2019-2020學(xué)年高考物理 主題3 光及其應(yīng)用 2 全反射學(xué)案（必修1）

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1、2　全反射 [學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求]　 物理觀念：1.知道什么是光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)，理解它們具有相對(duì)性.2.理解全反射現(xiàn)象，掌握臨界角的概念和全反射的條件.3.了解全反射棱鏡和光導(dǎo)纖維. 科學(xué)思維：利用全反射條件，應(yīng)用臨界角公式解答相關(guān)問(wèn)題. 科學(xué)探究：采用實(shí)驗(yàn)觀察、猜想、驗(yàn)證、歸納的方法得出全反射現(xiàn)象的發(fā)生條件、臨界角概念等. 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

2、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(xiàn)完全消失，只剩下反射光線(xiàn)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＝. (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) (1)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. (2)反射面不必涂敷任何反光物質(zhì)，反射時(shí)失真小. 三、光導(dǎo)纖

3、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.光纖通信的優(yōu)點(diǎn)是容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng)等. 4.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. 1.判斷下列說(shuō)法的正誤. (1)入射角大于臨界角就會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象.(　×　) (2)光密介質(zhì)是指密度大的介質(zhì).(　×　) (3)制作全反射棱鏡的材料的折射率一定大于.(　×　) (4)光在光導(dǎo)纖維中的傳播速度小于真空中的光速c.(　√　) 2.一束光從某介質(zhì)進(jìn)入真空，方向如圖1所示，則該介質(zhì)的折射率為_(kāi)_______；逐漸增大

4、入射角，光線(xiàn)將______(填“能”或“不能”)發(fā)生全反射；若使光發(fā)生全反射，應(yīng)使光從______射入________，且入射角大于等于________. 圖1 答案　　能　介質(zhì)　真空　45° 一、全反射 當(dāng)光從水中射向與玻璃的交界面時(shí)，只要入射角足夠大就會(huì)發(fā)生全反射，這種說(shuō)法正確嗎？為什么？ 答案　不正確.要發(fā)生全反射必須是光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì).而水相對(duì)玻璃是光疏介質(zhì)，所以不管入射角多大都不可能發(fā)生全反射. 1.全反射現(xiàn)象 (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)全反射遵循的規(guī)律：①發(fā)生全反射時(shí)，光全部返回

5、原介質(zhì)，入射光與反射光遵循光的反射定律.②全反射的臨界角C和折射率n的關(guān)系：sinC＝. (3)從能量角度來(lái)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(xiàn)強(qiáng)度減弱，能量減小，反射光線(xiàn)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(xiàn)強(qiáng)度減弱到零，反射光線(xiàn)的能量等于入射光線(xiàn)的能量. 2.不同色光的臨界角：由于不同顏色(頻率不同)的光在同一介質(zhì)中的折射率不同.頻率越大的光，折射率也越大，所以不同顏色的光由同一介質(zhì)射向空氣或真空時(shí)，頻率越大的光的臨界角越小，越易發(fā)生全反射. 例1　某種介質(zhì)對(duì)空氣的折射率是，一束光從該介質(zhì)射向空氣，入射角是60°，則下列光路

6、圖中正確的是(圖中Ⅰ為空氣，Ⅱ?yàn)榻橘|(zhì))(　　) 答案　D 解析　由題意知，光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，由sinC＝＝，得C＝45°＜θ＝60°，故在兩介質(zhì)的界面上會(huì)發(fā)生全反射，只有反射光線(xiàn)，沒(méi)有折射光線(xiàn)，故選項(xiàng)D正確. 二、全反射棱鏡 如圖所示，已知玻璃的折射率為1.5，甲圖中當(dāng)光線(xiàn)垂直BC面入射時(shí)，光線(xiàn)到達(dá)AC面的入射角是多少？能否發(fā)生全反射？乙圖中當(dāng)光線(xiàn)垂直AC面入射時(shí)，光線(xiàn)到達(dá)AB面的入射角是多少？能否發(fā)生全反射？ 答案　45°　能發(fā)生全反射　45°　能發(fā)生全反射 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

7、 入射面 AB AC AB 全反射面 AC AB、BC AC 光線(xiàn)方向改變角度 90° 180° 0°(發(fā)生側(cè)移) 例2　空氣中兩條光線(xiàn)a和b從方框左側(cè)入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線(xiàn)如圖2所示.方框內(nèi)有兩個(gè)折射率n＝1.5的全反射玻璃棱鏡.下列選項(xiàng)給出了兩棱鏡的四種放置方式的示意圖.其中能產(chǎn)生圖中效果的是(　　) 圖2 答案　B 解析　四個(gè)選項(xiàng)的光路圖如圖所示： 可知B項(xiàng)正確. 三、光導(dǎo)纖維 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)成.構(gòu)成內(nèi)芯和外套的兩種介質(zhì)，哪個(gè)折射率大？為什么？ 答

8、案　內(nèi)芯的折射率大.因?yàn)楫?dāng)內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率時(shí)，光在傳播時(shí)能發(fā)生全反射，光線(xiàn)經(jīng)過(guò)多次全反射后能從一端傳到另一端. 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3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3 (2)傳播原理：光由一端進(jìn)入，在兩層的界面上經(jīng)過(guò)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?、圖像. 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(xiàn)傳到側(cè)面恰好發(fā)生全反射，則有：sinC＝，n＝，C＋θ2

9、＝90°，由以上各式可得：sinθ1＝. 由圖4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(xiàn)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(xiàn)都能發(fā)生全反射，即解得n＝. 圖4 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，因此折射率要比大些. 例3　如圖5所示，AB為一直光導(dǎo)纖維，A、B之間距離為s，使一光脈沖信號(hào)從光導(dǎo)纖維中間入射，射入后在光導(dǎo)纖維與空氣的界面上恰好發(fā)生全反射，由A點(diǎn)傳輸?shù)紹點(diǎn)所用時(shí)間為t，求光導(dǎo)纖維所用材料的折射率n.(已知光在真空中的傳播速度為c) 圖5 答案　 解析　設(shè)

10、光導(dǎo)纖維所用材料的折射率為n，則有 sinα＝sinC＝ n＝ t＝＝ 由以上三式解得t＝＝，所以n＝. [學(xué)科素養(yǎng)]　例3是全反射知識(shí)的應(yīng)用，注意挖掘題目中隱含條件，“恰好”“剛好”暗含的條件是入射角等于臨界角.本題意在考查學(xué)生靈活運(yùn)用相關(guān)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，體現(xiàn)了“科學(xué)思維”的學(xué)科素養(yǎng). 四、全反射的應(yīng)用 解決全反射問(wèn)題的思路 (1)確定光是由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)還是由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì). (2)若光由介質(zhì)進(jìn)入空氣(真空)時(shí)，則根據(jù)sinC＝確定臨界角，看是否發(fā)生全反射. (3)根據(jù)題設(shè)條件，畫(huà)出入射角等于臨界角的“臨界光路”. (4)運(yùn)用幾何關(guān)系、三角函數(shù)關(guān)系

11、、反射定律等進(jìn)行判斷推理、運(yùn)算及變換并進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析或定量計(jì)算. 例4　一厚度為h的玻璃板水平放置，其下表面貼有一半徑為r的圓形發(fā)光面.在玻璃板上表面放置一半徑為R的圓紙片，圓紙片與圓形發(fā)光面的中心在同一豎直線(xiàn)上.已知圓紙片恰好能完全遮擋住從圓形發(fā)光面發(fā)出的光線(xiàn)(不考慮反射)，求玻璃板的折射率. 答案　 解析　如圖所示，從圓形發(fā)光面邊緣的A點(diǎn)發(fā)出的一條光線(xiàn)射到玻璃板上表面A′點(diǎn)恰好發(fā)生全反射， 則有sinC＝ 又由幾何關(guān)系：sinC＝，其中L＝R－r 聯(lián)立以上各式解得n＝＝. 1.(對(duì)全反射的理解)(多選)如圖6所示，半圓形玻璃磚放在空氣中，三條同一顏色、強(qiáng)度相同的光線(xiàn)，均

12、由空氣沿半圓半徑方向射入玻璃磚，到達(dá)玻璃磚的圓心位置.下列說(shuō)法正確的是(　　) 圖6 A.假若三條光線(xiàn)中只有一條在O點(diǎn)發(fā)生了全反射，那一定是aO光線(xiàn) B.假若光線(xiàn)bO能發(fā)生全反射，那么光線(xiàn)cO一定能發(fā)生全反射 C.假若光線(xiàn)bO能發(fā)生全反射，那么光線(xiàn)aO一定能發(fā)生全反射 D.假若光線(xiàn)aO恰能發(fā)生全反射，那么光線(xiàn)bO的反射光線(xiàn)比光線(xiàn)cO的反射光線(xiàn)的亮度大 答案　ACD 解析　在玻璃磚直徑界面，光線(xiàn)aO的入射角最大，光線(xiàn)cO的入射角最小，它們都是從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，都有發(fā)生全反射的可能.假若只有一條光線(xiàn)發(fā)生了全反射，那一定是aO光線(xiàn)，因?yàn)樗娜肷浣亲畲?，所以選項(xiàng)A對(duì)；假若光線(xiàn)b

13、O能發(fā)生全反射，說(shuō)明它的入射角等于或大于臨界角，光線(xiàn)aO的入射角更大，所以光線(xiàn)aO一定能發(fā)生全反射，光線(xiàn)cO的入射角可能大于或等于臨界角，也可能小于臨界角，因此光線(xiàn)cO不一定能發(fā)生全反射，所以選項(xiàng)B錯(cuò)，C對(duì)；假若光線(xiàn)aO恰能發(fā)生全反射，則光線(xiàn)bO和光線(xiàn)cO都不能發(fā)生全反射，但光線(xiàn)bO的入射角更接近于臨界角，所以光線(xiàn)bO的反射光線(xiàn)比光線(xiàn)cO的反射光線(xiàn)強(qiáng)，即光線(xiàn)bO的反射光線(xiàn)亮度較大，所以D對(duì). 2.(全反射棱鏡)自行車(chē)上的紅色尾燈不僅是裝飾品，也是夜間騎車(chē)的安全指示燈，它能把來(lái)自后面的光線(xiàn)反射回去.某種自行車(chē)尾燈可簡(jiǎn)化為由許多整齊排列的等腰直角棱鏡(折射率n>)組成，棱鏡的橫截面如圖7所示.一

14、平行于橫截面的光線(xiàn)從O點(diǎn)垂直AB邊射入棱鏡，先后經(jīng)過(guò)AC和CB邊反射后，從AB邊的O′點(diǎn)射出，則出射光線(xiàn)是(　　) 圖7 A.平行于AC邊的光線(xiàn)① B.平行于入射光線(xiàn)的光線(xiàn)② C.平行于CB邊的光線(xiàn)③ D.沿AB邊的光線(xiàn)④ 答案　B 解析　由題意可知，等腰直角棱鏡的折射率n>，且sinC＝，得臨界角小于45°，由題圖可得，光從空氣進(jìn)入棱鏡，因入射角為0°，所以光線(xiàn)不偏折.當(dāng)光從棱鏡射向空氣時(shí)，入射角等于45°，發(fā)生全反射，根據(jù)幾何關(guān)系，結(jié)合光路可逆可知，出射光線(xiàn)是②，即平行于入射光線(xiàn)，故B正確，A、C、D錯(cuò)誤. 3.(光導(dǎo)纖維)如圖8所示是兩個(gè)城市間光纜中的一條光導(dǎo)

15、纖維的一段，光纜總長(zhǎng)為L(zhǎng)，它的玻璃芯的折射率為n1，外層材料的折射率為n2.若光在空氣中的傳播速度近似為c，則對(duì)于光由它的一端射入經(jīng)多次全反射后從另一端射出的過(guò)程，下列判斷中正確的是(　　) 圖8 A.n1n2，光通過(guò)光纜的時(shí)間等于 D.n1>n2，光通過(guò)光纜的時(shí)間大于 答案　D 解析　光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，才可能發(fā)生全反射，故n1>n2；光在內(nèi)芯傳播的路程s＝，光在內(nèi)芯的傳播速度v＝，所以光通過(guò)光纜的時(shí)間t＝＝，故D正確. 4.(全反射的應(yīng)用)如圖9所示的圓柱形容器中盛滿(mǎn)折射率n＝2的某種透

16、明液體，容器底部安裝一塊平面鏡，容器直徑L＝2H，在圓心正上方高度h處有一點(diǎn)光源S，要使人從液體表面上任意位置處能夠觀察到點(diǎn)光源S發(fā)出的光，h應(yīng)該滿(mǎn)足什么條件？ 圖9 答案　H>h≥(－1)H 解析　要使人從液體表面上任意位置處能夠觀察到點(diǎn)光源S發(fā)出的光，點(diǎn)光源發(fā)出的光必須全部能折射進(jìn)入空氣，根據(jù)對(duì)稱(chēng)性，作出點(diǎn)光源經(jīng)平面鏡所成的像S′，如圖 所示，當(dāng)光射向水面時(shí)，入射角不大于臨界角，光線(xiàn)才能射入空氣中. 則入射角i≤C，C為全反射臨界角，則有：sinC＝ 根據(jù)幾何關(guān)系得：sini＝，且L＝2H 解得：h≥(－1)H 故H>h≥(－1)H. 一、選擇題 考點(diǎn)一　對(duì)

17、全反射的理解 1.關(guān)于全反射，下列敘述中正確的是(　　) A.發(fā)生全反射時(shí)仍有折射光線(xiàn)，只是折射光線(xiàn)非常弱 B.光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，一定會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象 C.光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，可能不發(fā)生全反射現(xiàn)象 D.光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)，可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 答案　C 解析　發(fā)生全反射時(shí)折射光線(xiàn)消失，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；發(fā)生全反射的條件是光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于或等于臨界角，二者缺一不可，所以選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤，選項(xiàng)C正確. 2.(多選)酷熱的夏天，在平坦的柏油公路上你會(huì)看到在一定的距離之外，地面顯得格外的明亮，仿佛是一片水面，似乎還能看到遠(yuǎn)處車(chē)、人的倒影.但當(dāng)你

18、靠近“水面”時(shí)，它也隨你的靠近而后退，對(duì)此現(xiàn)象的正確解釋是(　　) A.同海市蜃樓的光學(xué)現(xiàn)象具有相同的原理，是由于光的全反射作用造成的 B.“水面”不存在，是由于酷熱難耐，人產(chǎn)生的幻覺(jué) C.太陽(yáng)輻射到地面，使地表溫度升高，折射率大，發(fā)生全反射 D.太陽(yáng)輻射到地面，使地面溫度升高，折射率小，發(fā)生全反射 答案　AD 3.(多選)(2018·廈門(mén)一中高二下學(xué)期期中)夏天，海面上的下層空氣的溫度比上層低.我們?cè)O(shè)想海面上的空氣是由折射率不同的許多水平氣層組成的，遠(yuǎn)處的景物發(fā)出的光線(xiàn)由于不斷被折射，越來(lái)越偏離原來(lái)的方向，以至發(fā)生全反射.人們逆著光線(xiàn)看去就出現(xiàn)了蜃景，如圖1所示，下列說(shuō)法中正確的

19、是(　　) 圖1 A.海面上上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要小 B.海面上上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要大 C.A是蜃景，B是景物 D.B是蜃景，A是景物 答案　AC 解析　由題意，夏天海面上的下層空氣的溫度比上層低，下層空氣的密度比上層大，折射率也比上層大，故A正確，B錯(cuò)誤；我們可以把海面上的空氣看作是由折射率不同的許多水平氣層組成的.遠(yuǎn)處的景物發(fā)出的光線(xiàn)射向空中時(shí)，由于不斷被折射，越來(lái)越偏離法線(xiàn)方向，進(jìn)入上層的入射角不斷增大，以致發(fā)生全反射，光線(xiàn)反射回地面，人們逆著光線(xiàn)看去，就會(huì)看到遠(yuǎn)方的景物懸在空中，而產(chǎn)生了“海市蜃樓”現(xiàn)象.可見(jiàn)，題圖中A是全反射形成的蜃景，

20、B是景物，故C正確，D錯(cuò)誤. 4.(多選)如圖2所示，ABCD是兩面平行的透明玻璃磚，AB面和CD面是玻璃和空氣的分界面，分別設(shè)為界面Ⅰ和界面Ⅱ.光線(xiàn)從界面Ⅰ射入玻璃磚，再?gòu)慕缑姊蛏涑?，回到空氣中，如果改變光到達(dá)界面Ⅰ時(shí)的入射角，則(　　) 圖2 A.只要入射角足夠大，光線(xiàn)在界面Ⅰ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 B.只要入射角足夠大，光線(xiàn)在界面Ⅱ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 C.不管入射角多大，光線(xiàn)在界面Ⅰ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 D.不管入射角多大，光線(xiàn)在界面Ⅱ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 答案　CD 解析　在界面Ⅰ上光由空氣進(jìn)入玻璃磚，是由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，不管入射角多大，都不可能發(fā)生全

21、反射現(xiàn)象，則選項(xiàng)C正確；在界面Ⅱ上光由玻璃進(jìn)入空氣，是由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，但是，由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行，光由界面Ⅰ進(jìn)入玻璃后再到達(dá)界面Ⅱ，在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角，入射角總是小于臨界角，因此也不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象，選項(xiàng)D正確. 5.(2018·北京101中學(xué)高二下學(xué)期期中)如圖所示，將一個(gè)半圓形玻璃磚置于空氣中，當(dāng)一束單色光入射到玻璃磚的圓心O時(shí)，下列情況不可能發(fā)生的是(　　) 答案　B 解析　當(dāng)光由空氣射入半圓形玻璃磚時(shí)，折射角應(yīng)小于入射角，所以A可能發(fā)生，B不可能發(fā)生；當(dāng)光由半圓形玻璃磚射入空氣時(shí)，若入射角小于臨界角，既有反射又有折射，折射角大于入射角，C是

22、可能發(fā)生的；當(dāng)光由半圓形玻璃磚射入空氣時(shí)，若入射角大于或等于臨界角，會(huì)發(fā)生全反射，光線(xiàn)就不能進(jìn)入空氣，D可能發(fā)生. 考點(diǎn)二　全反射棱鏡 6.自行車(chē)尾燈采用了全反射棱鏡的原理，它雖然本身不發(fā)光，但在夜間行駛時(shí)，從后面開(kāi)來(lái)的汽車(chē)發(fā)出的強(qiáng)光照在自行車(chē)尾燈上，會(huì)有較強(qiáng)的光被反射回去，使汽車(chē)司機(jī)注意到前面有自行車(chē).尾燈由透明介質(zhì)做成，其外形如圖3所示.下列說(shuō)法中正確的是(　　) 圖3 A.汽車(chē)燈光應(yīng)從左面射過(guò)來(lái)，在尾燈的左表面發(fā)生全反射 B.汽車(chē)燈光應(yīng)從左面射過(guò)來(lái)，在尾燈的右表面發(fā)生全反射 C.汽車(chē)燈光應(yīng)從右面射過(guò)來(lái)，在尾燈的右表面發(fā)生全反射 D.汽車(chē)燈光應(yīng)從右面射過(guò)來(lái)，在尾燈的左表面

23、發(fā)生全反射 答案　B 考點(diǎn)三　光導(dǎo)纖維 7.光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)如圖4所示，其內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播，以下關(guān)于光導(dǎo)纖維的說(shuō)法正確的是(　　) 圖4 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.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 D.內(nèi)芯的折射率與外套的相同，外套的材料有韌性，可以起保護(hù)作用 答案　A 解析　光導(dǎo)纖維內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率，光由內(nèi)芯射向外套時(shí)，在其界面處發(fā)生全反射，從而使光在內(nèi)芯中傳播，A對(duì). 8.光導(dǎo)纖維技術(shù)在現(xiàn)代生產(chǎn)、

24、生活與科技方面得以廣泛應(yīng)用.如圖5所示是一個(gè)質(zhì)量分布均勻的有機(jī)玻璃圓柱的橫截面，B、C為圓上兩點(diǎn)，一束單色光沿AB方向射入，然后從C點(diǎn)射出，已知∠ABO＝127°，∠BOC＝120°，真空中光速c＝3×108m/s，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6.則(　　) 圖5 A.光在該有機(jī)玻璃中傳播速度為1.875×108m/s B.光在該有機(jī)玻璃中的折射率為1.8 C.光在該有機(jī)玻璃中發(fā)生全反射的臨界角為53° D.若將該材料做成長(zhǎng)300 km的光導(dǎo)纖維，此單色光在光導(dǎo)纖維中傳播的最短時(shí)間為1×10－3 s 答案　A 解析　根據(jù)折射定律得：n＝＝＝1.6，則光在該有機(jī)玻璃

25、中傳播的速度為v＝＝ m/s＝1.875×108 m/s，故A正確，B錯(cuò)誤；根據(jù)sin C＝得，sin C＝＝0.625

26、，從而了解液面的高度.以下說(shuō)法正確的是(　　) 圖6 A.玻璃管被液體包住之后，出射光強(qiáng)度增強(qiáng) B.玻璃管被液體包住之后，出射光消失 C.玻璃管被液體包住之后，出射光強(qiáng)度減弱 D.玻璃管被液體包住之后，出射光強(qiáng)度不變 答案　C 解析　玻璃管被液體包住之前，由于玻璃管之外是光疏介質(zhì)空氣，光線(xiàn)發(fā)生全反射，沒(méi)有光線(xiàn)從玻璃管中射出.當(dāng)玻璃管被透明液體包住之后，因?yàn)橐后w的折射率大于玻璃的折射率，光線(xiàn)不再發(fā)生全反射，有一部分光線(xiàn)進(jìn)入液體，反射光的強(qiáng)度會(huì)減弱，故C項(xiàng)正確. 10.如圖7所示，一個(gè)透明玻璃球的折射率為，一束足夠強(qiáng)的細(xì)光束在過(guò)球心的平面內(nèi)，以45°入射角由真空射入玻璃球后，在

27、玻璃球與真空的交界面處發(fā)生多次反射和折射，從各個(gè)方向觀察玻璃球，能看到從玻璃球內(nèi)射出的光線(xiàn)的條數(shù)是(　　) 圖7 A.2B.3C.4D.5 答案　B 解析　設(shè)光在該玻璃球中發(fā)生全反射的臨界角是C，則sinC＝＝，解得C＝45°；光在玻璃球中的折射率n＝，解得θ＝30°.光路圖如圖所示，所以共3條光線(xiàn)射出玻璃球. 二、非選擇題 11.如圖8所示，一段橫截面為正方形的玻璃棒，中間部分彎成四分之一圓弧狀，一細(xì)束單色光由MN端面的中點(diǎn)垂直射入，恰好能在弧面EF上發(fā)生全反射，然后垂直P(pán)Q端面射出. 圖8 (1)該玻璃棒的折射率為_(kāi)_________； (2)若將入射光向N端

28、平移，當(dāng)?shù)谝淮紊涞交∶鍱F上時(shí)________(填“能”“不能”或“無(wú)法確定能否”)發(fā)生全反射. 答案　(1)　(2)能 解析　(1)因?yàn)橐患?xì)束單色光由MN端面中點(diǎn)垂直射入，如圖所示，可知光到達(dá)弧面EF界面時(shí)入射角為45°，又因?yàn)榍『冒l(fā)生全反射，所以臨界角C＝45°，由sinC＝可知，該玻璃棒的折射率n＝＝. (2)若將入射光向N端平移，第一次射到弧面EF上的入射角將增大，即大于臨界角45°，所以能發(fā)生全反射. 12.圖9為一光導(dǎo)纖維(可簡(jiǎn)化為一長(zhǎng)玻璃絲)的示意圖，玻璃絲長(zhǎng)為L(zhǎng)，折射率為n，AB代表端面.已知光在真空中的傳播速度為c. 圖9 (1)為使光線(xiàn)能從玻璃絲的AB端

29、面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣?，求光線(xiàn)在端面AB上的入射角應(yīng)滿(mǎn)足的條件； (2)求光線(xiàn)從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣嫠璧淖铋L(zhǎng)時(shí)間. 答案　(1)sini≤　(2) 解析　(1)設(shè)光線(xiàn)在端面AB上C點(diǎn)的入射角為i，折射角為r，光路圖如圖所示 由折射定律有sini＝nsinr① 設(shè)該光線(xiàn)射向玻璃絲內(nèi)壁D點(diǎn)的入射角為α，為了使該光線(xiàn)可在此光導(dǎo)纖維中傳播，應(yīng)有α≥θ② 式中θ是光線(xiàn)在玻璃絲內(nèi)發(fā)生全反射的臨界角，它滿(mǎn)足nsinθ＝1③ 由幾何關(guān)系得α＋r＝90°④ 由①②③④得sini≤⑤ (2)光在玻璃絲中傳播速度的大小為v＝⑥ 光速在玻璃絲軸線(xiàn)上的分量為vx＝vsinα⑦ 光線(xiàn)從玻璃

30、絲端面AB傳播到另一端面所需時(shí)間為t＝⑧ 光線(xiàn)在玻璃絲中傳播，在剛好發(fā)生全反射時(shí)，光線(xiàn)從端面AB傳播到另一端面所需的時(shí)間最長(zhǎng)，此時(shí)sinα＝⑨ 由⑥⑦⑧⑨得tmax＝. 13.(2017·全國(guó)卷Ⅲ)如圖10，一半徑為R的玻璃半球，O點(diǎn)是半球的球心，虛線(xiàn)OO′表示光軸(過(guò)球心O與半球底面垂直的直線(xiàn)).已知玻璃的折射率為1.5.現(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光線(xiàn)能從球面射出(不考慮被半球的內(nèi)表面反射后的光線(xiàn)).求： 圖10 (1)從球面射出的光線(xiàn)對(duì)應(yīng)的入射光線(xiàn)到光軸距離的最大值； (2)距光軸的入射光線(xiàn)經(jīng)球面折射后與光軸的交點(diǎn)到O點(diǎn)的距離. 答案　(1)R　(2)2.

31、74R 解析　(1)如圖甲，從底面上A處射入的光線(xiàn)，在球面上發(fā)生折射時(shí)的入射角為i，當(dāng)i等于全反射臨界角C時(shí)，對(duì)應(yīng)入射光線(xiàn)到光軸的距離最大，設(shè)最大距離OA為l. i＝C① 設(shè)n是玻璃的折射率，由全反射臨界角的定義有nsinC＝1② 由幾何關(guān)系有sini＝③ 聯(lián)立①②③式并利用題給條件，得l＝R④ (2)如圖乙，設(shè)與光軸相距的入射光線(xiàn)在球面B點(diǎn)發(fā)生折射時(shí)的入射角和折射角分別為i1和r1， 由折射定律有nsini1＝sinr1⑤ 設(shè)折射光線(xiàn)與光軸的交點(diǎn)為D，在△OBD中，由正弦定理有＝⑥ 由幾何關(guān)系有∠BDO＝r1－i1⑦ sini1＝⑧ 聯(lián)立⑤⑥⑦⑧式及題給條件得OD＝R≈2.74R. 16