高二物理粤教版选修3-4课后集训:第四章第三节认识光的全反射现象 Word版含解析
高三物理粤教版选修3-4课后集训:第四章第三节认识光的全反射现象 Word版含解析
课后集训基础过关1.光线由空气透过半圆形玻璃砖,再射入空气的光路图中,如图4-3-2所示,正确的是(玻璃的折射率为1.5)( )图4-3-2A.图乙、丙、丁B.图甲、丁C.图乙、丙D.图甲、丙解析:光线由空气进入玻璃砖中时,入射角大于折射角,由玻璃砖射入空气时,入射角小于折射角,由临界角计算公式得C=arcsinn 1=arcsin 5.11=41°49′,入射角50°大于临界角,将发生全反射,故正确答案是A.答案:A2.一束光从空气射向折射率为n=2的某种玻璃的表面,如图4-3-3所示,i 代表入射角,则( )图4-3-3A.当i >45°时,会发生全反射现象B.无论入射角i 是多大,折射角r 都不会超过45°C.欲使折射角r=30°,应以i=45°的角度入射D.当入射角i=tan -12时,反射光线跟入射光线恰好互相垂直答案:BC3.在完全透明的水下某处,放一点光源,在水面上可见到一个圆形透光平面,如果圆形透光平面的半径匀速增大,则光源在( )A.加速上升B.加速下沉C.匀速上升D.匀速下沉答案:D4.如图4-3-4所示,光线从空气垂直射入棱镜界面的BC 上,棱镜的折射率n=2,这条光线离开棱镜时与界面的夹角为( )图4-3-4A.30°B.45°C.60°D.90°解析:光路图如图4-3-5所示,此棱镜的临界角为C ,则sinC=221 n ,∴C=45°光线在AB面上发生全反射,又∵n=230sin sin =︒α,∴sinα=22,∴α=45°.图4-3-5答案:B5.如图4-3-6所示,一束平行光从真空射向一块半圆形的玻璃砖,下列说法正确的是( )图4-3-6A.只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖B.只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖C.通过圆心的光线将沿直线穿过不发生偏折D.圆心两侧一定范围外的光线将在曲面产生全反射答案:BCD6.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而只有反射光线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 解析:全反射发生的条件是当光从光密介质射向光疏介质时,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.答案:CD7.已知介质对某单色光的临界角为C ,则( )A.该介质对单色光的折射率等于Csin 1 B.此单色光在该介质中的传播速度等于c·sinC (c 是光在真空中的传播速度)C.此单色光在该介质中的传播波长是在真空中波长的sinC 倍D.此单色光在该介质中的频率是在真空中的C sin 1倍 解析:由临界角的计算式sinC=n 1得n=C sin 1,选项A 正确;将n=v c 代入sinC=n 1得sinC=cv ,故v=c sinC,选项B 正确;设该单色光的频率为f ,在真空中的波长为λ0,在介质中的波长为λ,由波长、频率、光速的关系得c=λ0f,v=λf,故sinC=0λλ=c v ,λ=λ0sinC,选项C 正确;该单色光由真空传入介质时,频率不发生变化,选项D 错误.答案:ABC综合运用8.如图4-3-7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( )图4-3-7A.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解析:在界面Ⅰ光由空气进入玻璃砖,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,选项D 也正确,选项C 、D 正确.答案:CD9.一个半圆柱形玻璃体的截面如图4-3-8所示,其中O 为圆心,aOb 为平面acb 为半圆柱面,玻璃的折射率n=2.一束平行光与aOb 面成45°角照到平原上,将有部分光线经过两次折射后从半圆柱面acb 射出,试画出能有光线射出的那部分区域,并证明这个区域是整个acb 弧的一半.图4-3-8解析:能射出的那部分光线区域如图4-3-9所示.根据折射定律n=sini/sinr 知图4-3-9 sinr=sini/n=sin45°/2=21,可见r=30°, 由全反射临界角sinC=211 n 知C=45°, 由图知对①号典型光线有∠aOd=180°-[C+(90°-r)]=180°-[45°+(90°-30°)]=75°, 对②号典型光线有∠bOe=180°-[C+(90°+r)]=180°-[45°+(90°+30°)]=15°,可见射出区域为∠dOe 所对应的圆弧.因∠dOe=180°-∠aOd-∠bOe=180°-75°-15°=90°.10.在厚度为d 、折射率为n 的大玻璃板下表面,有一个半径为r 的圆形发光面.为了从玻璃板的上方看不见这个圆形发光面,可在玻璃板的上表面贴一块圆形纸片,问所贴纸片的最小半径应为多大?解析:根据题述,光路如图4-3-10所示,图中,S 点为圆形发光面边缘上一点.由该点发出的光线能射出玻璃板的范围由临界光线SA 确定,当入射角大于临界角C 时,光线就不能射出玻璃板了.图4-3-10图中Δr=dtanC=CC d cos sin , 而sinC=n 1,则cosC=n n 12-,所以Δr=12-n d . 故应贴圆纸片的最小半径R=r+Δr=r+12-n d.答案:r+12-n d11.如图4-3-11所示,一根长为L 的直光导纤维,它的折射率为n.光从它的一个端面射入,又从另一端面射出所需的最长时间为多少?(设光在直空中的光速为c)图4-3-11解析:由题中的已知条件可知,要使光线从光导纤维的一端射入,然后从它的另一端全部射出,必须使光线在光导纤维中发生全反射现象.要使光线在光导纤维中经历的时间最长,就必须使光线的路径最长,即光对光导纤维的入射角最小.光导纤维的临界角为C=arcsin n1. 光在光导纤维中传播的路径为d=CL sin =nL. 光在光导纤维中传播的速度为v=n c . 所需最长时间为t max =cL n nc nL vd 2==. 答案:CL n 2 12.为了测定某种材料制成的长方体的折射率,用一束光线从AB 面以60°入射角射入长方体时光线刚好不能从BC 面射出,如图4-3-12所示.该材料的折射率是多少.图4-3-12解析:如图4-3-13所示,根据折射定律:n=rsin 60sin ︒ ①图4-3-13由题意可知:sinC=n1 ② 而C=90°-r ③由②③得cosr=n1 ④ 而cosr=r 2sin 1-代入④得r 2sin 1-=n 1 ⑤ 联立①和⑤得,n=27. 答案:27 13.已知水的折射率为34,在水面下放一个强点光源S ,则可在水面上看到一个圆形透光面.如果这个透光面的直径D 为4 m ,求光源离水面的距离H.解析:在水面上看到的圆形透光面,是水面下点光源发出的光穿过水面进入空气而形成的.如果水中点光源发出的光射向水面时,入射角大于等于临界角,这些光线将发生全反射,则光不能穿过水面.如图4-14所示,点光源S 发出的光线SA 、SB 到达水面时,恰好发生全反射,C 是临界角,在AB 区域内有光射入空气.由几何关系可知:tanC=HR 而sinC=n 1 所以H=432)43(141211sin 2cos tan 2tan 22⨯-⨯=⨯-===n n D C C D C D C R m=1.76 m 答案:1.76 m。
认识光的全反射现象-粤教版选修3-4教案
认识光的全反射现象-粤教版选修3-4教案前言在生活中,我们常常会遇到一些光线的现象,比如说天边的日出日落、水的折射和反射、镜子的作用等等。
其中一个很重要的现象就是光的全反射现象。
本文将会围绕这个话题进行介绍和教学。
教学目标通过学习本课程,学生需要掌握以下知识和技能:•了解什么是光的全反射现象•掌握如何利用斯涅尔定律计算光的全反射角•熟悉全反射在实际生活中的应用主要内容光的全反射现象所谓光的全反射,是指当光线从介质A中射入到介质B中,当入射角大于一定临界角(临界角与两种介质种类有关)时,光线被完全反射回介质A,不会透射进入介质B。
这个现象在生活中十分常见,例如光缆的传输、光钎的连接和光合成等。
斯涅尔定律斯涅尔定律是用于计算光的全反射相关问题的定律,它是决定光线在两种介质中传播方向的一个重要原理。
斯涅尔定律的表述如下:$$\\frac{\\sin i}{\\sin r}=\\frac{n_2}{n_1}$$其中,i是入射角,r是折射角,n1为介质A的折射率,n2为介质B的折射率。
当入射角i大于某个临界角i c时,按照斯涅尔定律,折射角r不存在,也就是说光线无法折射到介质B,从而发生全反射现象。
光的全反射应用光的全反射在实际生活中有很多应用,以下是其中一些例子:1.光纤通信光纤通信就是利用光的全反射现象进行的,由于在光纤的核心部分有一层高折射率的玻璃纤维,因此,当信息的光信号进入玻璃纤维时,光就发生了全反射。
2.望远镜望远镜的光学原理也是光的全反射。
望远镜通过利用物镜将远处物体的光汇聚到一个点上,然后利用发射光路的全反射和反射镜将光路导入到视觉目镜中,达到放大的效果。
教学流程第一部分:知识概述1.通过浏览PPT讲解、视频体验,梳理学生有关光的全反射现象、斯涅尔定理的知识体系和概念。
2.带领学生通过一些实验,观察光的全反射现象,培养学生的实验观察和实验设计能力。
第二部分:基础计算实践1.针对斯涅尔定律的公式,教师给予学生一些计算实践的题目。
粤教版高中物理选修3-4 4.3认识光的全反射现象考试卷(带答案与解析)解答解析、考点详解.doc
粤教版高中物理选修3-4 4.3认识光的全反射现象考试卷(带答案与解析)的正确答案、解答解析、考点详解姓名:_____________ 年级:____________ 学号:______________1.【题文】下述现象哪些是由于全反射造成的: [ ]A.露水珠或喷泉的水珠,在阳光照耀下格外明亮B.口渴的沙漠旅行者,往往会看到前方有一潭晶莹的池水,当他们喜出望外地奔向那潭池水时,池水却总是可望而不可及C.用光导纤维传输光信号、图象信号D.在盛水的玻璃杯中放一空试管,用灯光照亮玻璃杯侧面,在水面上观察水中的试管,看到试管壁特别明亮【答案】ABCD【解析】试题分析:要发生光的全反射,必须光从光密介质进入光疏介质,且入射角大于临界角.例如光从水中进入空气,有可能发生全反射现象.我们在柏油路上常看到前方有一潭水,走进时即没有,这就是光的全反射导致.露水珠或喷泉的水珠,在阳光照耀下在部分位置发生全反射,所以格外明亮,故A正确;口渴的沙漠旅行者,往往会看到前方有一潭晶莹的池水,是全反射的现象,当靠近时此现象会消失.故B 正确;由于光导纤维能全反射,故用来传输光信号、图象信号.故C正确;盛水的玻璃杯中放一空试管,用灯光照亮玻璃杯侧面,在水面上观察水中的试管,看到试管壁特别明亮,是由于发生了全反射.故D正确;故选:ABCD考点:光的全反射现象点评:日常生活中的全反射现象很多,但被我们利用却不多,根据所学物理知识解释生活中的物理现象是光学部分常考的题型,应多加练习。
2.【题文】已知某介质的折射率为,一束光从该介质射入空气时入射角为60°,其正确的光路图如图中哪一幅所示?[]【答案】D【解析】试题分析:根据光的折射定律:得临界角为45°,60°>45°,所以发生全反射,故没有折射光线,所以D正确。
考点:光的全发射条件光路图点评:当光从光密介质射向光疏介质时,入射角大于等于临界角时会发生全反射现象。
认识光的全反射现象-粤教版选修3-4教案
认识光的全反射现象-粤教版选修3-4教案一、教学目标1.理解光的全反射现象概念及规律;2.掌握光的全反射角的计算方法;3.理解全反射在光学器件中的应用。
二、教学重难点1.光的全反射现象及规律;2.全反射角的计算方法。
三、教学过程1.导入(5分钟)老师和学生互动,看谁能快速说出下列概念的定义:•折射率•折射定律•临界角•全反射2. 理论讲解(30分钟)1.光的全反射现象及规律一种透明介质(通常是玻璃或水等)中的光线,当它射到另一个介质(通常是空气)的分界面上,如果入射角小于一个特定的角度,那么它将在分界面上折射,反向弯曲向另一侧。
当入射角等于临界角时,由于折射角为90度,光线不再向另一侧弯曲,而是沿着分界面射出,这种现象被称为全反射现象。
2.全反射角的计算方法$$\\sin c=\\sin90°=\\frac{n_2}{n_1}$$其中,n1是第一种介质的折射率,n2是第二种介质的折射率,c是全反射角。
3. 案例分析(15分钟)老师带领学生分析光纤通讯中全反射现象的应用,并让学生尝试回答以下问题:1.光纤通讯中应用了光的全反射现象,它的主要作用是什么?2.通信光纤中的光线垂直于玻璃的边缘,全反射角是多少?3.如果通信光纤的玻璃折射率为1.5,那么全反射角是多少?4. 拓展练习(15分钟)1.如果从空气射入玻璃的入射角为20度,请问这个光线会发生全反射吗?2.请问光线从玻璃射入水中,入射角应该小于多少度才会发生全反射现象?3.如果从空气射入玻璃的入射角为40度,请问全反射角是多少度?拓展练习可以让学生检测自己是否掌握了理论知识,并能在实际问题中灵活应用。
四、教学反思本课涉及到光的折射和反射,在这之前需要先教授折射定律和临界角的计算方法,学生也需要对这些概念有基础的认识。
讲解时应尽量生动形象地阐述全反射现象,并且让学生多做一些练习,加深对理论知识的理解。
在领域应用方面,除了光纤通讯之外,老师还可以给学生介绍一些其他领域的全反射应用,让学生在兴趣和实际中加深认识。
粤教版高中物理选修3-4第四章第03节 认识光的全反射现象
光导纤维的用途很大,通过它可以实现光纤通 信.
光纤
扰性强.虽然光纤通信的发展历史只有20多年的, 但是发展的速度是惊人的.
在我的印象里,他一直努力而自知,每天从食堂吃饭后,他总是习惯性地回到办公室看厚厚的专业书不断提升和充实自己,他的身上有九零后少见的沉稳。同事们恭喜他,大多看 到了他的前程似锦,却很少有人懂得他曾经付出过什么。就像说的:“如果这世上真有奇迹,那只是努力的另一个名字,生命中最难的阶段,不是没有人懂你,而是你不懂自已。” 而他的奇迹,是努力给了挑选的机会。伊索寓言中,饥饿的狐狸想找一些可口的食物,但只找到了一个酸柠檬,它说,这只柠檬是甜的,正是我想吃的。这种只能得到柠檬,就说 柠檬是甜的自我安慰现象被称为:“甜柠檬效应”。一如很多人不甘平庸,却又大多安于现状,大多原因是不知该如何改变。看时,每个人都能从角色中看到自已。高冷孤独的安 迪,独立纠结的樊胜美,乐观自强的邱莹莹,文静内敛的关睢尔,古怪精灵的曲筱绡。她们努力地在城市里打拼,拥有幸或不幸。但她依然保持学习的习惯,这样无论什么事她都 有最准确的判断和认知;樊胜美虽然虚荣自私,但她努力做一个好HR,换了新工作后也是拼命争取业绩;小蚯蚓虽没有高学历,却为了多卖几包咖啡绞尽脑汁;关睢尔每一次出镜 几乎都是在房间里戴着耳机听课,处理文件;就连那个嬉皮的曲筱潇也会在新年之际为了一单生意飞到境外……其实她们有很多路可以走:嫁人,啃老,安于现状。但每个人都像 个负重的蜗牛一样缓缓前行,为了心中那丁点儿理想拼命努力。今天的努力或许不能决定明天的未来,但至少可以为明天积累,否则哪来那么多的厚积薄发和大器晚成?身边经常 有人抱怨生活不幸福,上司太刁,同事太蛮,公司格局又不大,但却不想改变。还说:“改变干嘛?这个年龄了谁还能再看书考试,混一天是一天吧。”一个“混”字就解释了他 的生活态度。前几天我联系一位朋友,质问为什么好久不联系我?她说自已每天累的像一条狗,我问她为什么那么拼?她笑:“如果不努力我就活得像一条狗了。”恩,新换的上 司,海归,虽然她有了磨合几任领导的经验,但这个给她带来了压力。她的英语不好,有时批阅文件全是大段大段的英文,她心里很怄火,埋怨好好的中国人,出了几天国门弄得 自己像个洋鬼子似的。上司也不舒服,流露出了嫌弃她的意思,甚至在一次交待完工作后建议她是否要调一个合适的部门?她的脸红到了脖子,想着自己怎么也算是老员工,由她 羞辱?两个人很不愉快。但她有一股子倔劲,不服输,将近40岁的人了,开始拿出发狠的学习态度,报了个英语培训班。回家后捧着英文书死啃,每天要求上中学的女儿和自己英 语对话,连看电影也是英文版的。功夫不负有心人,当听力渐渐能跟得上上司的语速,并流利回复,又拿出漂亮的英文版方案,新上司看她的眼光也从挑剔变柔和,某天悄悄放了 几本英文书在她桌上,心里突然发现上司并没那么讨厌。心态好了,她才发现新上司的优秀,自从她来了后,部门业绩翻了又翻,奖金也拿到手软,自己也感觉痛快。她说:这个 社会很功利,但也很公平。别人的傲慢一定有理由,如果想和平共处,需要同等的段位,而这个段位,自己可能需要更多精力,但唯有不断付出,才有可能和优秀的人比肩而立。 人为什么要努力?一位长者告诉我:“适者生存。”这个社会讲究适者生存,优胜劣汰。虽然也有潜规则,有套路和看不见的沟沟坎坎,但一直努力的人总会守得云开见月明。有 些人明明很成功了,但还是很拼。比如剧中的安迪,她光环笼罩,商场大鳄是她的男闺蜜,不离左右,富二代待她小心呵护,视若明珠,加上她走路带风,职场攻势凌历,优秀得 让身边人仰视。这样优秀的人,不管多忙,每天都要抽出两个小时来学习。她的学习不是目的,而是能量,能让未来的自己比过去更好一些。现实生活中,努力真的重要,它能改 变一个人的成长轨迹,甚至决定人生成败。有一句鸡汤:不着急,你想要的,岁月都会给你。其实,岁月只能给你风尘满面,而希望,唯有努力才能得到!9、懂得如何避开问题的 人,胜过知道怎样解决问题的人。在这个世界上,不知道怎么办的时候,就选择学习,也许是最佳选择。胜出者往往不是能力而是观念!在家里看到的永远是家,走出去看到的才 是世界。把钱放在眼前,看到的永远是钱,把钱放在有用的地方,看到的是金钱的世界。给人金钱是下策,给人能力是中策,给人观念是上策。财富买不来好观念,好观念能换来 亿万财富。世界上最大的市场,是在人的脑海里!要用行动控制情绪,不要让情绪控制��
最新教科版物理选修3-4学案:第4章 第3讲 光的全反射 Word版含解析
第3讲 光的全反射[目标定位] 1.知道光疏介质、光密介质、全反射、临界角的概念.2.理解全反射的条件,能计算有关问题和解释相关现象.3.了解光导纤维的工作原理和光导纤维在生产、生活中的应用.一、全反射现象 1.光密介质和光疏介质(1)对于两种介质来说,光在其中传播的速度较小的介质,即折射率较大的介质叫光密介质;光在其中传播的速度较大的介质,即折射率较小的介质叫光疏介质.(2)光疏介质和光密介质是相对的.2.全反射:光从光密介质射到光疏介质的界面时,全部被反射回原介质的现象. 二、全反射条件 1.全反射的条件(1)光需从光密介质射至光疏介质的界面上. (2)入射角必须等于或大于临界角. 2.临界角(1)定义:光从某种介质射向真空或空气时使折射角变为90°时的入射角,称作这种介质的临界角.(2)临界角C 与折射率n 的关系:sin C =1n.想一想 当光从水中射入玻璃的交界面时,只要入射角足够大就会发生全反射,这种说法正确吗?为什么?答案 不正确.要发生全反射必须光从光密介质射入光疏介质.而水相对玻璃是光疏介质,所以不管入射角多大都不可能发生全反射.三、全反射的应用——光导纤维1.光纤的工作原理:由于有机玻璃的折射率大于空气的折射率,当光从有机玻璃棒的一端射入时,可以沿着有机玻璃棒的表面发生多次全反射,从另一端射出.2.光导纤维的构造:由两种折射率不同的玻璃制成,分内、外两层,内层玻璃的折射率比外层玻璃的折射率大.当光从一端进入光纤时,将会在两层玻璃的界面上发生全反射.3.光纤通讯的优点是容量大,衰减小,抗干扰能力强、传播速率高.一、对全反射的理解1.对光疏介质和光密介质的理解(1)光疏介质和光密介质是相对而言的,并没有绝对的意义.(2)光在光密介质中的传播速度比在光疏介质中传播速度小.(3)光若从光密介质进入光疏介质时,折射角大于入射角;反之,光由光疏介质进入光密介质时,折射角小于入射角.(4)光疏和光密是从介质的光学特性来说的,并不是它的密度大小.2.全反射(1)临界角:折射角为90°时的入射角称为全反射的临界角,用C表示,sin C=1n .(2)全反射的条件:①光由光密介质射向光疏介质;②入射角大于或等于临界角.(3)全反射遵循的规律:发生全反射时,光全部返回原介质,入射光与反射光遵循光的反射定律,由于不存在折射光线,光的折射定律不再适用.例1关于全反射,下列叙述中正确的是( )A.发生全反射时仍有折射光线,只是折射光线非常弱B.光从光密介质射向光疏介质时,一定会发生全反射现象C.光从光密介质射向光疏介质时,可能不发生全反射现象D.光从光疏介质射向光密介质时,可能发生全反射现象解析发生全反射时折射光线的能量为零,折射光线消失,所以选项A错误;发生全反射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,二者缺一不可,所以选项B、D错误,选项C正确.答案 C针对训练已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为1.33、1.55、1.60和1.63,如果光按下面几种方式传播,可能发生全反射的是( )A.从水晶射入玻璃B.从水射入二硫化碳C.从玻璃射入水中D.从水射入水晶解析根据发生全反射的条件,必须满足从光密介质射向光疏介质,故选项C正确.答案 C二、光导纤维1.原理: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.2.优点:容量大、衰减小、抗干扰能力强、传播速率高等. 3.应用:光纤通信;医学上的内窥镜.例2 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,在其界面处发生全反射,从而使光在内芯中传播,A 对.答案 A三、全反射的定量计算应用全反射解决实际问题的基本方法:(1)确定光是由光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质.(2)若光由光密介质进入光疏介质时,根据sin C =1n确定临界角,看是否发生全反射.(3)根据题设条件,画出入射角等于临界角的“临界光路”.(4)运用几何关系(如三角函数、反射定律等)进行判断推理、运算及变换.例3 如图2所示为一圆柱中空玻璃管,管内径为R 1,外径为R 2,R 2=2R 1.一束光线在圆柱横截面内射向玻璃管,为保证在内壁处光不会进入中空部分,问入射角i 应满足什么条件?图2解析 光路图如图,设第一次折射的折射角为r ,全反射临界角为C ,折射率为n ,由折射定律有n =sin i sin r ,sin C =1n ;在图的三角形中,由数学知识可得:sin (180°-C )R 2=sin r R 1.综上解得:i =30°,所以为保证在内壁处光不会进入中空部分,入射角i 应满足i ≥30°.答案 i ≥30°对全反射的理解1.(多选)光在某种介质中的传播速度是1.5×108m/s ,光从该介质射向空气时( ) A .介质的临界角是30°B .大于或等于30°的所有角都是临界角C .入射角大于或等于30°时都能发生全反射D .临界角可能是60°解析 由n =c v =3×1081.5×108=2,sin C =1n知临界角C =30°,所以A 、C 正确. 答案 AC全反射的应用及定量计算2.空气中两条光线a 和b 从虚线方框左侧入射,分别从虚线方框下方和上方射出,其框外光线如图3所示.虚线方框内有两个折射率n =1.5的玻璃全反射棱镜,下图给出了两棱镜四种放置方式的示意图.其中能产生图3 效果的是( )图3解析 四个选项产生光路效果如图:由图可知B 项正确. 答案 B3.如图4所示,在桌面上有一倒立的玻璃圆锥,其顶点恰好与桌面接触,圆锥的轴(图中虚线)与桌面垂直,过轴线的截面为等边三角形.有一半径为r 的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的底面上,光束的中心轴与圆锥的轴重合.已知玻璃的折射率为1.5,则光束在桌面上形成的光斑半径为( )图4A .rB .1.5rC .2rD .2.5r解析 画出一条光线传播的光路图,如图所示.根据几何关系可知,故选项C 正确.答案 C4.一厚度为h 的大平板玻璃水平放置,其下表面贴有一半径为r 的圆形发光面.在玻璃板上表面放置一半径为R 的圆纸片,圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上.已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线(不考虑反射),求平板玻璃的折射率.解析 如图所示,考虑从圆形发光面边缘的A 点发出的一条光线,假设它斜射到玻璃上表面的A ′点折射,根据折射定律有n =sin r sin i式中,n 是玻璃的折射率,i 是入射角,r 是折射角.现假设A ′恰好在纸片边缘.由题意,在A ′点刚好发生全反射,故r =π2设AA ′线段在玻璃上表面的投影长为L ,由几何关系有sin i =L L 2+h 2由题意,纸片的半径应为R =L +r 联立以上各式得n =1+⎝⎛⎭⎪⎫h R -r 2答案1+⎝⎛⎭⎪⎫h R -r 2题组一 光疏介质和光密介质 1.(多选)下列说法正确的是( )A .因为水的密度大于酒精的密度,所以水是光密介质B .因为水的折射率小于酒精的折射率,所以水对酒精来说是光疏介质C .同一束光,在光密介质中的传播速度较大D .同一束光,在光密介质中的传播速度较小解析 因为水的折射率为1.33,酒精的折射率为1.36,所以水对酒精来说是光疏介质;由v =c n可知,光在光密介质中的速度较小.答案 BD2.(多选)一束光从介质1进入介质2,如图1所示,下列对于1、2两种介质的光学属性判断正确的是( )图1A .介质1是光疏介质B .介质1的折射率大C .光在介质1中传播速度大D .光在介质2中传播速度大解析 光线从介质1射入介质2,从光路图可以看出入射角为:i =90°-60°=30°,折射角为:r =90°-15°=75°,入射角小于折射角,说明介质1是光密介质,折射率大,选项B 正确,A 错误;由n =cv可知光在介质2中的传播速度大,选项C 错误,D 正确.答案BD3.(多选)当光从光密介质射向光疏介质时( )A.反射光线的强度随入射角的增大而减小B.折射光线的强度随入射角的增大而减小C.当入射角等于临界角时,折射光线的强度等于零D.当入射角等于零时,反射光线的强度等于零解析反射光的能量随入射角增大而增大,折射光的能量随入射角的增大而减小,当入射角等于临界角时,从光密介质射向光疏介质中的光线恰好发生全反射,故折射光线的强度等于零.答案BC题组二全反射现象及应用4.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,由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传导光的解析光导纤维的作用是传导光,它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝,且由内芯和外套两层组成,内芯的折射率比外套的大.载有声音、图像及各种数字信号的激光传播时,在内芯和外套的界面上发生全反射,光纤具有容量大、衰减小、抗干扰能力强、传播速率高等特点.在实际应用中,光纤是可以弯曲的.所以,正确选项是C.答案 C5.(多选)以下哪些现象是由于光的全反射形成的( )A.在岸上能看见水中的鱼B.夜晚,湖面上映出了岸上的彩灯C.夏天,海面上出现的海市蜃楼D.用光导纤维传输光信号答案CD6.下列选项为光线由空气进入全反射玻璃棱镜再由棱镜射入空气的光路图.可以发生的是( )解析 光垂直等腰直角三角形的某直角边射入玻璃棱镜时,在斜边发生全反射,故A 正确.答案 A7.光从介质1通过两种介质的交界面进入介质2的光路如图2所示.下列论述:①光在介质1中的传播速度较大;②光在介质2中的传播速度较大;③光从介质1射向两种介质的交界面时,可能发生全反射现象;④光从介质2射向两种介质的交界面时,可能发生全反射现象.其中正确的是( )图2A .只有①③正确B .只有①④正确C .只有②③正确D .只有②④正确解析 由图可知,介质1的折射率小于介质2的折射率.由n =cv可知,折射率越大,光在其中的传播速度越小,①正确,②错误;由全反射的条件可知,③错误,④正确.答案 B8.如图所示,将一个半圆形玻璃砖置于空气中,当一束单色光入射到玻璃砖的圆心O 时,下列情况不可能...发生的是( )解析 当光由空气射向玻璃的界面时,折射角小于入射角,选项A 错误,B 正确;当光由玻璃射向空气的界面时,折射角大于入射角;若入射角大于等于临界角,则发生全反射,只有反射光线,没有折射光线,选项C 、D 都有可能.答案 A9.一束单色光从真空斜射向某种介质的表面,光路如图3所示.下列说法中正确的是( )图3A .此介质的折射率等于1.5B .此介质的折射率等于 2C .入射角小于45°时可能发生全反射现象D .入射角小于30°时可能发生全反射现象解析 由折射定律n =sin i sin r ,得介质的折射率n =sin 45°sin 30°=2,选项A 错误,B 正确;因为光从空气射向介质,无论入射角满足什么条件都不能发生全反射现象,选项C 、D 错误.答案 B10.(多选)如图4所示,ABCD 是两面平行的透明玻璃砖,AB 面和CD 面是玻璃和空气的界面,分别设为界面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( )图4A .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解析 在界面Ⅰ光由空气进入玻璃砖,是由光疏介质进入光密介质,不管入射角多大,都不能发生全反射现象,则选项C 正确,A 错误;在界面Ⅱ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进入玻璃后再到达界面Ⅱ,在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角,入射角总是小于临界角,因此也不会发生全反射现象,选项D 也正确,B 错误.答案 CD 题组三 综合应用11.(多选)如图5所示,有一束平行于等边三棱镜截面ABC 的单色光从空气射向E 点,并偏折到F 点,已知入射方向与边AB 的夹角为θ=30°,E 、F 分别为边AB 、BC 的中点,则( )图5A .该棱镜的折射率为 3B .光在F 点发生全反射C .光从空气进入棱镜,波长变小D .从F 点出射的光束与入射到E 点的光束平行解析 在E 点作出法线可知入射角为60°,折射角为30°,折射率为3,A 正确;由光路的可逆性可知,在BC 边上的入射角小于临界角,不会发生全反射,B 错误;由公式λ介=λ空气n,可知C 正确;三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折,不会与入射到E 点的光束平行,故D 错误.答案 AC12.如图6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.图6(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)因为一细束单色光由MN 端面中点垂直射入,所以到达弧面EF 界面时入射角为45°,又因为恰好发生全反射,所以45°为临界角C ,由sin C =1n可知,该玻璃棒的折射率n =1sin C= 2.(2)如图所示,若将入射光向N 端平移,第一次射到弧面EF 上的入射角将增大,即大于临界角45°,所以能发生全反射.答案 (1) 2 (2)能13.图7为单反照相机取景器的示意图,ABCDE 为五棱镜的一个截面,AB ⊥BC .光线垂直AB 射入,分别在CD 和EA 上发生反射,且两次反射的入射角相等,最后光线垂直BC 射出.若两次反射都为全反射,则该五棱镜折射率的最小值是多少?(计算结果可用三角函数表示)图7解析 根据光路图可知4α=90°则入射角α=22.5°,即临界角C ≤α 由sin C =1n ,得折射率最小值n =1sin 22.5°答案1sin 22.5°14.一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯,如图8所示为过轴线的截面图,调整入射角α,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43,求sinα的值.图8解析 当光线在水面发生全反射时有sin C =1n,当光线从左侧射入玻璃杯时,由折射定律有n =sin αsin ⎝⎛⎭⎫π2-C ,联立以上两式并代入数据可得sin α=73. 答案7315.如图9所示是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片,相机的镜头竖直向上.照片中,水立方运动馆的景象呈现在半径r =11 cm 的圆形范围内,水面上的运动员手到脚的长度l =10 cm.若已知水的折射率为n =43,请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深h .(结果保留两位有效数字)图9解析 设照片圆形区域的实际半径为R ,运动员手到脚的实际长度为L ,由全反射公式得sin α=1n,几何关系sin α=R R 2+h2,R r =L l得h =n 2-1·Llr ,取L =2.2 m , 解得h =2.1 m. 答案 2.1 m16.如图10所示,一玻璃球体的半径为R ,O 为球心,AB 为直径.来自B 点的光线BM 在M 点射出,出射光线平行于AB ,另一光线BN 恰好在N 点发生全反射.已知∠ABM =30°,求:图10(1)玻璃的折射率; (2)球心O 到BN 的距离.解析 (1)设光线BM 在M 点的入射角为i ,折射角为r ,由几何知识可知,i =30°,r =60°,根据折射定律得n =sin rsin i①代入数据得n =3②(2)光线BN 恰好在N 点发生全反射,则∠BNO 为临界角C sin C =1n③设球心到BN 的距离为d ,由几何知识可知d =R sin C ④ 联立②③④式得d =33R 答案 (1) 3 (2)33R。
高中物理第四章光第三节认识光的全反射现象课棠互动学案粤教版选修3
高中物理第四章光第三节认识光的全反射现象课棠互动学案粤教版选修31、全反射现象光密介质和光疏介质不同折射率的介质相比较,折射率大的叫光密介质,折射率小的叫光疏介质、这里要特别注意:光密介质和光疏介质是相对而言的,不是绝对的、全反射现象光从光密介质射向光疏介质时,通常情况下,在两种介质的界面上要同时发生反射和折射,但是,如果满足一定的条件,折射光线就会消失,入射光全部被反射回来,这种现象叫全反射现象、这里不但要注意产生全反射的条件,还要注意要结合实验来理解全反射现象,这也是学习物理的一种重要方法,因为物理是一门实验科学、2、发生全反射的条件及应用应用公式sinC=求临介角时应注意:上式中的C是指光从折射率为n的介质射向空气(或真空)时的临界角、发生全反射要同时满足下面两个条件:一是光要从光密介质射向光疏介质;二是入射角等于或大于临界角、要注意观察“光从玻璃射入空气”的演示实验中入射光线、反射光线、折射光线的方向变化及光线的亮度(能量)变化规律:入射角增大时,折射角增大,同时,折射光线的强度减弱(能量减小),而反射光线的强度增强(能量增大);当入射角等于或大于临界角时,折射光线的能量减弱到零,折射光线不再存在,反射光线和入射光线强度相同,即发生了全反射、注意:在全面理解和掌握发生全反射条件的同时,还要掌握发生全反射以前,增大入射角时,反射光线、折射光线的强度(能量)变化、在后面的学习中,也会用到这方面的知识、3、全反射的应用:光导纤维和全反射棱镜等光导纤维(1)作用:传递声音、图像及各种数字信号、(2)原理:光的全反射、(3)构造特点:双层,外层材料的折射率比里层材料的折射率小、(4)优点:容量大、衰减小、抗干扰能力强、(5)实际应用:光纤通信、医用胃镜等、各个击破【例1】下列说法正确的是( )A、因为水的密度大于酒精的密度,所以水是光密介质B、因为水的折射率小于酒精的折射率,所以水对酒精来说是光疏介质C、同一束光,在光密介质中的传播速度较大D、同一束光,在光密介质中的传播速度较小解析:因为水的折射率为1、33,酒精的折射率为1、36,所以水对酒精来说是光疏介质;由v=c/n可知,光在光密介质中的速度较小、本题答案是BD、答案:BD类题演练1一条光线由水中射向空气,当入射角由0逐渐增大到90时,下列说法正确的是( )A、折射角由0增大到大于90的某一角度B、折射角始终大于入射角,当折射角等于90时,发生全反射C、折射角始终小于90,不可能发生全反射D、入射角的正弦与折射角的正弦之比逐渐增大解析:因为光线由水射向空气,根据折射定律可知,nsinθ1=sinθ2 而n=1、33所以存在折射时,总是θ2>θ1,直到θ2=90(发生全反射)为止、发生全反射以后,折射光线不存在,折射定律不再适用、该题中,发生全反射以前,入射角的正弦与折射角的正弦之比就是n,是一个常数、选项B正确、答案:B【例2】光由折射率分别为n1=1、33的水和n2=的玻璃射向空气时的临界角各是多大?解析:由临界角公式sinC=可得水的临界角C1=arcsin=arcsin=48、8玻璃的临界角C2=arcsin=arcsin=45类题演练2如图4-3-1所示,半圆形玻璃砖放在空气中,三条同一颜色、强度相同的光线,均由空气射入到玻璃砖,到达玻璃砖的圆心位置、下列说法正确的是( )图4-3-1A、三条光线中有一条在O点发生了全反射,那一定是aO光线B、假若光线bO能发生全反射,那么光线cO一定能发生全反射C、假若光线bO能发生全反射,那么光线aO一定能发生全反射D、假若光线aO恰能发生全反射,则光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度大解析:三条入射光线沿着指向圆心的方向由空气射向玻璃砖,在圆周界面,它们的入射角为零,均不会偏折、在直径界面,光线aO的入射角最大,光线cO的入射角最小,它们都是从光密介质射向光疏介质,都有发生全反射的可能、如果只有一条光线发生了全反射,那一定是aO光线,因为它的入射角最大、所以选项A对;假若光线bO能发生全反射,说明它的入射角等于或大于临界角,光线aO的入射角更大,所以,光线aO一定能发生全反射,光线cO的入射角可能大于临界角,也可能小于临界角,因此,cO不一定能发生全反射、所以选项C 对,B错;假若光线aO恰能发生全反射,光线bO和cO都不能发生全反射,但bO的入射角更接近于临界角,所以,光线bO的反射光线较光线cO的反射光线强,即bO的反射光线亮度较大、所以D对、本题答案选ACD、答案:ACD【例3】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解析:光导纤维的作用是传导光,它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝,且由内芯和外套两层组成,内芯的折射率比外套的大、载有声音、图像及各种数字信号的激光传播时,在内芯和外套的界面上发生全反射、光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强等特点、在实际应用中,光纤是可以弯曲的、所以,答案是C、答案:C类题演练3平面镜反射与全反射相同吗?解析:有人认为平面镜反射与是把光线全部反射回来,与全反射相同,这是不对的,平面镜是靠玻璃上镀一层光亮的反射膜(一般是镀铝,极少数要求高的镀银)反射光线,膜不透光,不会有进入另一介质折射光,但固体的膜仍要吸收一部分光,并不能保证把入射光百分之百地反射回来,而全反射则是真正把入射光百分之百地反射回来、因此很多地方用全反射棱镜来代替平面镜,例如潜望镜,双筒望远镜等都用到全反射棱镜、答案:不同。
2019-2020年高中物理 第四章4.3 认识光的全反射现象》教案 粤教版选修3-4
认识光的全反射现象教案一、教学目标1.知识与技能:(1)理解光的全反射现象;(2)掌握临界角的概念和发生全反射的条件;(3)了解全反射现象的应用.2.过程与方法:通过观察演示实验,理解光的全反射现象,概括出发生全反射的条件,培养学生的观察、概括能力;通过观察演示实验引起学生思维海洋中的波澜,培养学生透过现象分析本质的方法、能力.3.情感态度与价值观(1)渗透学生爱科学的教育,培养学生学科学、爱科学、用科学的习惯。
(2)生活中的物理现象很多,能否用科学的理论来解释它。
(3)更科学的应用生活中常见的仪器、物品.二、重点、难点分析1.重点是掌握临界角的概念和发生全反射的条件,折射角等于90°时的入射角叫做临界角,当光线从光密介质射到它与光疏介质的界面上时,如果入射角等于或大于临界角就发生全反射现象.2.全反射的应用,对全反射现象的解释.光导纤维、自行车的尾灯是利用了全反射现象制成的;海市蜃楼、沙漠里的蜃景也是由于全反射的原因而呈现的自然现象.三、教具1.全反射现象演示仪,接线板,烟雾发生器,火柴,产生烟雾的烟雾源,半圆柱透明玻璃砖(半圆柱透镜),弯曲的细玻璃棒(或光导纤维).2.烧杯,水,蜡烛,火柴,试管夹、镀铬的光亮铁球(可夹在试管夹上).3.自行车尾灯(破碎且内部较完整).4.直尺四、主要教学过程(一)引入新课演示Ⅰ将光亮铁球出示给学生看,在阳光下很刺眼,将光亮铁球夹在试管夹上,放在点燃蜡烛上熏黑,(将试管夹和铁球置于烛焰的内焰进行熏制,一定要全部熏黑,再让学生观察.)然后将熏黑的铁球浸没在盛有清水的烧杯中,放在水中的铁球变得比在阳光下更亮.好奇的学生误认为是水泡掉了铁球上黑色物质,当老师把试管夹从水中取出时,发现熏黑的铁球依然如故,再将其再放入水中时,出现的现象和前述一样,学生大惑不解,让学生带着这个疑问开始学习新的知识——全反射现象.(二)新课教学1.全反射现象.(1)光密介质和光疏介质.光密介质:对于两种介质来说,光在其中传播速度较小的介质,即绝对折射率较大的介质;光疏介质:对于两种介质来说,光在其中传播速度较大的介质,即绝对折射率较小的介质。
物理粤教版选修3-4学案:课棠互动 第四章第三节认识光
课堂互动三点剖析1.全反射现象光密介质和光疏介质不同折射率的介质相比较,折射率大的叫光密介质,折射率小的叫光疏介质.这里要特别注意:光密介质和光疏介质是相对而言的,不是绝对的.全反射现象光从光密介质射向光疏介质时,通常情况下,在两种介质的界面上要同时发生反射和折射,但是,如果满足一定的条件,折射光线就会消失,入射光全部被反射回来,这种现象叫全反射现象.这里不但要注意产生全反射的条件,还要注意要结合实验来理解全反射现象,这也是学习物理的一种重要方法,因为物理是一门实验科学.2.发生全反射的条件及应用应用公式sinC=n1求临介角时应注意:上式中的C 是指光从折射率为n 的介质射向空气(或真空)时的临界角.发生全反射要同时满足下面两个条件:一是光要从光密介质射向光疏介质;二是入射角等于或大于临界角.要注意观察“光从玻璃射入空气”的演示实验中入射光线、反射光线、折射光线的方向变化及光线的亮度(能量)变化规律:入射角增大时,折射角增大,同时,折射光线的强度减弱(能量减小),而反射光线的强度增强(能量增大);当入射角等于或大于临界角时,折射光线的能量减弱到零,折射光线不再存在,反射光线和入射光线强度相同,即发生了全反射. 注意:在全面理解和掌握发生全反射条件的同时,还要掌握发生全反射以前,增大入射角时,反射光线、折射光线的强度(能量)变化.在后面的学习中,也会用到这方面的知识.3.全反射的应用:光导纤维和全反射棱镜等光导纤维(1)作用:传递声音、图像及各种数字信号.(2)原理:光的全反射.(3)构造特点:双层,外层材料的折射率比里层材料的折射率小.(4)优点:容量大、衰减小、抗干扰能力强.(5)实际应用:光纤通信、医用胃镜等.各个击破【例1】下列说法正确的是( )A.因为水的密度大于酒精的密度,所以水是光密介质B.因为水的折射率小于酒精的折射率,所以水对酒精来说是光疏介质C.同一束光,在光密介质中的传播速度较大D.同一束光,在光密介质中的传播速度较小解析:因为水的折射率为1.33,酒精的折射率为 1.36,所以水对酒精来说是光疏介质;由v=c/n 可知,光在光密介质中的速度较小.本题答案是BD.答案:BD类题演练1一条光线由水中射向空气,当入射角由0°逐渐增大到90°时,下列说法正确的是( )A.折射角由0°增大到大于90°的某一角度B.折射角始终大于入射角,当折射角等于90°时,发生全反射C.折射角始终小于90°,不可能发生全反射D.入射角的正弦与折射角的正弦之比逐渐增大解析:因为光线由水射向空气,根据折射定律可知,nsinθ1=sinθ2 而n=1.33所以存在折射时,总是θ2>θ1,直到θ2=90°(发生全反射)为止.发生全反射以后,折射光线不存在,折射定律不再适用.该题中,发生全反射以前,入射角的正弦与折射角的正弦之比就是n,是一个常数.选项B 正确.答案:B【例2】光由折射率分别为n 1=1.33的水和n 2=2的玻璃射向空气时的临界角各是多大? 解析:由临界角公式sinC=n1 可得水的临界角C 1=arcsin 11n =arcsin 33.11=48.8° 玻璃的临界角C 2=arcsin 21n =arcsin 21=45° 类题演练2如图4-3-1所示,半圆形玻璃砖放在空气中,三条同一颜色、强度相同的光线,均由空气射入到玻璃砖,到达玻璃砖的圆心位置.下列说法正确的是()图4-3-1A.三条光线中有一条在O 点发生了全反射,那一定是aO 光线B.假若光线bO 能发生全反射,那么光线cO 一定能发生全反射C.假若光线bO 能发生全反射,那么光线aO 一定能发生全反射D.假若光线aO 恰能发生全反射,则光线bO 的反射光线比光线cO 的反射光线的亮度大 解析:三条入射光线沿着指向圆心的方向由空气射向玻璃砖,在圆周界面,它们的入射角为零,均不会偏折.在直径界面,光线aO 的入射角最大,光线cO 的入射角最小,它们都是从光密介质射向光疏介质,都有发生全反射的可能.如果只有一条光线发生了全反射,那一定是aO 光线,因为它的入射角最大.所以选项A 对;假若光线bO 能发生全反射,说明它的入射角等于或大于临界角,光线aO 的入射角更大,所以,光线aO 一定能发生全反射,光线cO 的入射角可能大于临界角,也可能小于临界角,因此,cO 不一定能发生全反射.所以选项C 对,B 错;假若光线aO 恰能发生全反射,光线bO 和cO 都不能发生全反射,但bO 的入射角更接近于临界角,所以,光线bO 的反射光线较光线cO 的反射光线强,即bO 的反射光线亮度较大.所以D 对.本题答案选ACD.答案:ACD【例3】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解析:光导纤维的作用是传导光,它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝,且由内芯和外套两层组成,内芯的折射率比外套的大.载有声音、图像及各种数字信号的激光传播时,在内芯和外套的界面上发生全反射.光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强等特点.在实际应用中,光纤是可以弯曲的.所以,答案是C.答案:C类题演练3平面镜反射与全反射相同吗?解析:有人认为平面镜反射与是把光线全部反射回来,与全反射相同,这是不对的,平面镜是靠玻璃上镀一层光亮的反射膜(一般是镀铝,极少数要求高的镀银)反射光线,膜不透光,不会有进入另一介质折射光,但固体的膜仍要吸收一部分光,并不能保证把入射光百分之百地反射回来,而全反射则是真正把入射光百分之百地反射回来.因此很多地方用全反射棱镜来代替平面镜,例如潜望镜,双筒望远镜等都用到全反射棱镜.答案:不同。
2018年春粤教版选修3-4物理教师用书:第4章 第3节 光的全反射现象 Word版含答案
第三节光的全反射现象1.(3分)光从空气射入水中,当入射角变化时,则()A.反射角和折射角都发生变化B.反射角和折射角都不变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】根据反射定律和折射定律判断A对.【答案】 A2.(3分)关于光的折射下列说法错误的是()A.折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内B.入射线和法线与折射线不一定在一个平面内C.入射角总大于折射角D.光线从空气斜射入玻璃时,入射角大于折射角【解析】根据折射定律,入射光线、折射光线和法线一定在同一平面内.B 错.入射角不一定总大于折射角.C错.【答案】BC3.(4分)一小球掉入一水池中,小球所受重力恰与其所受阻力和浮力的合力相等,使小球匀速下落,若从水面到池底深h=1.5 m,小球3 s到达水底,那么,在下落处正上方观察时()A.小球的位移等于1.5 mB.小球的位移小于1.5 mC.小球的运动速度小于0.5 m/sD.小球的运动速度仍等于0.5 m/s【解析】由于沿竖直方向看水中物体时,“视深”是实际深度的1n倍,所以在上面的人看来,物体向下运动的位移h′=hn,由于n>1,所以h′<h=1.5 m,B项正确,在上面的人看来,小球的运动速度v=h′t<0.5 m/s,C项正确.【答案】BC学生P47一、光的全反射1.全反射和临界角(1)全反射:光从光密介质射向光疏介质时,逐渐增大入射角,会看到折射光线离法线越来越远且越来越弱,反射光线会越来越强.当入射角增大到某一角度,折射光线完全消失,只剩下反射光线,这种现象叫做光的全反射.(2)临界角:光从光密介质射入光疏介质,刚好发生全反射,即折射角等于90°时的入射角.2.全反射的条件(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.二、光导纤维的结构与应用1.结构光导纤维是非常细的特制玻璃丝,直径从几微米到一百微米之间,由内芯和外套两层组成,内芯的折射率比外套的大,光在光纤内传播时,在内芯和外套的界面上发生全反射.2.应用(1)光纤通信:光信号能携带数码信息、电视图像和声音等,其主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强.(2)医学:用光导纤维制成内窥镜,用来检查人体的胃、肠、气管等内脏.学生P47一、对全反射现象的理解1.光疏介质和光密介质(1)光疏介质:折射率较小的介质(即传播速度大的介质)叫光疏介质.(2)光密介质:折射率较大的介质(即传播速度小的介质)叫光密介质.光疏介质和光密介质是相对而言的.2.全反射光从光密介质射向光疏介质时,当入射角增大到某一角度,光线全部被反射回原光密介质的现象.3.临界角光从光密介质射向光疏介质时,折射角等于90°时的入射角,用C表示.4.产生全反射的条件(1)光线从光密介质射向光疏介质.(2)入射角等于或大于临界角.5.光由光密介质射向光疏介质时,从能量角度分析,在入射角逐渐增大的过程中,反射光的能量逐渐增强,折射光的能量逐渐减弱,一旦入射角等于临界角,折射光线的能量实际上已减小为零,此时刚好发生全反射.6.当光从介质射入空气(或真空)时,sin C=1 n.7.介质的折射率越大,发生全反射的临界角就越小,越容易发生全反射.二、光导纤维及其应用1.光导纤维的工作原理(1)光导纤维简称光纤,是把石英玻璃拉成直径为几微米到几十微米的细丝,然后再包上折射率比它小的材料制成的.(2)光导纤维之所以能传输信息,就是利用了光的全反射现象.图4-3-1如图4-3-1所示,它是由内芯和外套两层组成的,内芯的折射率大于外套的折射率,光由一端进入,在两层的界面上经多次全反射,从另一端射出.光导纤维可以远距离传播光,光信号又可以转换成电信号,进而变为声音、图像.如果把许多(上万根)光导纤维合成一束,并使两端的纤维按严格相同的次序排列,就可以传输图像.2.光导纤维的应用(1)光纤通信原理:光纤通信是利用全反射的原理.光纤通信的过程:先将声音信号转化为光信号,利用光纤传输光信号,最后把光信号输出,到接收端再将光信号还原为声音信号.(2)光纤通信的优点:光导纤维具有质地轻、弯曲自如、传光效率高、抗机械振动、耐腐蚀性好、能量损耗小、抗干扰能力强、保密性好等优点,光纤通信还有一个最大优点就是通信容量极大.光导纤维还可以用来制作光导潜望镜、医用光导纤维内窥镜等.一、全反射的临界条件分析半径为R的半圆柱形玻璃,横截面如图4-3-2所示,O为圆心,已知玻璃的折射率为2,一束光以与MN平面成45°角的方向射向半圆柱形玻璃,求能从MN射出的光束的宽度为多少?图4-3-2【导析】 画出光路图,并确定出发生全反射的临界光线.【解析】 如图4-3-2所示,进入玻璃中的光线①垂直半球面,沿半径方向直达球心位置O ,且入射角等于临界角,C =arcsin 1n =45°,恰好在O 点发生全反射.光线①左侧的光线(如:光线②)经球面折射后,射在MN 上发生全反射,不能射出.光线①右侧的光线经半球面折射后,射到MN 面上的入射角均小于临界角,能从MN 面上射出.最右边射向半球的光线③与球面相切,入射角i =90°,由折射定律知:sin γ=sin i n =22,则γ=45°.故光线③将垂直MN 射出.所以在MN 面上射出的光束宽度应是OE =R sin γ=22R .【答案】 22R 解决这类全反射问题一般分三步,首先弄清楚是否满足发生全反射的条件,1.在厚度为d 、折射率为n 的大玻璃板下表面,有一个半径为r 的圆形发光面.为了从玻璃板的上方看不见这个圆形发光面,可在玻璃板的上表面贴一块圆形纸片,问所贴纸片的最小半径应为多大?【解析】 根据题述,光路如图所示,图中S 点为圆形发光面边缘上一点.由该点发出的光线能射出玻璃板的范围由临界光线SA 确定,当入射角大于临界角C 时,光线就不能射出玻璃板了.图中Δr =d tan C =d sin C cos C ,而sin C =1n ,则cos C =n 2-1n , 所以Δr =dn 2-1.故应贴圆纸片的最小半径R =r +Δr =r +dn 2-1. 【答案】 r +d n 2-1 二、光的全反射的应用如图4-3-3所示,一根长为L 的直光导纤维,它的折射率为n .光从它的一个端面射入,又从另一个端面射出所需的最长时间为多少?(设光在真空中的光速为c )图4-3-3【导析】 由题中的已知条件可知,要使光线从光导纤维的一端射入,然后从它的另一端全部射出,必须使光线在光导纤维中发生全反射现象.要使光线在光导纤维中经历的时间最长,就必须使光线的路径最长,即光对光导纤维的入射角最小.根据全反射条件:i ≥C 可知入射角等于临界角时,光线的路径最长,所需时间也最长. 【解析】 光导纤维的临界角为C =arcsin 1n ,光在光导纤维中传播的路程为d =L sin C =nL ,光在光导纤维中传播的速度为v =c n ,所需最长时间为t max =d v =nL c n=n 2L c .【答案】 n 2L c光导纤维是全反射现象的应用,2.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.目前,我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络.下列说法正确的是( )A .光纤通信利用光作为载体来传递信息B .光导纤维传递光信号是利用光的衍射原理C .光导纤维传递光信号是利用光的色散原理D .目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝【解析】 光纤是利用光的全反射现象而实现光作为载体的信息传递,光纤是内芯折射率大于外层表皮折射率的很细的玻璃丝.【答案】 AD1.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,由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传导光的【解析】本题考查光导纤维的构成及应用.光导纤维的作用是传导光,它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝,且由内芯和外套两层组成,内芯的折射率比外套的大.载有声音、图像及各种数字信号的激光传播时,在内芯和外套的界面上发生全反射,光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强等特点.在实际应用中,光纤是可以弯曲的.所以,答案是C.【答案】 C2.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而只有反射光线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【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,发生全反射时全部光线均不进入光疏介质.【答案】CD3.一束光从空气射向折射率为n=2的某种玻璃的表面,i代表入射角,则() A.当i>45°时,会发生全反射现象B.无论入射角i是多大,折射角γ都不会超过45°C.欲使折射角γ=30°,应以i=45°的角度入射D.当入射角i=arctan2时,反射光线跟入射光线恰好互相垂直【解析】光从空气射入玻璃时,不会发生全反射,A项错。
高中物理 第四章4.3《认识光的全反射现象》课件 粤教版选修34
若入射角继续增大呢? 下面让我们通过演示实验,看一看将会发生 什么现象。
实验:让一束激光从半圆形玻璃砖的弧面 沿半径射到AB界面的O点。(如图)
旋转玻璃砖,改变 入射角i,我们可以 看到:
入射角i增大时,折射 角r也增大,折射光线
越来越暗,反射光线 却逐渐变亮;当入射
认识光的全反射现象
教学目标: 1、理解光的全反射现象 2、掌握临界角的概念和发生全反射的条件 3、了解全反射现象的应用
说明: 有关临界角目前高考中的要求是理解其 概念,知道计算式,而不要求会利用临 界角的公式进行有关计算,请同学们酌 情处理
问:光从一种介质进入另一种介质时会发 生什么现象呢?
好好想一想,不要太急于回答。
光导纤维
全反射现象 是自然界里常见的 现象,我们常听到 的“光纤通信”就 是利用了全反射的 原理,为了说明光 导纤维对光的传导 作用,我们做下面 的实验.
弯曲的玻璃棒能传光
光导纤维是非常细的 特制玻璃丝,直径只有几 微米到几百微米之间,由 内芯与外套两层组成.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.
sin 900 n
sin c
sin c 1 n
例题解析:
【例】如图所示,EF和MN是长方形玻璃砖两平行侧面,将其 置于空气中,一束光线射到玻璃砖的EF面上.若入射角逐渐 增大到靠近界面,关于能否发生全反射的判断,下列说法中 正确的是( )
A.在EF面上不可能,在MN面上有可能 B.在EF面上有可能,在MN面上不可能 C.在EF和MN面上都有可能 D.在EF和MN面上都不可能
光导纤维
把光导纤维聚集成束, 使其两端纤维排列的相对 位置相同,图像就可以从 一段传到另一端了.
2018-2019学年高中物理粤教版选修3-4:4.3
������ A.n 1>n2,光从它的一端射入到从另一端射出所需的时间总等于 ������ ������1 ������ B.n1<n2,光从它的一端射入到从另一端射出所需的时间最长为 ������2 ������ ������1 2 ������ C.n1>n2,光从它的一端射入到从另一端射出所需的时间最长为 ������2 ������ ������ ������ D.n1<n2,光从它的一端射入到从另一端射出所需的时间等于 1 ������
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一 二 知识精要 典题例解
合作探究
迁移应用
2.光导纤维的折射率
设光导纤维的折射率为n,当入射角为θ1时,进入端面的折射光线 传到侧面时恰好发生全反射,如图所示,则有
sin C= ,n=
1 ������
由图可知:当θ1增大时,θ2增大,而从纤维射向空气中光线的入射角 θ减小,当θ1=90°时,若θ=C,则所有进入纤维中的光线都能发生全 反射,即解得n= 2 ,以上是光从纤维射向真空时得到的折射率,由于 光导纤维包有外套,外套的折射率比真空的折射率大,因此折射率 要比 2大些。
答案:C
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一 二 知识精要 典题例解
合作探究
迁移应用
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一 二 知识精要 典题例解
合作探究
迁移应用
如图所示,一根长为L的直光导纤维,它的折射率为n。光从它的 一个端面射入,
又从另一端面射出所需的最长时间为多少?(设光在真空中的光 速为c)
������2 ������ 答案: ������
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合作探究
玻璃或水中的气泡为什么看起来格外亮? 提示 因为光从玻璃或水入射到气泡表面时发生了全反射。
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课后集训
基础过关
1.光线由空气透过半圆形玻璃砖,再射入空气的光路图中,如图4-3-2所示,正确的是(玻璃的折射率为1.5)( )
图4-3-2
A.图乙、丙、丁
B.图甲、丁
C.图乙、丙
D.图甲、丙
解析:光线由空气进入玻璃砖中时,入射角大于折射角,由玻璃砖射入空气时,入射角小于折射角,由临界角计算公式得C=arcsin =arcsin =41°49′,入射角50°大于临界角,将n 15
.11发生全反射,故正确答案是A.
答案:A
2.一束光从空气射向折射率为n=的某种玻璃的表面,如图4-3-3所示,i 代表入射角,2则( )
图4-3-3
A.当i >45°时,会发生全反射现象
B.无论入射角i 是多大,折射角r 都不会超过45°
C.欲使折射角r=30°,应以i=45°的角度入射
D.当入射角i=tan -1时,反射光线跟入射光线恰好互相垂直
2答案:BC
3.在完全透明的水下某处,放一点光源,在水面上可见到一个圆形透光平面,如果圆形透光平面的半径匀速增大,则光源在( )
A.加速上升
B.加速下沉
C.匀速上升
D.匀速下沉
答案:D
4.如图4-3-4所示,光线从空气垂直射入棱镜界面的BC 上,棱镜的折射率n=,这条光2线离开棱镜时与界面的夹角为( )
图4-3-4A.30° B.45° C.60° D.90°
解析:光路图如图4-3-5所示,此棱镜的临界角为C ,则sinC=
,∴C=45°光线在AB 2
21 n
面上发生全反射,又∵n=,∴sinα=,∴α=45°.230sin sin =︒α22
图4-3-5
答案:B
5.如图4-3-6所示,一束平行光从真空射向一块半圆形的玻璃砖,下列说法正确的是( )
图4-3-6
A.只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖
B.只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖
C.通过圆心的光线将沿直线穿过不发生偏折
D.圆心两侧一定范围外的光线将在曲面产生全反射
答案:BCD
6.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而只有反射光线
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
解析:全反射发生的条件是当光从光密介质射向光疏介质时,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.
答案:CD
7.已知介质对某单色光的临界角为C ,则( )
A.该介质对单色光的折射率等于C
sin 1
B.此单色光在该介质中的传播速度等于c·sinC (c 是光在真空中的传播速度)
C.此单色光在该介质中的传播波长是在真空中波长的sinC 倍
D.此单色光在该介质中的频率是在真空中的
倍C sin 1解析:由临界角的计算式sinC=得n=,选项A 正确;将n=代入sinC=得sinC=n 1C sin 1v c n 1,故v=c sinC,选项B 正确;设该单色光的频率为f ,在真空中的波长为λ0,在介质中的波长c
v 为λ,由波长、频率、光速的关系得c=λ0f,v=λf,故sinC=,λ=λ0sinC,选项C 正确;该单0
λλ=c v
色光由真空传入介质时,频率不发生变化,选项D 错误.
答案:ABC
综合运用
8.如图4-3-7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( )
图4-3-7
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
解析:在界面Ⅰ光由空气进入玻璃砖,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,选项D 也正确,选项C 、D 正确.
答案:CD
9.一个半圆柱形玻璃体的截面如图4-3-8所示,其中O 为圆心,aOb 为平面acb 为半圆柱面,玻璃的折射率n=.一束平行光与aOb 面成45°角照到平原上,将有部分光线经过两次折2射后从半圆柱面acb 射出,试画出能有光线射出的那部分区域,并证明这个区域是整个acb 弧的一半.
图4-3-8
解析:能射出的那部分光线区域如图4-3-9所示.根据折射定律n=sini/sinr 知
图4-3-9sinr=sini/n=sin45°/=,可见r=30°,221由全反射临界角sinC=知C=45°,2
11 n 由图知对①号典型光线有∠aOd=180°-[C+(90°-r)]=180°-[45°+(90°-30°)]=75°,对②号典型光线有∠bOe=180°-[C+(90°+r)]=180°-[45°+(90°+30°)]=15°,
可见射出区域为∠dOe 所对应的圆弧.
因∠dOe=180°-∠aOd-∠bOe=180°-75°-15°=90°.
10.在厚度为d 、折射率为n 的大玻璃板下表面,有一个半径为r 的圆形发光面.为了从玻璃板的上方看不见这个圆形发光面,可在玻璃板的上表面贴一块圆形纸片,问所贴纸片的最小半径应为多大?
解析:根据题述,光路如图4-3-10所示,图中,S 点为圆形发光面边缘上一点.由该点发出的光线能射出玻璃板的范围由临界光线SA 确定,当入射角大于临界角C 时,光线就不能射出玻璃板了.
图4-3-10
图中Δr=dtanC=,C
C d cos sin 而sinC=,则cosC=,所以Δr=.n 1n n 12-1
2-n d 故应贴圆纸片的最小半径R=r+Δr=r+.
12-n d
答案:r+1
2-n d
11.如图4-3-11所示,一根长为L 的直光导纤维,它的折射率为n.光从它的一个端面射入,又从另一端面射出所需的最长时间为多少?(设光在直空中的光速为c)
图4-3-11
解析:由题中的已知条件可知,要使光线从光导纤维的一端射入,然后从它的另一端全部射出,必须使光线在光导纤维中发生全反射现象.要使光线在光导纤维中经历的时间最长,就必须使光线的路径最长,即光对光导纤维的入射角最小.光导纤维的临界角为C=arcsin .n 1光在光导纤维中传播的路径为d=
=nL.C
L sin 光在光导纤维中传播的速度为v=.n c 所需最长时间为t max =.c
L n n
c nL v
d 2==答案:C
L n 2
12.为了测定某种材料制成的长方体的折射率,用一束光线从AB 面以60°入射角射入长方体时光线刚好不能从BC 面射出,如图4-3-12所示.该材料的折射率是多少
.
图4-3-12
解析:如图4-3-13所示,根据折射定律:n= ①
r
sin 60sin ︒图4-3-13
由题意可知:sinC= ②
n 1而C=90°-r
③由②③得cosr=
n 1④
而cosr=代入④得=
r 2sin 1-r 2sin 1-n 1⑤
联立①和⑤得,n=.2
7答案:2
7
13.已知水的折射率为,在水面下放一个强点光源S ,则可在水面上看到一个圆形透光面.3
4如果这个透光面的直径D 为4 m ,求光源离水面的距离H.
解析:在水面上看到的圆形透光面,是水面下点光源发出的光穿过水面进入空气而形成的.如果水中点光源发出的光射向水面时,入射角大于等于临界角,这些光线将发生全反射,则光不能穿过水面.如图4-14所示,点光源S 发出的光线SA 、SB 到达水面时,恰好发生全反射,C 是临界角,在AB 区域内有光射入空气.由几何关系可知:tanC=H
R
而sinC= 所以H=m=1.76 m n 14
2)43(14211sin 2cos tan 2tan 22⨯-⨯=⨯-===n n D C C D C D C R 答案:1.76 m。