資源簡介

第三節　光的全反射與光纖技術
(分值：100分)
選擇題1～9題，每小題8分，共72分。
基礎對點練
題組一　光的全反射現象
1.(2024·北京昌平一中高二期末)如圖為埃舍爾名畫(三界)，我們總是像畫中一樣看到遠處樹木的倒影，近處水中的魚，這說明(　　)
遠處水中沒有魚
樹木倒影是樹木發出的光先進入水中然后再通過水的折射進入人的眼中
近處的魚發出的光經過水面時透射光的能量較少
遠處的魚發出的光入射角大容易發生全反射，所以看不到
2.(2024·廣東梅州期末)為增加視覺效果，某珠寶商在一顆半徑為R的透明球形寶石下方放一發光二極管B，如圖所示。二極管向球內各個方向發射單色光，恰好有半個球面有光線射出，則該寶石對該單色光的折射率為(　　)
2
3.某科技館內有一個半徑為R的半圓柱形透明體，其俯視圖如圖所示。為估測該透明體材料的折射率，某同學進行了如下實驗：用激光筆從右側沿垂直于直徑AB方向朝透明體射入，保持入射方向不變，入射點由圓心O處緩慢向A處移動，觀察到從圓弧面上射出的光逐漸減弱。當入射點到達C處時，恰好看不到光從圓弧面上D處射出，測得OC＝0.6R。由此，可求出透明體材料的折射率為(　　)
4.如圖所示，一束單色光沿半圓柱形玻璃磚的半徑垂直ab面入射，有光線從ab面射出。以O點為圓心，將玻璃磚緩慢轉過θ角時，恰好沒有光線從ab面射出，則該玻璃磚的折射率為(　　)
5.(多選)(2024·廣東揭陽期末)如圖所示，一塊上、下表面平行的玻璃磚的厚度為L，玻璃磚的折射率n＝，若光從上表面AB射入的入射角i＝60°，光在真空中的光速為c，則(　　)
折射角γ＝30°
光在玻璃中傳播的時間為
光在玻璃中傳播的時間為
改變入射角i，光在下表面CD不可能發生全反射
題組二　光導纖維的工作原理及實際應用
6.醫院給病人做腸鏡、胃鏡、喉鏡等檢查時都要用到內窺鏡，內窺鏡應用到了光的(　　)
直線傳播 衍射
干涉 全反射
7.光纖信號傳輸利用了光的全反射和折射原理，如圖所示，某種單色光在光纖中經過多次全反射后從右端射出。若該介質的折射率為，則關于α、β的大小，下列判斷正確的是(　　)
α<60° α<30°
β>30° β<30°
8.光纖通信是一種現代化的通信手段，它可以為客戶提供大容量、高速度、高質量的通信服務，為了研究問題方便，我們將光導纖維簡化為一根長直玻璃管，如圖所示。設此玻璃管長為L，折射率為n。已知從玻璃管左端面射入玻璃管內的光線在玻璃管的側面上恰好能發生全反射，最后從玻璃管的右端面射出。設光在真空中的傳播速度為c，則光通過此段玻璃管所需的時間為(　　)
綜合提升練
9.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點垂直界面入射后，恰好在玻璃磚圓形表面發生全反射；當入射角i＝60°時，光線從玻璃磚圓形表面出射后恰好與入射光平行。已知真空中的光速為c，則(　　)
玻璃磚的折射率為1.5
OP之間的距離為R
光在玻璃磚內的傳播速度為c
光從玻璃到空氣的臨界角為30°
10.(12分)如圖所示，某L形透明材料的折射率n＝2。現沿AB方向切去一角，AB與水平方向的夾角為θ。為使水平方向的光線射到AB面時不會射入空氣，求θ的最大值。
培優加強練
11.(16分)(2024·廣東佛山期末)如圖所示，某種均勻透明介質制作成的圓柱體長度為d，直徑為d，現有一束激光從圓柱體上端圓面中心O點射入介質中，與圓柱中軸線夾角為θ。
(1)(8分)當θ＝60°時，折射光線剛好能從圓柱體底面邊緣射出(不考慮光在圓柱體側面上的反射)，則該介質的折射率為多大？
(2)(8分)以不同角度從O點射入的光線，都不能從圓柱體的側面射出，則該介質的折射率至少為多大？
第三節　光的全反射與光纖技術
1.D　[遠處的魚發出的光入射角較大，當入射角大于等于全反射臨界角時發生全反射，光線不能射出水面，所以看不到，故D正確，A錯誤；樹木倒影是樹木發出的光在水面發生反射后，反射光進入人的眼中，故B錯誤；近處的魚發出的光的光線到水面處，入射角越小，反射光越弱而折射光越強，所以近處的魚發出的光經過水面時透射光的能量較多，故C錯誤。]
2.A　[由題意可知球形寶石有一半球面發生全反射，光路如圖所示，由幾何關系可知ic＝45°，根據臨界角公式n＝，可得n＝，故A正確。]
3.D　[連接OD，設透明物體的折射率為n，由題意知，當入射點到達C處時，恰好看不到光從圓弧面上D處射出，即C處發出的光線，在D點恰好發生全反射，則∠ODC＝ic，由幾何關系可知sin ic＝＝0.6，而sin ic＝，解得n＝，故D正確。]
4.B　[由題意，將玻璃磚緩慢轉過θ角時，恰好沒有光線從ab面射出，說明光線發生了全反射，此時的入射角恰好等于臨界角，即有i＝ic，而入射角i＝θ，則臨界角ic＝θ。由臨界角公式sin ic＝得n＝＝，故選項B正確。]
5.ACD　[根據折射定律有n＝，解得γ＝30°，故A正確；光在玻璃中傳播的速度為v＝，光在玻璃中傳播的時間為t＝，解得t＝，故B錯誤，C正確；光在下表面CD的入射角等于在AB面上的折射角，改變入射角i，根據光路的可逆性可知光在下表面CD的入射角總小于臨界角，故不可能發生全反射，故D正確。]
6.D　[醫用纖維式內窺鏡利用了光的全反射，故D正確。]
7.C　[根據全反射的條件可知，α≥ic，而sin ic＝＝，則ic＝60°，α≥60°，A、B錯誤；光線從端點能射出，則有90°－β30°，C正確，D錯誤。]
8.A　[用ic表示臨界角，則有sin ic＝，光在玻璃管中的傳播速度為v＝。光在玻璃管中傳播所用時間為t＝＝，故A正確。]
9.C　[作出兩種情況下的光路圖，如圖所示
設OP＝x，在A處恰好發生全反射，故有sin ic＝＝，由于光線在B處射出后與入射光平行，故n＝，由于sin∠OBP＝，聯立可得n＝，
x＝R，故A、B錯誤；由v＝，可得v＝c，故C正確；由于sin ic＝＝，所以臨界角不為30°，故D錯誤。]
10.60°
解析　光線射到AB面時不射入空氣，則在AB面發生全反射，恰好發生全反射時θ有最大值，而sin ic＝
由幾何關系有ic＋θ＝90°
得θ＝60°。
11.(1)　(2)
解析　(1)當θ＝60°時，折射光線剛好能從圓柱體底面邊緣射出，可知折射角的正弦值為
sin γ＝＝
則折射率n＝＝＝。
(2)若θ＝90°，則折射角為ic，此時射到圓柱體的側面的光線也能發生全反射，則由幾何關系可知ic＝45°
則折射率n′＝＝，即該介質的折射率至少為。第三節　光的全反射與光纖技術
學習目標　1.知道光疏介質、光密介質、全反射、臨界角的概念。 2.理解全反射的條件，能判斷是否發生全反射并畫出相應光路圖。 3.了解光導纖維的工作原理及在實際中的應用。
知識點一　光的全反射現象
讓光沿著半圓形玻璃磚的半徑射到它的平直的邊上，在這個邊與空氣的界面上會發生反射和折射。逐漸增大入射角，觀察反射光線和折射光線如何變化。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.光的全反射
當光從折射率________的介質(光密介質)射入折射率較________的介質(光疏介質)時，折射角________入射角且隨入射角增大而________。當入射角達到一定角度，折射角變成90°。繼續增大入射角，折射角將大于90°，此時入射光線全部被________回折射率較大的介質中，這種現象稱為光的全反射。
2.臨界角
折射角等于________時的入射角稱為臨界角，記為ic。
3.臨界角與折射率的關系：sin ic＝________。
4.不同色光的臨界角
不同顏色的光由同一介質射向空氣或真空時，頻率越高的色光的臨界角越小，越________發生全反射，說明在同一種介質中，頻率越高的色光折射率越________。
5.光疏介質和光密介質
(1)光疏介質和光密介質的比較
光的傳播速度 折射率
光疏介質 大 小
光密介質 小 大
(2)相對性：光疏介質、光密介質是相對的。任何兩種透明介質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或光密介質。
(3)光疏介質和光密介質是從介質的光學特性來說的，并不是它的密度大小。例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介質。
【思考】　當光從空氣射向半圓形玻璃磚時，逐漸增大入射角，會發生全反射現象嗎？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例1 一束細光束由真空沿著徑向射入一塊半圓柱形透明體，如圖甲所示，對其射出后的折射光線的強度進行記錄，發現折射光線的強度隨著θ的變化而變化，如圖乙的圖線所示，則下列說法正確的是(　　)
A.透明體的臨界角為30°
B.透明體的臨界角為60°
C.透明體的折射率為
D.透明體的折射率為
聽課筆記　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
對全反射的理解
(1)全反射的條件
①光線從光密介質射入光疏介質。
②入射角等于或大于臨界角。
(2)從能量角度來理解全反射：當光從光密介質射入光疏介質時，隨著入射角增大，折射角也增大。同時折射光線強度減弱，即折射光線的能量減小，反射光強度增強，能量增加，當入射角達到臨界角時，折射光線強度減弱到零，反射光的能量等于入射光的能量。　　　　
例2 如圖所示，在平靜的水面下深H處有一個點光源A，由點光源A發出的某條光線射出水面時入射角為30°，其折射光線與水面的夾角也為30°，已知光在真空中的傳播速度為c，求：
(1)水面上有光線射出區域的面積S；
(2)從水面上射出的光線在水中傳播的最長時間t。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
訓練1 光在某種介質中傳播的速度為1.5×108 m/s，已知光速為3×108 m/s，則光從此介質射向空氣并發生全反射時的臨界角是(　　)
A.15° B.30°
C.45° D.60°
訓練2 為了測定某上表面平整的透明膠狀介質的折射率，往該介質中垂直插入一長h＝4 cm的細鐵絲，在介質上表面以細鐵絲為圓心，用墨水涂出一個半徑r＝3 cm的圓，從上表面恰好看不見細鐵絲，如圖所示。膠狀介質的折射率為(　　)
A.2 B.
C. D.
知識點二　光導纖維的工作原理及實際應用
如圖所示，在暗室里放置一個容器，并在其側面靠下的位置開一個小孔。在容器中裝入水，水從容器的小孔自由流出。使一束細光束沿水平方向從小孔對面一側射入水中，你會發現什么現象？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.光導纖維的工作原理和應用
(1)原理：利用了光的____________，將光纖設計成沿垂直光纖軸向的兩層結構，外層的折射率小于內層的折射率。當光在其中傳輸時，發生全反射，從而大大減少了光的損耗，即使傳輸到很遠的距離仍然有很高的光能，即信號的衰減很小，以此實現信號的傳輸。
(2)構造：由纖芯和包層組成，纖芯的折射率________包層的折射率，以合適角度進入光纖的光能夠在纖芯和包層的界面上發生____________。
(3)光纖通信的主要優點是傳輸容量________、衰減________、抗干擾性________。
2.光導纖維的折射率
設光導纖維的折射率為n，當入射角為i時，進入光導纖維的光線傳到側面恰好發生全反射，由圖可知：當i增大時，γ增大，由光導纖維射向空氣的光線的入射角θ減小，當i＝90°時，若θ＝ic，則所有進入光導纖維中的光線都能發生全反射，則有：sin ic＝，n＝，ic＋γ＝90°，由以上各式可得：sin i＝，解得n＝。
以上是光從光導纖維射向真空時得到的折射率，由于光導纖維包層的折射率比真空的折射率大，因此光導纖維折射率要比大些。
【思考】　滿天星光纖花，為我們的夜晚增添了一道美麗的風景。其主要利用了光在塑料光纖中的全反射。塑料光纖POF具有芯皮結構，思考：纖芯材料的折射率大，還是包層材料的折射率大？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
例3 如圖所示，一根長為l＝5.0 m的光導纖維用折射率n＝的材料制成。一束激光由其左端的中心點以45°的入射角射入光導纖維內，已知光在真空中的傳播速度為c＝3.0×108 m/s，經過一系列全反射后從右端射出，則：
(1)該激光在光導纖維中的速度v是多大？
(2)該激光在光導纖維中傳輸所經歷的時間是多少？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
隨堂對點自測
1.(全反射的理解)(2023·江蘇卷，5)地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大，太陽光斜射向地面的過程中會發生彎曲，下列光路圖中能描述該現象的是(　　)
2.(光導纖維)如圖所示，將塑料瓶下側開一個小孔，瓶中灌入清水，水就從小孔流出。將激光水平射向塑料瓶小孔，觀察到激光束沿水流方向發生了彎曲，光被完全限制在水流內。則下列說法正確的是(　　)
A.激光束發生彎曲是因為光在水柱與空氣界面上發生折射
B.激光束發生彎曲是因為光在水柱與空氣界面上發生全反射
C.僅改用折射率更大的液體，激光束不能完全被限制在液體流內
D.激光在水中的傳播速度大于其在空氣中的傳播速度
3.(全反射的計算)如圖所示，△ABC是一直角三棱鏡的橫截面，∠A＝90°，AB長0.2 m，AC長0.1 m。一細光束沿平行于BC邊的方向從AB邊入射后直接射到AC邊，
恰好在AC邊發生全反射，則棱鏡對該細光束的折射率為(　　)
A. B.
C. D.
4.(全反射的計算)半球形介質截面如圖所示，O為圓心，相同的兩束單色光a、b相互平行，從不同位置進入介質，光線a在O點恰好發生全反射，光線b的入射角為45°，求：
(1)介質的折射率；
(2)光線b在介質中的折射角。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
第三節　光的全反射與光纖技術
知識點一
導學　提示　如果入射角逐漸增大，折射光離法線會越來越遠、而且越來越弱，反射光卻越來越強。當入射角增大到某一角度，使折射角達到90°時，折射光完全消失，只剩下反射光。
知識梳理
1.較大　小　大于　增大　反射　2.90°　3.　4.容易　大
[思考] 提示　不會
例1 B　[由題圖乙的圖線可知，當θ小于等于30°時，入射角大于等于60°，折射光線的強度為零，光線發生全反射現象，所以此透明體的臨界角為60°，A錯誤，B正確；由臨界角公式sin ic＝，ic＝60°，解得折射率n＝，C、D錯誤。]
例2 (1)πH2　(2)
解析　(1)由題意可知發出的某條光線的入射角為γ＝30°，折射角為i＝60°，由折射定律得
n＝
解得n＝
設光線從水面射出的臨界角為ic，光路如圖所示，
則sin ic＝
A發出的光線射出水面的區域為圓，設其半徑為R，則
tan ic＝
S＝πR2
聯立解得S＝πH2。
(2)從水面上射出的光線在水中傳播的最長距離為d＝
光線在水中的傳播速度為v＝
光線在水中傳播的最長時間為t＝
聯立解得t＝。
訓練1 B　[折射率n＝＝＝2，恰好發生全反射時，有sin ic＝，解得ic＝30°，故選項B正確。]
訓練2 B　[光路如圖
膠狀介質的折射率為n＝＝＝，故B正確。]
知識點二
導學　提示　光會順著這股水流彎曲傳播，這是光的全反射所致。
知識梳理
1.(1)全反射　(2)大于　全反射　(3)大　小　強
[思考] 提示　纖芯材料。
例3 (1)2.1×108 m/s　(2)2.7×10－8 s
解析　(1)由n＝可得v＝2.1×108 m/s。
(2)由n＝可得激光從左端面射入后的折射角為30°，射到側面時的入射角為60°，大于臨界角45°，因此發生全反射，同理激光每次在側面都將發生全反射，直到激光到達右端面。由幾何關系可以求出激光在光導纖維中通過的總路程s＝，因此該激光在光導纖維中傳輸所經歷的時間t＝＝2.7×10－8 s。
隨堂對點自測
1.A　[光由光疏介質射入光密介質時，折射角小于入射角，由題意知，地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大，折射光線越來越靠近法線，則太陽光應向下彎曲，故A正確，B、C、D錯誤。]
2.B　[激光束發生彎曲是因為光在水柱與空氣界面上發生全反射，就像光導纖維一樣，A錯誤，B正確；僅改用折射率更大的液體，根據sin ic＝，知臨界角較小，激光束仍可在液體流中發生全反射，同樣能完全被限制在液體流內，C錯誤；根據v＝可知，激光在水中的傳播速度小于其在空氣中的傳播速度，D錯誤。]
3.C　[光路圖如圖所示，由幾何關系可知sin i＝＝＝，根據折射定律有＝n，sin β＝，又因為α＋β＝90°，聯立解得n＝，故C正確。]
4.(1)　(2)30°
解析　(1)由幾何關系知，光線a在O點的入射角為45°，且光線a剛好發生全反射，有n＝＝。
(2)對光線b，由折射定律＝n，知sin γ＝＝
所以γ＝30°。(共47張PPT)
第三節　光的全反射與光纖技術
第四章　光及其應用
1.知道光疏介質、光密介質、全反射、臨界角的概念。
2.理解全反射的條件，能判斷是否發生全反射并畫出相應光路圖。
3.了解光導纖維的工作原理及在實際中的應用。
學習目標
目 錄
CONTENTS
知識點
01
隨堂對點自測
02
課后鞏固訓練
03
知識點
1
知識點二　光導纖維的工作原理及實際應用
知識點一　光的全反射現象
知識點一　光的全反射現象
　　　讓光沿著半圓形玻璃磚的半徑射到它的平直的邊上，在這個邊與空氣的界面上會發生反射和折射。逐漸增大入射角，觀察反射光線和折射光線如何變化。
提示　如果入射角逐漸增大，折射光離法線會越來越遠、而且越來越弱，反射光卻越來越強。當入射角增大到某一角度，使折射角達到90°時，折射光完全消失，只剩下反射光。
1.光的全反射
當光從折射率______的介質(光密介質)射入折射率較____的介質(光疏介質)時，折射角______入射角且隨入射角增大而______。當入射角達到一定角度，折射角變成90°。繼續增大入射角，折射角將大于90°，此時入射光線全部被______回折射率較大的介質中，這種現象稱為光的全反射。
較大
小
大于
增大
反射
2.臨界角
折射角等于________時的入射角稱為臨界角，記為ic。
3.臨界角與折射率的關系：sin ic＝______。
4.不同色光的臨界角
不同顏色的光由同一介質射向空氣或真空時，頻率越高的色光的臨界角越小，越______發生全反射，說明在同一種介質中，頻率越高的色光折射率越____。
90°
容易
大
5.光疏介質和光密介質
(1)光疏介質和光密介質的比較
光的傳播速度 折射率
光疏介質 大 小
光密介質 小 大
(2)相對性：光疏介質、光密介質是相對的。任何兩種透明介質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或光密介質。
(3)光疏介質和光密介質是從介質的光學特性來說的，并不是它的密度大小。例如，酒精的密度比水小，但酒精和水相比酒精是光密介質。
【思考】　當光從空氣射向半圓形玻璃磚時，逐漸增大入射角，會發生全反射現象嗎？
提示　不會
B
例1 一束細光束由真空沿著徑向射入一塊半圓柱形透明體，如圖甲所示，對其射出后的折射光線的強度進行記錄，發現折射光線的強度隨著θ的變化而變化，如圖乙的圖線所示，則下列說法正確的是(　　)
對全反射的理解
(1)全反射的條件
①光線從光密介質射入光疏介質。
②入射角等于或大于臨界角。
(2)從能量角度來理解全反射：當光從光密介質射入光疏介質時，隨著入射角增大，折射角也增大。同時折射光線強度減弱，即折射光線的能量減小，反射光強度增強，能量增加，當入射角達到臨界角時，折射光線強度減弱到零，反射光的能量等于入射光的能量?！　　　?br/>例2 如圖所示，在平靜的水面下深H處有一個點光源A，由點光源A發出的某條光線射出水面時入射角為30°，其折射光線與水面的夾角也為30°，已知光在真空中的傳播速度為c，求：
(1)水面上有光線射出區域的面積S；
(2)從水面上射出的光線在水中傳播的最長時間t。
設光線從水面射出的臨界角為ic，光路如圖所示，
B
訓練1 光在某種介質中傳播的速度為1.5×108 m/s，已知光速為3×108 m/s，則光從此介質射向空氣并發生全反射時的臨界角是(　　)
A.15° B.30° C.45° D.60°
訓練2 為了測定某上表面平整的透明膠狀介質的折射率，往該介質中垂直插入一長h＝4 cm的細鐵絲，在介質上表面以細鐵絲為圓心，用墨水涂出一個半徑r＝3 cm的圓，從上表面恰好看不見細鐵絲，如圖所示。膠狀介質的折射率為(　　)
B
解析　光路如圖
知識點二　光導纖維的工作原理及實際應用
　　　如圖所示，在暗室里放置一個容器，并在其側面靠下的位置開一個小孔。在容器中裝入水，水從容器的小孔自由流出。使一束細光束沿水平方向從小孔對面一側射入水中，你會發現什么現象？
提示　光會順著這股水流彎曲傳播，這是光的全反射所致。
1.光導纖維的工作原理和應用
(1)原理：利用了光的________，將光纖設計成沿垂直光纖軸向的兩層結構，外層的折射率小于內層的折射率。當光在其中傳輸時，發生全反射，從而大大減少了光的損耗，即使傳輸到很遠的距離仍然有很高的光能，即信號的衰減很小，以此實現信號的傳輸。
(2)構造：由纖芯和包層組成，纖芯的折射率______包層的折射率，以合適角度進入光纖的光能夠在纖芯和包層的界面上發生________。
(3)光纖通信的主要優點是傳輸容量____、衰減____、抗干擾性____。
全反射
大于
全反射
大
小
強
【思考】　滿天星光纖花，為我們的夜晚增添了一道美麗的風景。其主要利用了光在塑料光纖中的全反射。塑料光纖POF具有芯皮結構，思考：纖芯材料的折射率大，還是包層材料的折射率大？
提示　纖芯材料。
(1)該激光在光導纖維中的速度v是多大？
(2)該激光在光導纖維中傳輸所經歷的時間是多少？
答案　(1)2.1×108 m/s　(2)2.7×10－8 s
隨堂對點自測
2
A
1.(全反射的理解)(2023·江蘇卷，5)地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大，太陽光斜射向地面的過程中會發生彎曲，下列光路圖中能描述該現象的是(　　)
解析　光由光疏介質射入光密介質時，折射角小于入射角，由題意知，地球表面附近空氣的折射率隨高度降低而增大，折射光線越來越靠近法線，則太陽光應向下彎曲，故A正確，B、C、D錯誤。
B
2.(光導纖維)如圖所示，將塑料瓶下側開一個小孔，瓶中灌入清水，水就從小孔流出。將激光水平射向塑料瓶小孔，觀察到激光束沿水流方向發生了彎曲，光被完全限制在水流內。則下列說法正確的是(　　)
A.激光束發生彎曲是因為光在水柱與空氣界面上發生折射
B.激光束發生彎曲是因為光在水柱與空氣界面上發生全反射
C.僅改用折射率更大的液體，激光束不能完全被限制在液體流內
D.激光在水中的傳播速度大于其在空氣中的傳播速度
C
3.(全反射的計算)如圖所示，△ABC是一直角三棱鏡的橫截面，∠A＝90°，AB長0.2 m，AC長0.1 m。一細光束沿平行于BC邊的方向從AB邊入射后直接射到AC邊，恰好在AC邊發生全反射，則棱鏡對該細光束的折射率為(　　)
4.(全反射的計算)半球形介質截面如圖所示，O為圓心，相同的兩束單色光a、b相互平行，從不同位置進入介質，光線a在O點恰好發生全反射，光線b的入射角為45°，求：
(1)介質的折射率；
(2)光線b在介質中的折射角。
所以γ＝30°。
課后鞏固訓練
3
D
基礎對點練
題組一　光的全反射現象
1.(2024·北京昌平一中高二期末)如圖為埃舍爾名畫(三界)，我們總是像畫中一樣看到遠處樹木的倒影，近處水中的魚，這說明(　　)
A.遠處水中沒有魚
B.樹木倒影是樹木發出的光先進入水中然后再通過水的折射進入人的眼中
C.近處的魚發出的光經過水面時透射光的能量較少
D.遠處的魚發出的光入射角大容易發生全反射，所以看不到
解析　遠處的魚發出的光入射角較大，當入射角大于等于全反射臨界角時發生全反射，光線不能射出水面，所以看不到，故D正確，A錯誤；樹木倒影是樹木發出的光在水面發生反射后，反射光進入人的眼中，故B錯誤；近處的魚發出的光的光線到水面處，入射角越小，反射光越弱而折射光越強，所以近處的魚發出的光經過水面時透射光的能量較多，故C錯誤。
A
2.(2024·廣東梅州期末)為增加視覺效果，某珠寶商在一顆半徑為R的透明球形寶石下方放一發光二極管B，如圖所示。二極管向球內各個方向發射單色光，恰好有半個球面有光線射出，則該寶石對該單色光的折射率為(　　)
D
3.某科技館內有一個半徑為R的半圓柱形透明體，其俯視圖如圖所示。為估測該透明體材料的折射率，某同學進行了如下實驗：用激光筆從右側沿垂直于直徑AB方向朝透明體射入，保持入射方向不變，入射點由圓心O處緩慢向A處移動，觀察到從圓弧面上射出的光逐漸減弱。當入射點到達C處時，恰好看不到光從圓弧面上D處射出，測得OC＝0.6R。由此，可求出透明體材料的折射率為(　　)
B
4.如圖所示，一束單色光沿半圓柱形玻璃磚的半徑垂直ab面入射，有光線從ab面射出。以O點為圓心，將玻璃磚緩慢轉過θ角時，恰好沒有光線從ab面射出，則該玻璃磚的折射率為(　　)
ACD
D
題組二　光導纖維的工作原理及實際應用
6.醫院給病人做腸鏡、胃鏡、喉鏡等檢查時都要用到內窺鏡，內窺鏡應用到了光的(　　)
A.直線傳播 B.衍射
C.干涉 D.全反射
解析　醫用纖維式內窺鏡利用了光的全反射，故D正確。
C
A.α<60° B.α<30°
C.β>30° D.β<30°
A
8.光纖通信是一種現代化的通信手段，它可以為客戶提供大容量、高速度、高質量的通信服務，為了研究問題方便，我們將光導纖維簡化為一根長直玻璃管，如圖所示。設此玻璃管長為L，折射率為n。已知從玻璃管左端面射入玻璃管內的光線在玻璃管的側面上恰好能發生全反射，最后從玻璃管的右端面射出。設光在真空中的傳播速度為c，則光通過此段玻璃管所需的時間為(　　)
C
綜合提升練
9.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點垂直界面入射后，恰好在玻璃磚圓形表面發生全反射；當入射角i＝60°時，光線從玻璃磚圓形表面出射后恰好與入射光平行。已知真空中的光速為c，則(　　)
解析　作出兩種情況下的光路圖，如圖所示
10.如圖所示，某L形透明材料的折射率n＝2。現沿AB方向切去一角，AB與水平方向的夾角為θ。為使水平方向的光線射到AB面時不會射入空氣，求θ的最大值。
答案　60°
由幾何關系有ic＋θ＝90°
得θ＝60°。
(1)當θ＝60°時，折射光線剛好能從圓柱體底面邊緣射出(不考慮光在圓柱體側面上的反射)，則該介質的折射率為多大？
(2)以不同角度從O點射入的光線，都不能從圓柱體的側面射出，則該介質的折射率至少為多大？
解析　(1)當θ＝60°時，折射光線剛好能從圓柱體底面邊緣射出，可知折射角的正弦值為
(2)若θ＝90°，則折射角為ic，此時射到圓柱體的側面的光線也能發生全反射，則由幾何關系可知ic＝45°

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