(xiàn)象先消失2．（肥城市模擬）打磨某剖面如圖所示的寶石時(shí)，必須將OP、OQ邊與軸線的夾角θ打磨在θ1＜θ＜θ2的范圍內(nèi)，才能使從MN邊垂直入射的光線，在OP和OQ邊都發(fā)生全反射，僅考慮如圖所示的光線第一次射到OP邊并反射到OQ邊的情況，則下列判斷正確的是（）A．若θ＜θ2，光線會(huì)在OP邊射出 B．若θ＜θ1，光線會(huì)在OP邊發(fā)生全反射 C．若θ＞θ2，光線會(huì)在OP邊發(fā)生全反射 D．若θ＞θ2，光線會(huì)在OQ邊射出3．（房山區(qū)一模）關(guān)于光現(xiàn)象下列說法正確的是（）A．用光導(dǎo)纖維傳播信號(hào)，是利用了光的全反射原理 B．光電效應(yīng)現(xiàn)象說明光具有波動(dòng)性 C．通過游標(biāo)卡尺兩個(gè)卡腳間狹縫，看到的遠(yuǎn)處日光燈的彩色條紋是光的干涉條紋 D．在光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，若僅將入射光強(qiáng)度增大，則干涉條紋間距變寬綜合練習(xí)一．選擇題（共30小題）1．（墊江縣校級(jí)月考）下列說法正確的是（）A．物體做受迫振動(dòng)的頻率等于固有頻率 B．光纖通信利用了光的全反射原理 C．用同一套裝置做楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，光的波長(zhǎng)越大，相鄰兩亮條紋中心間距越小 D．根據(jù)狹義相對(duì)論，物體運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量小于靜止時(shí)的質(zhì)量2．（泰安期末）如圖所示，圓心為O、半徑為R的半圓形玻璃磚置于水平桌面上，光線從P點(diǎn)垂直界面入射后，恰好在玻璃磚圓形表面發(fā)生全反射；當(dāng)入射角θ＝60°時(shí)，光線從玻璃磚圓形表面出射后恰好與射光平行。已知真空中的光速為c，則（）A．當(dāng)入射角θ＝60°時(shí)，光在玻璃中的傳播時(shí)間為23B．當(dāng)入射角θ＝60°時(shí)，光在玻璃中的傳播時(shí)間為2RcC．OP之間的距離為22RD．OP之間的距離為233．（寧陽縣校級(jí)月考）下列有關(guān)光學(xué)現(xiàn)象的說法正確的是（）A．光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，若入射角小于臨界角，則一定發(fā)生全反射 B．光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，其頻率不變，傳播速度變小 C．光可以作為載體來傳遞信息 D．光在各種介質(zhì)中的速度相同4．（皇姑區(qū)校級(jí)月考）關(guān)于光在傳播過程中所表現(xiàn)的現(xiàn)象，下列說法不正確的是（）A．用光導(dǎo)纖維束傳輸圖象和信息，利用了光的全反射原理 B．白光通過分光鏡在光屏上形成的彩色光帶是光的色散現(xiàn)象 C．光的偏振現(xiàn)象說明光是一種橫波 D．涂有增透膜的照相機(jī)鏡頭呈淡紫色，說明增透膜增強(qiáng)了對(duì)淡紫色光的透色程度5．（市中區(qū)校級(jí)月考）下列物理知識(shí)說法中錯(cuò)誤的是（）A．在真空中傳播的電磁波，頻率越大，波長(zhǎng)越短 B．讓藍(lán)光和綠光通過同一雙縫干涉裝置，綠光形成的干涉條紋間距較大 C．光纖通信、全息照相及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都是利用了光的全反射原理 D．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，往往在鏡頭前加裝一個(gè)偏振片以減弱玻璃反射光的影響6．（慈溪市期末）下列有關(guān)光現(xiàn)象的說法正確的是（）A．照相機(jī)的鏡頭表面鍍有一層膜、全息照相技術(shù)都是應(yīng)用了光的干涉 B．光導(dǎo)纖維內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面發(fā)生全反射 C．白光穿過玻璃磚時(shí)，各單色光傳播速度不相等，紅光速度最小，紫光速度最大 D．在太陽光照射下，水面上油膜出現(xiàn)彩色花紋是光的全反射現(xiàn)象7．（南通期末）2020年5月，我國(guó)第一臺(tái)半導(dǎo)體激光隱形晶圓切割機(jī)研制成功。如圖所示，兩平行細(xì)激光束a、b射向空氣中足夠大的長(zhǎng)方體透明材料的下表面，發(fā)現(xiàn)該材料的上表面只有一處有光線射出，則（）A．激光a的折射率大于激光b的折射率 B．激光a的頻率小于激光b的頻率 C．兩束激光a、b在材料的上表面發(fā)生了干涉 D．有一束激光在材料的上表面發(fā)生了全反射8．（諸城市期中）光線以45°入射角從玻璃中射到玻璃與空氣的界面上，恰好沒有光線射到空氣中，則光線在該玻璃中的傳播速度為（）A．1.732×108m/s B．3.000×108m/s C．2.121×108m/s D．3.464×108m/s9．（浙江模擬）下列有關(guān)光現(xiàn)象的說法不正確的是（）A．泊松亮斑是光的衍射現(xiàn)象 B．在水中的潛水員斜向上看岸邊的物體，看到的像比物體所處的實(shí)際位置高 C．高反膜對(duì)某頻段的光可達(dá)到接近100%的反射率，其利用的是光的全反射現(xiàn)象 D．拍攝玻璃櫥窗內(nèi)的物品時(shí)，往往在鏡頭前加裝偏振片以減弱玻璃表面反射光的影響10．（杭州期末）如圖，一半徑為R的玻璃半球，折射率為1.5，現(xiàn)有一束均勻的平行光垂直入射到整個(gè)半球的底面上，進(jìn)入玻璃半球的光線中不可能直接從半球面出射的百分比為（）A．66.7% B．55.6% C．44.4% D．33.3%11．（淮安區(qū)期中）某種透明液體的折射率為2，關(guān)于全反射下列說法正確的是（）A．光從空氣進(jìn)入該液體時(shí)臨界角為30° B．光從空氣進(jìn)入該液體時(shí)臨界角為60° C．光從該液體進(jìn)入空氣時(shí)臨界角為30° D．光從該液體進(jìn)入空氣時(shí)臨界角為60°12．（湖北期中）小明同學(xué)在2018年1月31日晚觀看月全食時(shí)，看到了暗淡的“血月”。小明畫了月全食的示意圖，并提出了如下猜想，其中最為合理的是（）A．太陽光中的紅光經(jīng)過地球大氣層最容易發(fā)生全反射，在地球上容易觀察到紅光 B．太陽光中的紅光經(jīng)過地球時(shí)發(fā)生了衍射現(xiàn)象，故月球表面呈暗紅色 C．太陽照射到地球的紅光反射到月球，呈暗紅色 D．發(fā)生月全食時(shí)，月球處于地球的本影區(qū)，故月球看上去十分暗淡13．（河北區(qū)二模）兩束單色光A、B的波長(zhǎng)分別為λA、λB，且λA＝2λB，已知普朗克常量為h、光速為c，則下列說法正確的是（）A．B光在水中發(fā)生全反射時(shí)的臨界角較大 B．用同一裝置進(jìn)行楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以觀察到B光產(chǎn)生的條紋間距較大 C．A、B兩種光子的動(dòng)量之比為2：1 D．光電效應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，單色光A照射某金屬板時(shí)，剛好有光電子從金屬表面逸出。當(dāng)單色光B照射該金屬板時(shí)，光電子的最大初動(dòng)能為hc14．（聊城二模）如圖甲所示，這是某學(xué)?？萍蓟顒?dòng)小組設(shè)計(jì)的光電煙霧探測(cè)器，當(dāng)有煙霧進(jìn)入探測(cè)器時(shí)，來自光源S的光會(huì)被煙霧散射進(jìn)入光電管C如圖乙所示。煙霧濃度越大，進(jìn)入光電管C中的光就越強(qiáng)，光射到光電管中的鈉表面時(shí)會(huì)產(chǎn)生光電流，當(dāng)光電流大于10﹣8A時(shí)，便會(huì)觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警。已知鈉的極限頻率為6.0×1014Hz，光速c＝3.0×108m/s，元電荷e＝1.6×10﹣19C，下列說法正確的是（）A．要使探測(cè)器正常工作，光源S發(fā)出的光的波長(zhǎng)不能小于5.0×10﹣7m B．探測(cè)器正常工作時(shí)，提高光源發(fā)出光的頻率，就能讓報(bào)警器在煙霧濃度較低時(shí)報(bào)警 C．光電管C中能發(fā)生光電效應(yīng)是因?yàn)楣獍l(fā)生了全反射 D．當(dāng)報(bào)警器報(bào)警時(shí)，鈉表面每秒釋放的光電子數(shù)最少是6.25×1010個(gè)15．（浙江模擬）已知聲波在兩介質(zhì)分界處傳播遵循的規(guī)律與光的折射規(guī)律類似，可以表達(dá)為n=sinθ1sinθ2=A．v0＝v1＝v2 B．v0＜v1，v0＜v2 C．v0＞v1，v0＜v2 D．v0＞v1，v0＞v216．（恩施市模擬）關(guān)于光的全反射現(xiàn)象，下列說法錯(cuò)誤的是（）A．只有光從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(shí)，可能發(fā)生全反射 B．全反射臨界角和介質(zhì)的折射率有關(guān) C．全反射反射率比平面鏡反射率高 D．“光纖通信”就是利用了全反射的原理17．（海南模擬）紅、黃、綠三種單色光以相同的入射角從水中射向空氣，若綠光在界面上恰好發(fā)生全反射，則下列判斷正確的是（）A．黃光一定能發(fā)生全反射 B．紅光一定能發(fā)生全反射 C．黃光在水中的波長(zhǎng)比紅光在水中的波長(zhǎng)長(zhǎng) D．這三種單色光相比，紅光在水中傳播的速率最大18．（敘州區(qū)校級(jí)月考）下列說法正確的是（）A．單縫衍射實(shí)驗(yàn)中，縫越寬，條紋越亮，衍射現(xiàn)象越明顯 B．光纖通信，醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都利用了光的全反射原理 C．機(jī)械波傳播過程中，某質(zhì)點(diǎn)在一個(gè)周期內(nèi)向前移動(dòng)一個(gè)波長(zhǎng)的距離 D．地球上的人看來，接近光速運(yùn)動(dòng)的飛船中的時(shí)鐘變快了19．（濰坊期末）如圖，在某種液體內(nèi)，有一軸截面為正三角形的薄壁透明圓錐罩ABC，底面水平，罩內(nèi)為空氣。發(fā)光點(diǎn)D位于AB中點(diǎn)，發(fā)出的垂直于BC的光恰好不能射出液面。下列說法正確的是（）A．D發(fā)出的光照射到CB界面時(shí)可能發(fā)生全反射 B．液面上方能夠看到透明罩所有位置都被照亮 C．液體的折射率為23D．液體的折射率為320．（順義區(qū)校級(jí)模擬）如圖所示是某種頻率的光常溫下從真空向介質(zhì)入射時(shí)幾種介質(zhì)對(duì)真空的折射率，由表中數(shù)據(jù)結(jié)合相關(guān)知識(shí)可以知道（）介質(zhì)折射率介質(zhì)折射率金剛石2.42巖鹽1.55二氧化碳1.63酒精1.36玻璃1.5﹣1.8水1.33水晶1.55空氣1.00028A．這種光在玻璃中的速度大于在水中的速度 B．這種頻率的光用同一裝置在水中進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的條紋間距大于在空氣中觀測(cè)的條紋間距 C．光密介質(zhì)的密度一定大于光疏介質(zhì)密度 D．這種頻率的光從水晶射入空氣比從水射入空氣更容易發(fā)生全反射21．（本溪縣校級(jí)期末）一束光在兩種介質(zhì)的界面處發(fā)生全反射，下列判斷正確的是（）A．光一定是由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì) B．光一定是由光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì) C．入射角一定大于臨界角 D．入射角一定小于臨界角22．（杭州期中）如圖所示，將透明長(zhǎng)方體放在空氣中，矩形ABCD是它的一個(gè)截面，將a、b兩種單色細(xì)光束射入到P點(diǎn)，入射角為θ＝45°，AP=1A．在介質(zhì)中b光比a光速度大 B．a(chǎn)光在介質(zhì)中的折射n=5C．若要a光束在AD面上發(fā)生全反射，θ角的范圍應(yīng)滿足π4＜θD．改變?nèi)肷浣铅鹊拇笮?，b光一定可以從AD面射出23．（西湖區(qū)校級(jí)模擬）在自然界、日常生活和科學(xué)技術(shù)中，有關(guān)光的四種現(xiàn)象，其中與光的全反射有關(guān)的是（）①沙漠中的蜃景②露水珠或噴泉的水珠，在陽光照耀下格外明亮③插在水中的筷子看起來向上折了④應(yīng)用光導(dǎo)纖維傳輸圖象信號(hào)A．①②③ B．①③④ C．①②④ D．②③④24．（梅河口市校級(jí)月考）華裔科學(xué)家高錕獲得2009年諾貝爾物理獎(jiǎng)，他被譽(yù)為“光纖通訊之父”。光纖通訊中信號(hào)傳播的主要載體是光導(dǎo)纖維，它的結(jié)構(gòu)如圖所示，其內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播。下列關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法中正確的是（）A．內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上不能發(fā)生全反射 B．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 C．在光纖中折射率大的光傳播的速度大 D．在光纖中折射率小的光傳播的速度大25．（邢臺(tái)月考）夏天，柏油路面看上去有“水”，這是由于（）A．光的折射 B．光的全反射 C．光的衍射 D．光的干涉26．（五蓮縣期中）下列現(xiàn)象中，屬于光的全反射現(xiàn)象的是（）A．陽光下的鏡子耀眼 B．雨后天邊出現(xiàn)彩虹 C．早晨東方天邊出現(xiàn)紅色朝霞 D．荷葉上的水珠在陽光下晶瑩透亮27．（海淀區(qū)模擬）光纖主要由折射率較大的纖芯與折射率較小的外套組成。在光纖中傳輸