高中物理高三备考强化训练光的全反射光导纤维

专题57 光的折射 全反射 光导纤维1．如图所示，水下光源 S 向水面A 点发射一束光线，折 射光线分别为 a 、、b 两束．则在水中 a 光的速度比 b 光的 （填 “大”或“小”）； 若保持入射点 A 位置不变，将入射光线顺时针旋转从水面上方观察， （填“a ”或“b ”）光先消失．【答案】大b【名师点睛】本题整合了光的折射、全反射、干涉、速度等多个知识点，有效地考查了学生对光学内容的掌握情况。

2．如图所示，一玻璃球体的半径为R ，O 为球心，AB 为直径，在球的左侧有一竖直接收屏在A 点与玻璃球相切．自B 点发出的光线BM 在M 点射出，出射光线平行于AB ，照射在接收屏上的Q 点．另一光线BN 恰好在N 点发生全反射．已知∠ABM =30°，求： （ⅰ）玻璃的折射率；（ⅱ）光由B 传到M 点与再由M 传到Q 点所需时间比； （ⅲ）N 点到直径AB 的距离．【答案】（i ） 3（ii ）6:1 （ⅲ）R 322BP3．如图所示，一左侧为四分之一圆形，右侧为直角梯形的等厚玻璃砖，圆形半径R＝1 m，直角梯形的高OP=1m，∠O M N=60°，一束平行蓝光（光束范围恰好在PQ之间）垂直射向该玻璃砖，经折射后在屏幕S上形成一个亮区．屏幕S至O的距离为OG＝（2＋1） m，试求：（1）若左侧四分之一圆形玻璃砖对蓝色光的折射率为n1＝2，右侧直角梯形玻璃砖对蓝色光的折射率为n2＝3，请你求出屏幕S上形成亮区的长度．（结果可保留根号）；（2）若将题干中蓝光改为白光，在屏幕S上形成的亮区的边缘是什么颜色，试说明理由。

【答案】见解析。

②根据折射定律：对于右侧梯形，由于入射角为300，正对O 点入射的光线经梯形折射后到达屏S 亮区最左端 sin i sin r ＝1n 2r =600由几何知识可知：∠FMG =300GM ＝OG —RL 2＝FG ＝GM tg n 300=26mL = L 1+ L 2=1+26m（2）由于白色光中紫光的折射率最大，临界角最小，故在屏幕S 上形成的亮区的边缘应是紫色光．4．如图所示，OMN 是放置在水平面上一半径为R 的14，①图中玻璃砖右侧有一束从球心O 开始的单色平行光垂直于MO 从空气射入玻璃砖，已知单色光宽度等于2R，求光束中的光线射出玻璃砖时最大的折射角： ②图中玻璃砖左侧有一细束光水平射到球体表面MN ，经折射后从OM 边射出的光线出射角为60°，求入射光线与桌面的距离。

【满分：110分 时间：90分钟】一、选择题（本大题共12小题，每小题5分，共60分。

在每小题给出的四个选项中。

18题只有一项符合题目要求； 912题有多项符合题目要求.全部选对的得5分，选对但不全的得3分,有选错的得0分。

）1．一条光线从空气射入折射率为2的介质中,在界面处的入射角为45°.入射光中，一部分被反射，另一部分被折射。

则反射光线和折射光线的夹角为：（ ）A ．75° B．90° C ．105°D ．120°【答案】C【解析】 根据折射定律452sini sin n sinr sinr ︒===，得：12sinr =；则r=30°；根据反射定律，反射角为45°，,则反射光线和折射光线的夹角为45°+90°-30°=105°，故选C。

【名师点睛】本题考查折射定律的直接应用，记住折射定律的表达式sini，理解入射角、折射角及反射角的nsinr概念；此题是基础题，考查基本规律的应用.2．某单色光在某种介质中的传播速度大小为1。

5×108m/s,则该单色光从此介质射向真空并发生全反射的临界角是：（）A．15° B．30° C．45° D．60°【答案】B【名师点睛】此题是对光的折射定律及全反射的考查；要知道若是光是从空气射向液体则折射率应该是入射角的正弦与折射角的正弦相比．光的全反射必须从光密介质进入光疏介质，同时入射角大于临界角.3．如图所示，空气中有一折射率为2的玻璃柱体，其横截面是圆心角为090、半径为R的扇形OAB，一束平行光平行于横截面,以045入射角照射到OA上，OB不透光，若只考虑首次入射到圆弧AB上的光，则弧AB上有光透出部分的弧长为：（)A、16RπB、14RπC、13RπD、512Rπ【答案】B【名师点睛】注意两条特殊光线，一是从O点沿半径方向进入玻璃柱体的光线，在AO面上折射后传播入方向不变，二是在AB面上发生全反射的光线，有光透出的部分在这两条光线之间,然后根据几何关系求解。

专题57 光的折射 全反射 光导纤维1.理解折射率的概念，掌握光的折射定律.2.掌握全反射的条件，会进行有关简单的计算．1． 折射现象光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变的现象． 2． 折射定律(1)内容：如图所示，折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比．(2)表达式：n =21sin sin θθ (3)在光的折射现象中，光路是可逆的． 3． 折射率(1)折射率是一个反映介质的光学性质的物理量． (2)定义式：21sin sin θθ=n (3)计算公式：vcn =，因为v <c ，所以任何介质的折射率都大于1. (4)当光从真空(或空气)射入某种介质时，入射角大于折射角；当光由介质射入真空(或空气)时，入射角小于折射角． 4． 全反射现象(1)条件：①光从光密介质射入光疏介质． ②入射角大于或等于临界角．(2)现象：折射光完全消失，只剩下反射光．5． 临界角：折射角等于90°时的入射角，用C 表示，sin C ＝n1. 6． 光的色散(1)光的色散现象：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象．(2)光谱：含有多种颜色的光被分解后，各种色光按其波长的有序排列． (3)光的色散现象说明： ①白光为复色光；②同一介质对不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大； ③不同色光在同一介质中的传播速度不同，波长越短，波速越慢． (4)棱镜①含义：截面是三角形的玻璃仪器，可以使光发生色散，白光的色散表明各色光在同一介质中的折射率不同．②三棱镜对光线的作用：改变光的传播方向，使复色光发生色散．考点一 折射定律的理解与应用 解决光的折射问题的一般方法： (1)根据题意画出正确的光路图．(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，确定入射角和折射角． (3)利用折射定律建立方程进行求解． ★重点归纳★1． 玻璃砖对光路的控制两平面平行的玻璃砖，出射光线和入射光线平行，且光线发生了侧移，如图所示．2． 三棱镜对光路的控制(1)光密三棱镜：光线两次折射均向底面偏折，偏折角为δ，如图所示．(2)光疏三棱镜：光线两次折射均向顶角偏折． (3)全反射棱镜(等腰直角棱镜)，如图所示．①当光线从一直角边垂直射入时，在斜边发生全反射，从另一直角边垂直射出(如图甲)． ②当光线垂直于斜边射入时，在两直角边发生全反射后又垂直于斜边射出 (如图乙)，入射光线和出射光线互相平行．特别提醒 不同颜色的光的频率不同，在同一种介质中的折射率、光速也不同，发生全反射现象的临界角也不同．★典型案例★如图所示，ABC 是三棱镜的一个截面，其折射率为 1.5n =，现有一细束平行与截面的光线沿MN 方向射到棱镜的AB 面上的N 点，2AN NB cm ==，入射角的大小为，且sin 0.75i =，已知真空中的光速8/3.010c m s =⨯，求：①光在棱镜中传播的速率；②此束光进入棱镜后从棱镜射出的方向和位置（不考虑AB 面的反射）。

高考母题解读高考题千变万化，但万变不离其宗。

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母题10、光的全反射、光导纤维【解法归纳】【针对训练题精选解析】1（2010山东理综）如图所示，一段横截面为正方形的玻璃棒，中间部分弯成四分之一圆弧形状，一细束单色光由MN端面的中点垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射，然后垂直PQ端面射出。

①求该玻璃棒的折射率。

②若将入射光向N端平移，当第一次射到弧面EF上时_____（填“能”“不能”或“无法确定能否”）发生全反射。

【解析】①根据一细束单色光由MN端面的中点垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射可知临界角C=45°，由sinC=1/n，sin45°=可得该玻璃棒的折射率②若将入射光向N端平移，射到弧面EF上时，入射角增大，大于临界角，所以能发生全反射。

【答案】①②能【点评】此题考查全反射等知识点。

解答时要领会恰好发生全反射的含义。

2（2010体，其横截面是圆心角为90°、半径为R 的扇形OAB 、一束平行光平行于横截面，以45°入射角射到OA 上，OB 不透光，若考虑首次入射到圆弧AB 上的光，则 AB 上有光透出的部分的弧长为A ．16πRB ．14πRC ．13πRD ．512πR3. (2010全国新课标理综)如图，一个三棱镜的截面为等腰直角∆ABC ，A ∠为直角.此截面所在平面内的光线沿平行于BC 边的方向射到AB 边，进入棱镜后直接射到AC 边上，并刚好能发生全反射.该棱镜材料的折射率为_________.(填入正确选项前的字母)A 、32 D【解析】根据折射率定义有，sin ∠1=n sin ∠2， sin ∠3=1/n ，已知∠1=45°，∠2+∠3=90°，解得：所以所以选项A 正确。

专题52 光的折射 全反射 光导纤维（练）1．如图，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a 、b 两束光线。

则：（）A ．在玻璃中，a 光的传播速度大于b 光的传播速度B ．在真空中，a 光的波长大于b 光的波长C ．玻璃砖对a 光的折射率小于b 光的折射率D ．若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，则折射光线a 首先消失 【答案】D 【解析】【名师点睛】本题综合考查了光的折射、全反射和干涉，关键是记住几个公式：折射率定义公式sini n sin γ=、光速公式v cn=。

2．（多选）如图所示，空气中有横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为r ，外圆半径为R ，2R r =。

现有一束单色光垂直于水平端面A 射入透明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面B 射出，设透明柱体的折射率为n ，光在透明柱体内传播的时间为t ，若真空中的光速为c ，则：（）A ．n 3B ．n 可能为2C．t可能为22rcD．t可能为4.8rc【答案】AB【解析】【名师点睛】由题意利用几何关系作出光路图可知第一次的入射角，即可判断临界角的大小，并能判断出折射率的大小范围；由光路图即可得出运行时间。

3．自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车．尾灯的构造如图所示。

下面说法正确的是：（）A．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射B．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射C．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射D．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射【答案】C【解析】汽车灯光应从右面射向自行车尾灯，光在尾灯内部左表面发生全反射，使自行车后面的汽车司机发现前面有自行车，避免事故的发生；故选C。

【名师点睛】本题考查了全反射在生活中的应用，知道全反射的条件，分析清楚图示情景即可正确解题，本题难度不大，是一道基础题。

4.5全反射与光导纤维同步测控，当入射角变化时，那么( ) A ．反射角与折射角都发生变化 B ．反射角与折射角都不变 C ．反射角发生变化，折射角不变 D ．折射角变化，反射角始终不变解析：选A.由光反射定律知，入射角与反射角相等，所以入射角变化时，反射角也发生变化；由光折射定律知，入射角正弦与折射角正弦成正比，所以入射角变化时，折射角也发生变化，A 正确． 2.一束光从某种介质射入空气中时，入射角i ＝30°，折射角r ＝60°，折射光路如下图，那么以下说法正确是( ) A ．此介质折射率为 33B ．此介质折射率为3C ．光在介质中速度比在空气中小D ．光在介质中速度比在空气中大解析：选BC.由折射定律及入射角、折射角含义知n ＝sin rsin i＝3，那么此介质比空气折射率大，又由n ＝cv知，C 正确，D 错误．3.用“插针法〞测定透明半圆柱玻璃砖折射率，O 为玻璃砖截面圆心，使入射光线跟玻璃砖平面垂直，如下图四个图中P 1、P 2、P 3与P 4是四个学生实验插针结果．(1)在这四个图中肯定把针插错了是________；(2)在这四个图中可以比拟准确地测出折射率是____________，计算玻璃砖折射率公式是________．解析：(1)垂直射入半圆柱玻璃砖平面光线，经玻璃砖折射后，折射光线不能与入射光线平行(除过圆心光线)，A 错．(2)测量较准确是图D ，因B 图入射光线经过圆心，出射光线没有发生折射，C 图入射光线离圆心太近，射到圆界面上时，入射角太小不易测量，会产生较大误差．测量出入射角与折射角后，由折射定律求出折射率n ＝sin isin r.答案：(1)A (2)D n ＝sin isin r4.有人在游泳池岸边“竖直〞向下观察池水深度，看上去池水视深为h ，水折射率为43，那么池水实际深度H ＝________．解析：由池底某点P 发出光线，在水中与空气中光路如下图．由于观察者在岸边“竖直〞向下观看，所以光线在水面处入射角θ1与折射角θ2都很小，根据数学知识可知：sin θ1≈tan θ1＝aH，①sin θ2≈tan θ2＝ah.②根据折射定律有1n ＝sin θ1sin θ2.③将①②两式代入③式得1n ＝a /Ha /h，解得池水实际深度为H ＝nh ＝43h .答案：43h课时作业 一、选择题，那么折射率越大介质( )A ．折射角越大，表示这种介质对光线偏折角度越大B ．折射角越大，表示这种介质对光线偏折角度越小C ．折射角越小，表示这种介质对光线偏折角度越大D ．折射角越小，表示这种介质对光线偏折角度越小解析：选C.根据光折射定律sin θ1sin θ2＝n 知sin θ2＝sin θ1n ，光从真空以相等入射角θ1射入介质时，sin θ1一定，n 越大，sin θ2越小，θ2就越小，说明光偏离原来角度就越大，所以选项C 正确．，入射角i 从零开场增大到某一值过程中，折射角r 也随之增大，那么以下说法正确是( ) A ．比值i /r 不变B ．比值sin i /sin r 是一个大于1常数C ．比值sin i /sin r 不变D ．比值sin i /sin r 是一个小于1常数解析：选CD.光从玻璃射向空气时，玻璃折射率n ＝sin rsin i >1，且不变，因此C 、D 正确．，入射角为40°，在界面上光一局部被反射，另一局部被折射，那么反射光线与折射光线夹角是( ) A ．小于40° B ．在40°与50°之间 C ．大于140°D ．在100°与140°之间解析：选D.因为入射角为40°，反射角也为40°，根据折射定律折射角小于40°，所以反射光线与折射光线夹角在100°与140°之间． ，落山太阳看上去正好在地平线上，但实际上太阳已处于地平线以下，观察者视觉误差大小取决于当地大气状况．造成这种现象原因是( ) A ．光反射 B ．光折射 C ．光直线传播D ．小孔成像解析：选B.光经过大气层，空气分布不均匀，而折射率不同，光发生折射现象使光传播方向发生改变所致．，用他测得多组入射角i 与折射角r ，作出sin i －sin r 图像如下图，以下判断中正确是( )A ．他做实验时，光线是由空气射入玻璃B ．C ．D ．解析：选ACD.由题图可知入射角大于折射角，光线是由光疏介质射入光密介质，应选项A 正确；任何介质折射率都大于1，故B 项错；由折射率公式n ＝sin i sin r ，可得n ＝10.67＝1.5，故C 项正确；由临界角定义公式：sin C ＝1n，可知D 项正确．，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60°，光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行．此玻璃折射率为( )A. 2 B ． C. 3D ．2解析：选C.绘出光在玻璃球体内光路图，如下图，由几何关系可知，第一次折射时，折射角为30°，那么n ＝sin60°sin30°＝3，C 正确．，有人在门上开一小圆孔，将一块圆柱形玻璃嵌入其中，圆柱体轴线与门面垂直，如下图，从圆柱底面中心看出去，可以看到门外入射光线与轴线间最大夹角称为视场角，该玻璃折射率为n ，圆柱体长为l ，底面半径为r ，那么视场角为( ) A ．arcsin nl r 2＋l2B ．arcsin nr r 2＋l2C ．arcsinrn r 2＋l 2D ．arcsinln r 2＋l2解析：选B.画出以最大入射角(θ1)入射光线(边界光线)在圆柱形玻璃中折射后光路图，如下图，由几何关系与折射定律，有sinθ2＝rr2＋l2，n＝sinθ1sinθ2，联立以上两式解得：sinθ1＝nr r2＋l2θ1＝arcsin nrr2＋l2，选项B正确．8.在用两面平行玻璃砖测定玻璃折射率实验中，其实验光路如下图，对实验中一些具体问题，以下意见正确是( )A．为了减少作图误差，P3与P4距离应适当取大些B．为减少测量误差，P1、P2连线与玻璃砖界面夹角应取大些C．假设P1、P2距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2像D．假设P1、P2连线与法线NN′夹角较大时，有可能在bb′面发生全反射，所以在bb′一侧就看不到P1、P2像解析：选A.P3与P4距离应适当取大些，是为了画直线OB时更接近原光线，能减少误差，选项A正确．在玻璃中光线OO′入射角达不到临界角，不会发生全反射．9.在测定玻璃折射率实验中，已画好玻璃砖界面两直线aa′与bb′后，不小心误将玻璃砖向上稍平移了一点，如下图，假设其他操作正确，那么测得折射率将( )A．变大B．变小C ．不变D ．变大、变小均有可能 解析：选C.设P 1、P 2、P 3、P 4是正确操作所得到四枚大头针位置，画出光路图后可知，即使玻璃砖向上平移一些，如下图，实际入射角没有改变．实际折射光线是O 1O 1′，而现在误把O 2O 2′作为折射光线，由于O 1O 1′平行于O 2O 2′，所以折射角没有改变，因此折射率不变．10.如下图，空气中有一块横截面呈扇形玻璃砖，折射率为2.现有一细光束，垂直射到AO 面上，经玻璃砖反射、折射后，经OB 面平行返回，∠AOB 为135°，圆半径为r ，那么入射点P 点距圆心O 距离为( ) A.14r B.12r C ．r sin7.5° D ．r sin15°解析：选C.如图过D 点作法线，光线在D 点折射时，由于∠AOB ＝135°，可知折射角为45°，由光折射定律sin45°sin i ＝n ，i ＝30°.又由几何关系知∠PCD ＝15°，连接OC ，由光反射定律知∠PCO °，PO ＝r °. 二、非选择题11.光线以60°入射角从空气射入玻璃中，折射光线与反射光线恰好垂直．(真空中光速c ＝3.0×108 m/s) (1)画出折射光路图．(2)求出玻璃折射率与光在玻璃中传播速度． (3)当入射角变为45°时，折射角为多大？(4)当入射角增大或减小时，玻璃折射率是否变化？说明理由． 解析：先画出玻璃与空气界面，再过入射点作出界面垂线即为法线，作入射光线，然后根据光反射定律与折射定律作出反射光线与折射光线，求出折射角θ2后，根据n ＝sin θ1sin θ2求出n ，再根据n ＝cv 求出光在玻璃中传播速度v ，当入射角变化时，比值sin θ1sin θ2保持不变，即玻璃折射率并不改变，据此可求出相应折射角．(1)由题意知入射角θ1＝60°，反射角θ3＝60°，折射角θ2＝90°－60°＝30°，折射光路图如下图． (2)n ＝sin θ1sin θ2＝sin60°sin30°＝3，根据n ＝c v 得v ＝cn＝错误! m/s.故v ≈1.7×108 m/s.(3)由n ＝sin θ1sin θ2得sin θ2＝sin θ1n，将sin θ1＝sin45°＝22及n ＝3代入上式，可求得sin θ2＝66，θ2＝arcsin 66.(4)折射率不会变化，折射率由介质与入射光频率决定，而跟入射角大小无关． 答案：见解析12.一个圆柱形筒，直径12 cm ，高16 cm.人眼在筒侧上方某处观察，所见筒侧深度为9 cm ，当筒中装满液体时，那么恰能看到筒侧最低点，求：(1)此液体折射率；(2)光在此液体中传播速度．解析：根据题中“恰能看到〞，可作出符合题意光路图(如下图)． (1)由图可知：sin θ2＝d d 2＋H2，sin θ1＝sin i ＝d d 2＋h2折射率：n ＝sin θ1sin θ2＝d 2＋H 2d 2＋h 2＝122＋162122＋92＝43.(2)传播速度：v ＝cn＝错误!×108 m/s.答案：(1)43(2)2.25×108 m/s。

第二节光的全反射第三节光导纤维及其应用建议用时实际用时满分实际得分90分钟100分一、选择题（本题包括8小题，每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分，共32分）1.关于全反射，下列说法中正确的是（）A.发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线只存在反射光线B.光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象C.光线从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射现象D.水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生全反射2.已知介质对某单色光的临界角为，则（）A.该介质对此单色光的折射率等于B.此单色光在该介质中的传播速度等于·sin（是真空中的光速）C.此单色光在该介质中的波长是在真空中波长的sin 倍D.此单色光在该介质中的频率是在真空中频率的倍3.光在某种介质中的传播速度为1.5×108 m/s，光从此介质射向空气并发生全反射时的临界角是（）A.15°B.30°C.45°D.60°4.(北京高考)光导纤维的结构如图1所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播.以下关于光导纤维的说法正确的是( )图1A.内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B.内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射C.内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生折射D.内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用5.光线在空气与水的交界面处发生全反射的条件是( )A.光由空气射入水中，入射角足够大B.光由空气射入水中，入射角足够小C.光由水中射入空气，入射角足够大D.光由水中射入空气，入射角足够小6.一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45°.图2所示的四个光路中，正确的是( )图27.在医学上，光导纤维可以制成内窥镜,用来检查人体胃、肠、气管等器官的内部.内窥镜有两组光导纤维，一组用来把光输送到人体内部，另一组用来进行观察.光在光导纤维中的传输利用了（）A.光的折射B.光的衍射C.光的干涉D.光的全反射8.（2009·浙江理综）如图3所示，有一束平行于等边三棱镜截面的单色光从空气射向点，并偏折到点.已知入射方向与边的夹角为=30°，分别为边的中点，则( )图3A.该棱镜的折射率为B.光在点发生全反射C.光从空气进入棱镜，波长变小D.从点出射的光束与入射到点的光束平行二、填空题（本题共2小题，每小题6分，共12分.请将正确的答案填到横线上）9.（广东高考）光纤通信中，光导纤维传递光信号的物理原理是利用光的现象.要发生这种现象，必须满足的条件是：光从光密介质射向，且入射角等于或大于 .10.潜水员在水深处为的地方向水面观望时，发现整个天空及远处地面的景物均呈现在水面处的圆形区域内，已知水的临界面为，则所观察到的圆形半径为 .三、计算题（本题共4小题，共56分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）11.（11分）如图2所示，粗细均匀的长直光导纤维被固定于水平面内，要使从光导纤维左侧端面射入的任何光线只能从光导纤维的右侧端面射出，则光导纤维的折射率应满足什么条件？图212.（12分）在一个圆形轻木塞的中心插上一根大头针，然后把它倒放在水面上，调节针插入的深度，使观察者不论在什么位置都刚好不能看到水面下的大头针，如图3所示，量出针露出的长度为，木塞的半径为，求水的折射率.图313.（11分）一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯，图10为过轴线的截面图，调整入射角，使光线恰好在水和空气的界面上发生全反射.已知水的折射率为，求sin的值.图1014.（11分）为从军事工事内部观察外面的目标，在工事壁上开一长方形孔，设工事壁的厚度=34.64 cm ，孔的宽度=20 cm，孔内嵌入折射率=的玻璃砖，如图11所示，试问：(1)嵌入玻璃砖后，工事内部人员观察到外界的视野的最大张角为多少？(2)要想使外界180°范围内景物全部被观察到，则应嵌入多大折射率的玻璃砖？图11 15.（11分）（山东理综）图12表示两平面平行玻璃砖的截面图，一束平行于边的单色光入射到界面上，是其中的两条平行线.光线在玻璃砖中的光路已给出.画出光线从玻璃砖中首次出射的光路图，并标出出射光线与界面法线夹角的度数.图12第二节光的全反射第三节光导纤维及其应用答题纸得分：一、选择题题号 1 2 3 4 5 6 7 8答案二、填空题9． 10.三、计算题1112.1314.15.第二节光的全反射第三节光导纤维及其应用参考答案一、选择题1.CD 解析：全反射发生的条件是光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角时发生的现象，发生全反射时全部光线均不进入光疏介质.2.ABC3.B4.A 解析：光导纤维的内芯折射率大于外套的折射率，光在由内芯射向外套时，在其界面发生全反射，从而使光在内芯中传播，故A正确.5.C 解析：发生全反射的条件为：（1）光线从光密介质射向光疏介质；（2）入射角大于或等于临界角.光线从介质射向真空时的临界角为6.A 解析：sin ＜sin 45°,所以＜45°，所以发生全反射.7.D 解析：光导纤维，简称光纤，是利用全反射的原理来传播光信号的，通常光纤是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射.8.AC 解析：由几何关系可推理得入射角=60°，折射角30°，由，A对；由sin ，临界角>30°，故在点不发生全反射，B错；由知光进入棱镜波长变小，C对；点出射的光束与边的夹角为30°，不与入射光线平行，D错.故选A、C.二、填空题9.全反射光疏介质临界角10.tan θ三、计算题11.≥解析：射入光导纤维的任何光线只能从右侧端面射出，表明光线在光导纤维侧面上发生全反射，作出光线在光导纤维内的传播光路，如图13所示.图13据几何关系得：=90°①显然最大时，取最小值由知，当 90°时 ,取最大值，即等于临界角C.将C，=代入①式可得：+=90°②欲使射到侧面的光线都发生全反射，须满足：≥③据临界角定义可得：④由②③④可得：≥.12.解析：在调节针插入的深度后，使观察者不论在什么位置都刚好不能看到水下的大头针，这个现象是光的全反射现象.产生全反射的条件有两条：（1）光从光密介质射向光疏介质;(2)入射角大于或等于临界角.当光从某种物质射向真空（或空气）时其临界角为sin ,=arcsin (为介质对光的折射率)作图14,当发出的光到达点时恰以临界角入射，因此sin ，在△中：tan ,而由此求得.图1413.解析：当光线在水面发生全反射时，有：sin ①当光线从左侧射入时，由折射定律得：②联立①②式，代入数据可得sin =.14.(1)120° (2)2解析：如图15所示.已知=34.64 cm,=20 cm,tan =≈,所以=30°.（1）由折射定律有,得=60°.即视野的最大张角为120°.(2)要使视野的张角为180°，即=90°，由折射定律有,所以 2.图1515.见解析解析：根据光线在面上的入射角和折射角可知.设此玻璃砖的临界角为C.则sin ,arcsin45°光线在面上的入射角由几何关系可知为75°，75°45°，故光线在面上发生全反射，射至面上的入射角可由几何关系求出为30°,30°45°，故可从面射出，根据折射定律可求出出射光线与界面法线的夹角为45°，光路图如图16所示.图16。

光的折射全反射体验成功1.光导纤维是利用光的全反射来传输光信号的.光导纤维由内芯和外层两种材料制成，内芯材料的折射率为n1，外层材料的折射率为n2.如图所示，一束光信号与界面的夹角为α，由内芯射向外层，要想在此界面发生全反射，必须满足的条件是()A.n1>n2，α大于某一值B.n1<n2，α大于某一值C.n1>n2，α小于某一值D.n1<n2，α小于某一值答案：C2.太阳光的可见光部分照射到地面上，通过一定的装置可观察到太阳光谱.图甲是一简易装置，一加满清水的碗放在有阳光的地方，将平面镜M斜放入水中，调整其倾斜角度，使太阳光经水面折射再经水中平面镜反射，最后由水面折射回空气射到室内白墙上即可观察到太阳光谱的七色光带.逐渐增大平面镜的倾斜角度，各色光将陆续消失，则此七色光带从上到下的排列顺序以及最先消失的光分别是()A.红光—紫光，红光B.紫光—红光，红光C.红光—紫光，紫光D.紫光—红光，紫光解析：在同一介质中，频率越大的光折射率越大，可知题图中发生的色散现象如图乙所示.又因为临界角C＝arcsin 1n，故可知最先消失的光为紫光.乙答案：C3.如图所示，ABCD是两面平行的透明玻璃砖，AB面和CD面平行，它们分别是玻璃和空气的界面，设为界面Ⅰ和界面Ⅱ.光线从界面Ⅰ射入玻璃砖，再从界面Ⅱ射出，回到空气中.如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角，则()A.只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象B.只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象C.不管入射角多大，光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象D.不管入射角多大，光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象错解：B剖析：有的同学认为在界面Ⅱ上，光由光密介质进入光疏介质，只要入射角足够大，就可能发生全反射现象，这是错误的.错误的原因在于孤立地讨论光在界面Ⅱ上能否发生全反射现象，而没有认识到光是由界面Ⅰ进入玻璃后再到达界面Ⅱ的，到达界面Ⅱ时光的入射角等于光在界面Ⅰ的折射角，它的大小是受到折射定律限制的，因此在界面Ⅱ上的入射角总是小于临界角.正解：在界面Ⅰ上光由空气中进入玻璃砖，是由光疏介质进入光密介质，不管入射角多大，都不发生全反射现象，则选项C 正确；在界面Ⅱ上光由玻璃进入空气，是由光密介质进入光疏介质.但是，由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行，光由界面Ⅰ进入玻璃后再达到界面Ⅱ，在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角，因此入射角总是小于临界角，因此也不会发生全反射现象，故选项D 也正确.答案：CD4.如图所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从空气中射向柱体的O 点(半圆的圆心)，产生反射光束1和透射光束2.已知玻璃折射率为3，入射角为45°(相应的折射角为24°).现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O 点垂直于圆面的轴线顺时针转动15°，如图中虚线所示，则( )A.光束1转过15°B.光束1转过30°C.光束2转过的角度小于15°D.光束2转过的角度大于15°解析：转动前，反射光线与入射光线的夹角为90°，折射光线与入射光线的夹角为201°；转动后，反射光线与入射光线的夹角为120°，根据折射定律sin 60°sin r ＝3，得r ＝30°.则折射光线与入射光线的夹角为210°.因此折射光转过9°＜15°.故选项B 、C 正确.答案：BC5.一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射分成两束单色光a 、b .已知a 光的频率小于b 光的频率，下列光路图中可能正确的是[2005年高考·辽宁大综合]( )解析：同一介质对频率越高的光的折射率越大，因此，该玻璃砖对b 光的折射率更大，光通过平行玻璃砖时，会发生光路侧移，但出射光线仍与入射光线平行，因此选项B 正确.答案：B6.目前，一种用于摧毁人造卫星或空间站的激光武器已研制成功.如图甲所示，某空间站位于地平线上方，现准备用一束激光射向该空间站，则应将激光器( )A.沿视线对着空间站瞄高一些B.沿视线对着空间站瞄低一些C.沿视线对准空间站直接瞄准D.条件不足，无法判断解析：当武器瞄准空间站时，光线如图乙所示，即看见的空间站位置比实际位置略高，但武器发射出的激光经过大气层和大气层的边缘时也要发生折射，由光路可逆原理知激光器应对准看到的空间站的像瞄准.故选项C正确.答案：C。

光导纤维1．下列叙述正确的是( )A．背对阳光看玻璃球觉得比较明亮，主要原因是光在球中发生了全反射B．雨过天晴时空中出现的彩虹是因为阳光在水滴的表面上反射而形成的C．常看到倒扣在水中的空玻璃杯显得很明亮的原因与水中上升的水泡很亮的原因是一样的D．传输光脉冲信号的光导纤维是根据全反射原理制造的2． 2008年奥运会上，光纤通信网覆盖了所有的奥运场馆，为各项比赛提供安全、可靠的通信服务，光纤通信是利用光的全反射将大量信息高速传输．若采用的光导纤维是由内芯和包层两层介质组成，下列说法正确的是( )A．内芯和包层折射率相同，折射率都大B．内芯和包层折射率相同，折射率都小C．内芯和包层折射率不同，包层折射率较大D．内芯和包层折射率不同，包层折射率较小3．下列哪种方式不是现代通讯方式（）A．固定电话 B、移动电话 C、电报 D、通信兵骑马传递4．在医学上，光导纤维可以制成内窥镜，用来检查人体胃、肠、气管等器官的内部．内窥镜有两组光导纤维，一组用来把光输送到人体内部，另一组用来进行观察．光在光导纤维中的传输利用了（ )A．光的折射 B．光的衍射C．光的干涉 D．光的全反射5．关于光纤的说法，正确的是( )A．光纤是由高级金属制成的，所以它比普通电线容量大B．光纤是非常细的特制玻璃丝，但导电性能特别好，所以它比普通电线衰减小C．光纤是非常细的特制玻璃丝，有内芯和外套两层组成，光纤是利用全反射原理来实现光的传导的D．在实际应用中，光纤必须呈笔直状态，因为弯曲的光纤是不能导光的6．下列说法中正确的是( )A．光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大B．在太阳光照射下.水面上油膜出现彩色花纹是光的色散现象C．光传播时.若遇到的障碍物的尺寸比光的波长大很多.衍射现象十分明显.此时不能认为光沿直线传播D．麦克斯韦提出电磁场理论并预言电磁波存在.后来赫兹用实验证实电磁波的存在 E.走时快的摆钟必须调长摆长.才可能使其走时准确7．下列有关光学的一些说法正确的是（）A．用三棱镜观察太阳光谱是利用光的衍射现象B．在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象C．摄影师在拍摄水中的物体时通常在镜头前装一片偏振滤光片，它的作用是增强透射光使水下景物更清晰D．全息照相是应用了光的干涉原理8．光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务。