高三物理选修3-4复习光学部分
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一、全反射及其产生条件 1．全反射：光从某种介质入射到空气中时，折射角 大于 入
射角，当入射角增大到一定程度时， 折射 光线完全消失，
全部光线都被反射回介质内．这种现象称为全反射现象，
简称全反射． 2．临界角：刚好发生全反射(即折射角变为 90°)时的 入射角 ．
公式：sin C＝
1 n
• 3．光疏介质和光密介质
• 折射率小较
的介质叫做光疏介质大 ，折
射率较 的介质叫做光密介质．
• 4．发生全反射的条光件密：光由 光疏 介质射
入 大于介等于质，且入射角
临界
角．
• 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．
• 二、对全反射现象的解释
• 1．全反射现象：海水的浪花呈白色、鱼 缸中上升的气泡亮晶晶，在沙漠里看到的 蜃景、炎热夏天的路面格外明亮光滑．
• 2．全反射棱镜
• 全反射棱镜的截直角面等为腰
三角
形 ． 它 的 更反好射 性 能 比 镀 银 的 平 面
镜
，精密的光学仪器用它代替镀
银平面镜来反射光线．
• 三、光导纤维及其应用
• 1．光导纤维的工作原理
• (1)光导纤维：把石英玻璃拉成直经几微
米到几十微米的细丝，然小 后再包上折射率
比它
的材料，就制成了光导纤维，简
称光纤．
• (2)传导原理：光纤一般由折射率较高的
玻璃内芯和折射率较低的外层透明介i≥质C 组 成．光在光导纤维内传播时，由光密介质
(n1)入射到光疏介质(n2)，若入射角
sin C＝n1
①
又由几何关系：sin C＝
L L2＋h2
②
其中 L＝R－r
③
联立以上各式解得 n＝ L2L＋h2＝ 1＋R－h r2
④
答案
1＋R－h r2
再见
，
光就会在光纤内不断发生全反射．
• 2．光纤通信
• 光导纤维具有质地轻、弯曲自如、传光 效率高、抗机械振动、耐小腐蚀性好、能强量 损耗 、抗干扰能力 、保密性好等 优点，光纤通信的容量比微波通信高 103～104倍.
• 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．
• 答案 C
针对训练 某种介质对空气的折射率是 2，一束光从该介质射 向空气，入射角是 60°，则下列光路图中正确的是(图中Ⅰ为空 气，Ⅱ为介质)
()
ห้องสมุดไป่ตู้
解析 由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由 sin C＝n1＝
1 ，得 2
C＝45°＜θ1＝60°，故在两介质的界面上会发生全反射，
只有反射光线，没有折射光线，故选项 D 正确．
• (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，
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＝n1. (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．
答案 D
• 二、全反射的应用
• 1．全反射棱镜
• (1)特点： • ①当光垂直于它的一个界面射入后，都
会在其内部发生全反射，与平面镜相比， 它的反射率很高．
• ②反射面不必涂敷任何反光物质，反射 时失真小．
• (2) 全 反 射 棱 镜 改 变 光 路 的 两 种 常 见 情 况．如图4－2－1所示．
• 图4－2－1
• 2．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，抗干扰性强 等．
• (3)应用：光纤通讯，医学上的内窥镜 等．
• 【例2】 光导纤维的结构如图4－2－2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 •( )
• 【例3】 (2014·课标Ⅱ)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，从图形发光面边缘的A点发出 的一条光线射到玻璃上表面A′点恰好发生全 反射，则由
图4－2－2
• A．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．
• 【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
• 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 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 介质进入光密还是从光密进入光疏介质．(2)若光由光密介 质进入光疏介质时，根据 sin C＝n1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．
射角，当入射角增大到一定程度时， 折射 光线完全消失，
全部光线都被反射回介质内．这种现象称为全反射现象，
简称全反射． 2．临界角：刚好发生全反射(即折射角变为 90°)时的 入射角 ．
公式：sin C＝
1 n
• 3．光疏介质和光密介质
• 折射率小较
的介质叫做光疏介质大 ，折
射率较 的介质叫做光密介质．
• 4．发生全反射的条光件密：光由 光疏 介质射
入 大于介等于质，且入射角
临界
角．
• 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．
• 二、对全反射现象的解释
• 1．全反射现象：海水的浪花呈白色、鱼 缸中上升的气泡亮晶晶，在沙漠里看到的 蜃景、炎热夏天的路面格外明亮光滑．
• 2．全反射棱镜
• 全反射棱镜的截直角面等为腰
三角
形 ． 它 的 更反好射 性 能 比 镀 银 的 平 面
镜
，精密的光学仪器用它代替镀
银平面镜来反射光线．
• 三、光导纤维及其应用
• 1．光导纤维的工作原理
• (1)光导纤维：把石英玻璃拉成直经几微
米到几十微米的细丝，然小 后再包上折射率
比它
的材料，就制成了光导纤维，简
称光纤．
• (2)传导原理：光纤一般由折射率较高的
玻璃内芯和折射率较低的外层透明介i≥质C 组 成．光在光导纤维内传播时，由光密介质
(n1)入射到光疏介质(n2)，若入射角
sin C＝n1
①
又由几何关系：sin C＝
L L2＋h2
②
其中 L＝R－r
③
联立以上各式解得 n＝ L2L＋h2＝ 1＋R－h r2
④
答案
1＋R－h r2
再见
，
光就会在光纤内不断发生全反射．
• 2．光纤通信
• 光导纤维具有质地轻、弯曲自如、传光 效率高、抗机械振动、耐小腐蚀性好、能强量 损耗 、抗干扰能力 、保密性好等 优点，光纤通信的容量比微波通信高 103～104倍.
• 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．
• 答案 C
针对训练 某种介质对空气的折射率是 2，一束光从该介质射 向空气，入射角是 60°，则下列光路图中正确的是(图中Ⅰ为空 气，Ⅱ为介质)
()
ห้องสมุดไป่ตู้
解析 由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由 sin C＝n1＝
1 ，得 2
C＝45°＜θ1＝60°，故在两介质的界面上会发生全反射，
只有反射光线，没有折射光线，故选项 D 正确．
• (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，
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＝n1. (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．
答案 D
• 二、全反射的应用
• 1．全反射棱镜
• (1)特点： • ①当光垂直于它的一个界面射入后，都
会在其内部发生全反射，与平面镜相比， 它的反射率很高．
• ②反射面不必涂敷任何反光物质，反射 时失真小．
• (2) 全 反 射 棱 镜 改 变 光 路 的 两 种 常 见 情 况．如图4－2－1所示．
• 图4－2－1
• 2．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，抗干扰性强 等．
• (3)应用：光纤通讯，医学上的内窥镜 等．
• 【例2】 光导纤维的结构如图4－2－2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 •( )
• 【例3】 (2014·课标Ⅱ)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，从图形发光面边缘的A点发出 的一条光线射到玻璃上表面A′点恰好发生全 反射，则由
图4－2－2
• A．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．
• 【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
• 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 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 介质进入光密还是从光密进入光疏介质．(2)若光由光密介 质进入光疏介质时，根据 sin C＝n1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．