人教版（新教材）高中物理選擇性必修第一冊(cè)PAGEPAGE34.2全反射自主預(yù)習(xí)一、光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)名稱項(xiàng)目光疏介質(zhì)光密介質(zhì)定義折射率的介質(zhì)折射率的介質(zhì)傳播速度光在光密介質(zhì)中的傳播速度比在光疏介質(zhì)中的傳播速度小折射特點(diǎn)(1)光從介質(zhì)射入介質(zhì)時(shí)，折射角小于入射角(2)光從介質(zhì)射入介質(zhì)時(shí)，折射角大于入射角①選一選〖多選〗下列說法正確的是()A．因?yàn)樗拿芏却笥诰凭拿芏?，所以水是光密介質(zhì)B．因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎剩运畬?duì)于酒精來說是光疏介質(zhì)C．同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較大D．同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較小〖說明〗光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是相對(duì)的。任何兩種透明介質(zhì)都可以通過比較折射率的大小或光在其中傳播速度的大小來判定誰是光疏介質(zhì)或光密介質(zhì)。二、全反射1．概念：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)入射角增大到某一角度，使折射角達(dá)到90°時(shí)，光完全消失，只剩下光，這種現(xiàn)象叫做全反射。2．臨界角：剛好發(fā)生全反射，即折射角等于90°時(shí)的。用字母C表示。3．發(fā)生全反射的條件(1)光從介質(zhì)射入介質(zhì)。(2)入射角臨界角。4．臨界角與折射率的關(guān)系(1)定量關(guān)系：光由介質(zhì)射入空氣(或真空)時(shí)，sinC＝eq\f(1,n)(公式)。(2)定性：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，光密介質(zhì)的折射率，發(fā)生全反射的臨界角就越小，越容易發(fā)生全反射。②〖選一選〗〖多選〗關(guān)于全反射，下列說法正確的是()A．發(fā)生全反射時(shí)，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認(rèn)為不存在折射光線而只有反射光線B．光線從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，一定會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象C．光從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(shí)，不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D．水或玻璃中的氣泡看起來特別亮，就是因?yàn)楣鈴乃虿Ａ湎驓馀輹r(shí)，在界面發(fā)生全反射〖注意〗光的反射和全反射均遵循光的反射定律，光路均是可逆的。三、全反射的應(yīng)用┄┄┄┄┄┄┄┄③1．全反射棱鏡(1)形狀：截面為三角形的棱鏡。(2)光學(xué)特性①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，光射出棱鏡時(shí)，傳播方向改變了90°；②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，使光的傳播方向改變了。2．光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用(1)原理：利用了光的。(2)構(gòu)造：光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲，由內(nèi)芯和外層透明介質(zhì)兩層組成。內(nèi)芯的折射率比外層的，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外層的界面上發(fā)生。(3)主要優(yōu)點(diǎn)：容量大、損耗小、抗干擾能力強(qiáng)、等。③〖選一選〗光纖通信是利用光的全反射將大量信息高速傳輸。若采用的光導(dǎo)纖維是由內(nèi)芯和外層兩層介質(zhì)組成，下列說法正確的是()A．內(nèi)芯和外層折射率相同，折射率都很大B．內(nèi)芯和外層折射率相同，折射率都很小C．內(nèi)芯和外層折射率不同，外層折射率較小D．內(nèi)芯和外層折射率不同，外層折射率較大知識(shí)點(diǎn)一對(duì)全反射的理解1.全反射現(xiàn)象(1)全反射遵循的規(guī)律發(fā)生全反射時(shí)，光全部返回原介質(zhì)，入射光與反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光線，光的折射定律不再適用。(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，即折射光線能量減小，反射光線強(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)度減小到零，反射光的能量等于入射光的能量。2．不同色光的臨界角不同顏色的光由同一介質(zhì)射入空氣或真空時(shí)，頻率越高的光的臨界角越小，越易發(fā)生全反射。例1.如圖所示，三棱鏡的橫截面為直角三角形ABC，∠A＝30°，∠B＝60°。一束平行于AC邊的光線自AB邊的P點(diǎn)射入三棱鏡，在AC邊發(fā)生反射后從BC邊的M點(diǎn)射出，若光線在P點(diǎn)的入射角和在M點(diǎn)的折射角相等。(1)求三棱鏡的折射率。(2)在三棱鏡的AC邊是否有光線透出，寫出分析過程。(不考慮多次反射的情況)〖點(diǎn)評(píng)〗解決全反射問題的基本思路〖即時(shí)鞏固〗1.〖多選〗一玻璃磚橫截面如圖所示，其中ABC為直角三角形(AC邊未畫出)，AB為直角邊，∠ABC＝45°；ADC為一圓弧，其圓心在BC邊的中點(diǎn)。此玻璃的折射率為1.5。P為一貼緊玻璃磚放置的、與AB邊垂直的光屏。若一束寬度與AB邊長度相等的平行光從AB邊垂直射入玻璃磚，則()A．從BC邊折射出一束寬度與BC邊長度相等的平行光B．屏上有一亮區(qū)，其寬度小于AB邊的長度C．屏上有一亮區(qū)，其寬度等于AC邊的長度D．當(dāng)屏向遠(yuǎn)離玻璃磚的方向平行移動(dòng)時(shí)，屏上亮區(qū)先逐漸變小然后逐漸變大知識(shí)點(diǎn)二全反射的應(yīng)用1.全反射棱鏡全反射棱鏡是利用全反射改變光路以便于觀察。圖中的等腰直角三角形ABC表示一個(gè)全反射棱鏡的橫截面，它的兩直角邊AB和BC表示棱鏡上兩個(gè)互相垂直的側(cè)面。如果光線垂直地射到AB面上，光在棱鏡內(nèi)會(huì)沿原來的方向射到AC面上。由于入射角(45°)大于光從玻璃射入空氣的臨界角(42°)，光會(huì)在AC面上發(fā)生全反射，沿著垂直于BC的方向從棱鏡射出(圖甲)。如果光垂直地射到AC面上(圖乙)，沿原方向射入棱鏡后，在AB、BC兩面上都會(huì)發(fā)生全反射，最后沿著與入射時(shí)相反的方向從AC面上射出。生活中有許多地方都用到了這一原理，例如自行車尾燈(圖丙)。在光學(xué)儀器里，常用全反射棱鏡來代替平面鏡，改變光的傳播方向。圖丁是全反射棱鏡應(yīng)用在潛望鏡里的光路圖。2．光導(dǎo)纖維(1)構(gòu)造及傳播原理：光導(dǎo)纖維是一種透明的玻璃纖維絲，直徑只有1～100μm。如圖所示，它是由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率，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，光信號(hào)又可以轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，進(jìn)而變?yōu)槁曇?、圖像。如果把許多(上萬根)光導(dǎo)纖維合成一束，并使兩端的纖維按嚴(yán)格相同的次序排列，就可以傳輸圖像。(2)光導(dǎo)纖維的折射率：設(shè)光導(dǎo)纖維的折射率為n，入射光線的入射角為θ1，若進(jìn)入端面的折射光線傳到側(cè)面時(shí)恰好發(fā)生全反射，如圖所示。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)。由圖可知當(dāng)θ1增大時(shí)，θ2增大，而從光導(dǎo)纖維射向空氣中光線的入射角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，即有sin90°＝eq\r(n2－1)，解得n＝eq\r(2)。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)大一些。例2.如圖所示是一段光導(dǎo)纖維的簡化圖，光纖總長為L，已知光從左端射入光纖，在光纖的側(cè)面上恰好能發(fā)生全反射，若已知該光纖的折射率為n，光在真空中傳播速度為c，求：(1)光在該光纖中的速度大??；(2)光從左端射入最終從右端射出所經(jīng)歷的時(shí)間。〖即時(shí)鞏固〗2．如圖所示，一根長l＝5.0m的光導(dǎo)纖維用折射率n＝eq\r(2)的材料制成。一束激光由其左端的中心點(diǎn)以45°的入射角射入光導(dǎo)纖維內(nèi)，經(jīng)過一系列全反射后從右端射出，已知真空中光速c＝3×108m/s。求：(1)該激光在光導(dǎo)纖維中的速度v；(2)該激光在光導(dǎo)纖維中傳輸所經(jīng)歷的時(shí)間。課堂達(dá)標(biāo)1．如圖所示為光線由空氣進(jìn)入全反射玻璃棱鏡、再由棱鏡射入空氣的光路圖。正確的是()2．光線由某種介質(zhì)射向與空氣的分界面，當(dāng)入射角大于45°時(shí)折射光線消失，由此可判斷這種介質(zhì)的折射率是()A．n＝eq\f(\r(2),2)B．n＝eq\r(2)C．n＝eq\f(1,2)D．n＝23．〖多選〗一束單色光從真空斜射向某種介質(zhì)的表面，光路如圖所示。下列說法中正確的是()A．光從真空射入介質(zhì)后，頻率不變 B．此介質(zhì)的折射率等于eq\r(2)C．入射角大于45°時(shí)可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 D．入射角小于30°時(shí)可能發(fā)生全反射現(xiàn)象4．〖多選〗如圖所示，有一束平行于等邊三棱鏡截面ABC的單色光從空氣射向E點(diǎn)，并偏折到F點(diǎn)，已知入射方向與邊AB的夾角為θ＝30°，E、F分別為AB、BC的中點(diǎn)，則()A．該棱鏡的折射率為eq\r(3)B．光在F點(diǎn)發(fā)生全反射C．從F點(diǎn)出射的光束與入射到E點(diǎn)的光束不平行D．從F點(diǎn)出射的光束與入射到E點(diǎn)的光束平行5.半圓柱玻璃磚如圖所示，已知光線從圓弧Mb的中點(diǎn)a處進(jìn)入玻璃后，在圓心O點(diǎn)恰好發(fā)生全反射，玻璃磚的臨界角為__________，折射率為__________。

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁一、光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)較小較大光疏光密光密光疏①選一選〖答案〗BD〖解析〗因?yàn)樗恼凵渎蕿?.33，酒精的折射率為1.36，所以水對(duì)于酒精來說是光疏介質(zhì)；由v＝c/n可知，光在光密介質(zhì)中的速度較小，故B、D正確。二、全反射折射反射入射角光密光疏大于或等于越大②〖選一選〗〖答案〗CD〖解析〗發(fā)生全反射時(shí)，反射光線的能量等于入射光線的能量，故沒有折射光線，A錯(cuò)誤；由發(fā)生全反射的條件知B錯(cuò)誤，C正確；D項(xiàng)中射向氣泡的光線經(jīng)全反射回來進(jìn)入人眼的光線強(qiáng)度大，故看起來特別明亮，故D正確。三、全反射的應(yīng)用等腰直角全反射全反射180°全反射大全反射能量保密性③〖選一選〗〖答案〗C〖解析〗光在光導(dǎo)纖維內(nèi)傳播而不折射出來，這是光在內(nèi)芯和外層的界面上發(fā)生全反射的緣故，因而內(nèi)芯的折射率一定大于外層的折射率，所以C正確。例1〖答案〗(1)eq\r(3)(2)沒有分析見〖解析〗〖解析〗(1)光路圖如圖所示，圖中N點(diǎn)為光線在AC邊發(fā)生反射的入射點(diǎn)，設(shè)光線在P點(diǎn)的入射角為i、折射角為r，在M點(diǎn)的入射角為r′、折射角依題意也為i，由幾何關(guān)系知i＝60°①由折射定律有sini＝nsinr②nsinr′＝sini③由②③式得r＝r′④OO′為過M點(diǎn)的法線，∠C為直角，OO′∥AC，由幾何關(guān)系有∠MNC＝r′⑤由反射定律可知∠PNA＝∠MNC⑥聯(lián)立④⑤⑥式得∠PNA＝r⑦由幾何關(guān)系得r＝30°⑧聯(lián)立①②⑧式得n＝eq\r(3)⑨(2)設(shè)在N點(diǎn)的入射角為i′，由幾何關(guān)系得i′＝60°⑩此三棱鏡的全反射臨界角滿足sinC＝eq\f(1,n)?由⑨⑩?式得i′>C此光線在N點(diǎn)發(fā)生全反射，三棱鏡的AC邊沒有光線透出?！技磿r(shí)鞏固〗1.〖答案〗BD〖解析〗設(shè)光在玻璃磚BC面與ADC弧面上的臨界角為C，則有sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(2,3)，顯然C<45°，故可知光將在整個(gè)BC面上發(fā)生全反射，也會(huì)在ADC弧面上靠近A點(diǎn)和C點(diǎn)附近區(qū)域發(fā)生全反射，D點(diǎn)附近的射出光線形成會(huì)聚光束照到光屏P上，由以上分析可知，B、D正確。例2〖解析〗(1)光在該光纖中傳播的速度為：v＝eq\f(c,n)；(2)光沿著軸線方向的速度為v′＝vsinC由以上分析可得，光從左端射入到從右端射出所經(jīng)歷的時(shí)間為：t＝eq\f(L,v′)＝eq\f(L,\f(c,n)×\f(1,n))＝eq\f(n2L,c)?！即鸢浮?1)光在該光纖中的速度大小為eq\f(c,n)(2)光從左端射入最終從右端射出所經(jīng)歷的時(shí)間為eq\f(n2L,c)?！技磿r(shí)鞏固〗2.〖答案〗(1)2.1×108m/s(2)2.7×10－8s〖解析〗(1)由n＝eq\f(c,v)可得v＝eq\f(c,n)≈2.1×108m/s(2)由n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)可得光線從左端面射入后的折射角為30°，射到側(cè)面時(shí)的入射角為60°，大于臨界角45°，因此發(fā)生全反射。同理光線每次在側(cè)面都將發(fā)生全反射，直到光線到達(dá)右端面。由幾何關(guān)系可以求出光線在光導(dǎo)纖維中通過的總路程s＝eq\f(2l,\r(3))，因此該激光在光導(dǎo)纖維中傳輸所經(jīng)歷的時(shí)間t＝eq\f(s,v)≈2.7×10－8s課堂達(dá)標(biāo)1.〖答案〗A〖解析〗光垂直等腰三角形的某直角邊射入玻璃棱鏡時(shí)，在斜邊發(fā)生全反射，故A正確。2.〖答案〗B〖解析〗B入射角大于45°時(shí)折射光線消失，即這種介質(zhì)的臨界角C＝45°，所以n＝eq\f(1,sinC)＝eq\r(2)，B正確。3.〖答案〗AB〖解析〗光的頻率由光源決定，在傳播過程中頻率不變，選項(xiàng)A正確；由折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(sin45°,sin30°)＝eq\r(2)，選項(xiàng)B正確；發(fā)生全反射的臨界角C＝arcsineq\f(1,n)＝45°，只有當(dāng)光線從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)且入射角大于或等于臨界角時(shí)才會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。4.〖答案〗AC〖解析〗在E點(diǎn)作出法線可知入射角為60°，折射角為30°，折射率為eq\r(3)，選項(xiàng)A正確；由光路的可逆性可知，在BC邊上的入射角小于臨界角，不會(huì)發(fā)生全反射，選項(xiàng)B錯(cuò)誤；從F點(diǎn)出射的反射光線與法線的夾角為30°，折射光線與法線的夾角為60°，由幾何關(guān)系知，不會(huì)與入射到E點(diǎn)的光束平行，選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。5.〖答案〗45°eq\r(2)〖解析〗由題意可知，光線在O點(diǎn)處入射角為45°，恰好發(fā)生全反射，則臨界角C＝45°，由折射率和臨界角關(guān)系式得n＝eq\f(1,sinC)＝eq\f(1,sin45°)＝eq\r(2)。4.2全反射自主預(yù)習(xí)一、光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)名稱項(xiàng)目光疏介質(zhì)光密介質(zhì)定義折射率的介質(zhì)折射率的介質(zhì)傳播速度光在光密介質(zhì)中的傳播速度比在光疏介質(zhì)中的傳播速度小折射特點(diǎn)(1)光從介質(zhì)射入介質(zhì)時(shí)，折射角小于入射角(2)光從介質(zhì)射入介質(zhì)時(shí)，折射角大于入射角①選一選〖多選〗下列說法正確的是()A．因?yàn)樗拿芏却笥诰凭拿芏龋运枪饷芙橘|(zhì)B．因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎?，所以水?duì)于酒精來說是光疏介質(zhì)C．同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較大D．同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較小〖說明〗光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是相對(duì)的。任何兩種透明介質(zhì)都可以通過比較折射率的大小或光在其中傳播速度的大小來判定誰是光疏介質(zhì)或光密介質(zhì)。二、全反射1．概念：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)入射角增大到某一角度，使折射角達(dá)到90°時(shí)，光完全消失，只剩下光，這種現(xiàn)象叫做全反射。2．臨界角：剛好發(fā)生全反射，即折射角等于90°時(shí)的。用字母C表示。3．發(fā)生全反射的條件(1)光從介質(zhì)射入介質(zhì)。(2)入射角臨界角。4．臨界角與折射率的關(guān)系(1)定量關(guān)系：光由介質(zhì)射入空氣(或真空)時(shí)，sinC＝eq\f(1,n)(公式)。(2)定性：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，光密介質(zhì)的折射率，發(fā)生全反射的臨界角就越小，越容易發(fā)生全反射。②〖選一選〗〖多選〗關(guān)于全反射，下列說法正確的是()A．發(fā)生全反射時(shí)，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認(rèn)為不存在折射光線而只有反射光線B．光線從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，一定會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象C．光從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)時(shí)，不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D．水或玻璃中的氣泡看起來特別亮，就是因?yàn)楣鈴乃虿Ａ湎驓馀輹r(shí)，在界面發(fā)生全反射〖注意〗光的反射和全反射均遵循光的反射定律，光路均是可逆的。三、全反射的應(yīng)用┄┄┄┄┄┄┄┄③1．全反射棱鏡(1)形狀：截面為三角形的棱鏡。(2)光學(xué)特性①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，光射出棱鏡時(shí)，傳播方向改變了90°；②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，使光的傳播方向改變了。2．光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用(1)原理：利用了光的。(2)構(gòu)造：光導(dǎo)纖維是非常細(xì)的特制玻璃絲，由內(nèi)芯和外層透明介質(zhì)兩層組成。內(nèi)芯的折射率比外層的，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外層的界面上發(fā)生。(3)主要優(yōu)點(diǎn)：容量大、損耗小、抗干擾能力強(qiáng)、等。③〖選一選〗光纖通信是利用光的全反射將大量信息高速傳輸。若采用的光導(dǎo)纖維是由內(nèi)芯和外層兩層介質(zhì)組成，下列說法正確的是()A．內(nèi)芯和外層折射率相同，折射率都很大B．內(nèi)芯和外層折射率相同，折射率都很小C．內(nèi)芯和外層折射率不同，外層折射率較小D．內(nèi)芯和外層折射率不同，外層折射率較大知識(shí)點(diǎn)一對(duì)全反射的理解1.全反射現(xiàn)象(1)全反射遵循的規(guī)律發(fā)生全反射時(shí)，光全部返回原介質(zhì)，入射光與反射光遵循光的反射定律，由于不存在折射光線，光的折射定律不再適用。(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，即折射光線能量減小，反射光線強(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)度減小到零，反射光的能量等于入射光的能量。2．不同色光的臨界角不同顏色的光由同一介質(zhì)射入空氣或真空時(shí)，頻率越高的光的臨界角越小，越易發(fā)生全反射。例1.如圖所示，三棱鏡的橫截面為直角三角形ABC，∠A＝30°，∠B＝60°。一束平行于AC邊的光線自AB邊的P點(diǎn)射入三棱鏡，在AC邊發(fā)生反射后從BC邊的M點(diǎn)射出，若光線在P點(diǎn)的入射角和在M點(diǎn)的折射角相等。(1)求三棱鏡的折射率。(2)在三棱鏡的AC邊是否有光線透出，寫出分析過程。(不考慮多次反射的情況)〖點(diǎn)評(píng)〗解決全反射問題的基本思路〖即時(shí)鞏固〗1.〖多選〗一玻璃磚橫截面如圖所示，其中ABC為直角三角形(AC邊未畫出)，AB為直角邊，∠ABC＝45°；ADC為一圓弧，其圓心在BC邊的中點(diǎn)。此玻璃的折射率為1.5。P為一貼緊玻璃磚放置的、與AB邊垂直的光屏。若一束寬度與AB邊長度相等的平行光從AB邊垂直射入玻璃磚，則()A．從BC邊折射出一束寬度與BC邊長度相等的平行光B．屏上有一亮區(qū)，其寬度小于AB邊的長度C．屏上有一亮區(qū)，其寬度等于AC邊的長度D．當(dāng)屏向遠(yuǎn)離玻璃磚的方向平行移動(dòng)時(shí)，屏上亮區(qū)先逐漸變小然后逐漸變大知識(shí)點(diǎn)二全反射的應(yīng)用1.全反射棱鏡全反射棱鏡是利用全反射改變光路以便于觀察。圖中的等腰直角三角形ABC表示一個(gè)全反射棱鏡的橫截面，它的兩直角邊AB和BC表示棱鏡上兩個(gè)互相垂直的側(cè)面。如果光線垂直地射到AB面上，光在棱鏡內(nèi)會(huì)沿原來的方向射到AC面上。由于入射角(45°)大于光從玻璃射入空氣的臨界角(42°)，光會(huì)在AC面上發(fā)生全反射，沿著垂直于BC的方向從棱鏡射出(圖甲)。如果光垂直地射到AC面上(圖乙)，沿原方向射入棱鏡后，在AB、BC兩面上都會(huì)發(fā)生全反射，最后沿著與入射時(shí)相反的方向從AC面上射出。生活中有許多地方都用到了這一原理，例如自行車尾燈(圖丙)。在光學(xué)儀器里，常用全反射棱鏡來代替平面鏡，改變光的傳播方向。圖丁是全反射棱鏡應(yīng)用在潛望鏡里的光路圖。2．光導(dǎo)纖維(1)構(gòu)造及傳播原理：光導(dǎo)纖維是一種透明的玻璃纖維絲，直徑只有1～100μm。如圖所示，它是由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率，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，光信號(hào)又可以轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，進(jìn)而變?yōu)槁曇?、圖像。如果把許多(上萬根)光導(dǎo)纖維合成一束，并使兩端的纖維按嚴(yán)格相同的次序排列，就可以傳輸圖像。(2)光導(dǎo)纖維的折射率：設(shè)光導(dǎo)纖維的折射率為n，入射光線的入射角為θ1，若進(jìn)入端面的折射光線傳到側(cè)面時(shí)恰好發(fā)生全反射，如圖所示。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)。由圖可知當(dāng)θ1增大時(shí)，θ2增大，而從光導(dǎo)纖維射向空氣中光線的入射角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，即有sin90°＝eq\r(n2－1)，解得n＝eq\r(2)。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)大一些。例2.如圖所示是一段光導(dǎo)纖維的簡化圖，光纖總長為L，已知光從左端射入光纖，在光纖的側(cè)面上恰好能發(fā)生全反射，若已知該光纖的折射率為n，光在真空中傳播速度為c，求：(1)光在該光纖中的速度大?。?2)光從左端射入最終從右端射出所經(jīng)歷的時(shí)間。〖即時(shí)鞏固〗2．如圖所示，一根長l＝5.0m的光導(dǎo)纖維用折射率n＝eq\r(2)的材料制成。一束激光由其左端的中心點(diǎn)以45°的入射角射入光導(dǎo)纖維內(nèi)，經(jīng)過一系列全反射后從右端射出，已知真空中光速c＝3×108m/s。求：(1)該激光在光導(dǎo)纖維中的速度v；(2)該激光在光導(dǎo)纖維中傳輸所經(jīng)歷的時(shí)間。課堂達(dá)標(biāo)1．如圖所示為光線由空氣進(jìn)入全反射玻璃棱鏡、再由棱鏡射入空氣的光路圖。正確的是()2．光線由某種介質(zhì)射向與空氣的分界面，當(dāng)入射角大于45°時(shí)折射光線消失，由此可判斷這種介質(zhì)的折射率是()A．n＝eq\f(\r(2),2)B．n＝eq\r(2)C．n＝eq\f(1,2)D．n＝23．〖多選〗一束單色光從真空斜射向某種介質(zhì)的表面，光路如圖所示。下列說法中正確的是()A．光從真空射入介質(zhì)后，頻率不變 B．此介質(zhì)的折射率等于eq\r(2)C．入射角大于45°時(shí)可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 D．入射角小于30°時(shí)可能發(fā)生全反射現(xiàn)象4．〖多選〗如圖所示，有一束平行于等邊三棱鏡截面ABC的單色光從空氣射向E點(diǎn)，并偏折到F點(diǎn)，已知入射方向與邊AB的夾角為θ＝30°，E、F分別為AB、BC的中點(diǎn)，則()A．該棱鏡的折射率為eq\r(3)B．光在F點(diǎn)發(fā)生全反射C．從F點(diǎn)出射的光束與入射到E點(diǎn)的光束不平行D．從F點(diǎn)出射的光束與入射到E點(diǎn)的光束平行5.半圓柱玻璃磚如圖所示，已知光線從圓弧Mb的中點(diǎn)a處進(jìn)入玻璃后，在圓心O點(diǎn)恰好發(fā)生全反射，玻璃磚的臨界角為__________，折射率為__________。

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁一、光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)較小較大光疏光密光密光疏①選一選〖答案〗BD〖解析〗因?yàn)樗恼凵渎蕿?.33，酒精的折射率為1.36，所以水對(duì)于酒精來說是光疏介質(zhì)；由v＝c/n可知，光在光密介質(zhì)中的速度較小，故B、D正確。二、全反射折射反射入射角光密光疏大于或等于越大②〖選一選〗〖答案〗CD〖解析〗發(fā)生全反射時(shí)，反射光線的能量等于入射光線的能量，故沒有折射光線，A錯(cuò)誤；由發(fā)生全反射的條件知B錯(cuò)誤，C正確；D項(xiàng)中射向氣泡的光線經(jīng)全反射回來進(jìn)入人眼的光線強(qiáng)度大，故看起來特別明亮，故D正確。三、全反射的應(yīng)用等腰直角全反射全反射180°全反射大全反射能量保密性③〖選一選〗〖答案〗C〖解析〗光在光導(dǎo)纖維內(nèi)傳播而不折射出來，這是光在內(nèi)芯和外層的界面上發(fā)生全反射的緣故，因而內(nèi)芯的折射率一定大于外層的折射率，所以C正確。例1〖答案〗(1)eq\r(3)(2)沒有分析見〖解析〗〖解析〗(1)光路圖如圖所示，圖中N點(diǎn)為光線在AC邊發(fā)生反射的入射點(diǎn)，設(shè)光線在P點(diǎn)的入射角為i、折射角為r，在M點(diǎn)的入射角為r′、折射角依題意也為i，由幾何關(guān)系知i＝60°①由折射定律有sini＝nsinr②nsinr′＝sini③由②③式得r＝r′④OO′為過M點(diǎn)的法線，∠C為直角，OO′∥AC，由幾何關(guān)系有∠MNC＝r′⑤由反射定律可知∠PNA＝∠MNC⑥聯(lián)立④⑤⑥式得∠PNA＝r⑦由幾何關(guān)系得r＝30°⑧聯(lián)立①②⑧式得n＝eq\r(3)⑨(2)設(shè)在N點(diǎn)的入射角為i′，由幾何關(guān)系得i′＝60°⑩此三棱鏡的全反射臨界角滿足sinC＝eq\f(1,n)?由⑨⑩?式得i′>C此光線在N點(diǎn)發(fā)生全反射，三棱鏡的AC邊沒有光線透出。〖即時(shí)鞏固〗1.〖答案〗BD〖解析〗設(shè)光在玻璃磚BC面與ADC弧面上的臨界角為C，則有sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(2,3)，顯然C<45°，故可知光將在整個(gè)BC面上發(fā)生全反射，也會(huì)在AD