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4.1-4.2光的折射和全反射
考点一、折射定律 1
考点二、折射率 1
考点三、全反射 3
考点四、全反射棱镜和光导纤维 4
【巩固练习】 7
考点一、折射定律
1．光的反射
(1)反射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的 时，一部分光会 到第1种介质的现象．
(2)反射定律：反射光线与入射光线、法线处在 内，反射光线与入射光线分别位于 ；反射角 入射角．
2．光的折射
(1)折射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的 时，一部分光会 第2种介质的现象．
(2)折射定律
折射光线与入射光线、法线处在 内，折射光线与入射光线分别位于 ； 与 成正比，即＝n12(式中n12是比例常数)．
(3)在光的折射现象中，光路是 的．
考点二、折射率
1．定义
光从真空射入某种介质发生折射时， 与 之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，即n＝.
2．折射率与光速的关系
某种介质的折射率，等于光在 中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝.
3．理解
由于c＞v，故任何介质的折射率n都 (填“大于”“小于”或“等于”)1.
（2023春 武汉期中）下列说法正确的是（ ）
A．单色光在介质中传播时，介质的折射率越大，光的传播速度越大
B．观察者靠近声波声源的过程中，接收到声波的频率小于波源的频率
C．海市蜃楼产生的原因是海面上方上层空气的折射率比下层空气的折射率大
D．水中的潜水员斜向上看岸边的物体时，看到的物体的像比物体所处的实际位置高
（2022秋 萍乡期末）如图所示，容器底部有一探照灯S发出一细光束投射到光屏MN上，在B点形成一个光斑，当向容器中注水时，光斑B将移向（ ）
A．B的上方 B．B的下方 C．B的左边 D．B的右边
（2022春 汤原县校级月考）一束光由空气射入某介质，当入射光线和界面的夹角为30°时，折射光线恰好与反射光线垂直，则光在该介质中的传播速度是（ ）
A． B． C．c D．c
（2022 浙江模拟）大气中空气层的密度是随着高度的增加而减小的．从大气外射来一束阳光，如图所示的四个图中，能粗略表示这束阳光射到地面的路径的是（ ）
A． B．
C． D．
（2022 重庆模拟）图所示，阴影部分ABC为一均匀透明材料做成的柱形光学元件的横截面，是一半径为R的圆弧，D为圆弧的圆心，ABCD构成正方形，在D处有一单色线光源。当光从AB中点E射出时，折射光线的反向延长线过AD中点F，不考虑二次反射和折射。求：
①该材料对该光的折射率；
②当光的入射点由A点旋转到C点过程中，AB边有光射出的区域的长度。
考点三、全反射
1．光疏介质和光密介质
(1)光疏介质：折射率较 (填“大”或“小”)的介质．
(2)光密介质：折射率较 (填“大”或“小”)的介质．
(3)光疏介质与光密介质是 (填“相对”或“绝对”)的．
2．全反射现象
(1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射．若入射角增大到某一角度， 光线完全消失，只剩下 光线的现象．
(2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角．用字母C表示，光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sin C＝.
(3)全反射发生的条件
①光从 介质射入 介质．
②入射角 临界角．
考点四、全反射棱镜和光导纤维
1．形状：截面为 三角形的棱镜．
2．全反射棱镜的特点：当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生 ，与平面镜相比，它的反射率很高．
光导纤维
1．原理：利用了光的
2．构造：由内芯和外套两层组成．内芯的折射率比外套的 ，光传播时在内芯与外套的界面上发生
3．光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等．
4．光纤通信的优点是传输容量 、衰减 、抗干扰性及保密性强等．
（2022秋 牡丹区校级期末）射水鱼通过喷射水柱，能精准地将停留在植物枝叶上的昆虫击落，并大快朵颐。则（ ）
A．喷射出的水柱沿直线运动击落昆虫
B．鱼看到昆虫的位置比实际位置略低
C．由于全反射，鱼看昆虫存在视觉盲区
D．昆虫看到鱼的位置比实际位置略高
（2022秋 鄄城县校级期末）光导纤维是光纤通讯中信号传播的载体，其内芯和涂层的材料不同。如图所示，一束单色光沿一定角度从一端射入内芯，会在内芯沿着锯齿形路线传播。下列说法正确的是（ ）
A．涂层的折射率比内芯的折射率大
B．光在内芯与涂层的界面上发生全反射
C．光的频率越大，其在内芯中传播的速度越大
D．仅增大光的频率，光束可能会从内芯进入涂层
（2023 合川区模拟）一束单色光从真空斜射向某种介质的表面，光路如图所示。下列说法中正确的是（ ）
A．此介质的折射率等于1.5
B．此介质的折射率等于
C．入射角小于45°时可能发生全反射现象
D．入射角大于45°时可能发生全反射现象
（多选）（2022秋 唐山期末）在天宫课堂上，宇航员往水球里注入了气泡，水球里的气泡看起来很亮，则下列说法正确的是（ ）
A．与玻璃球中气泡看起来很亮原因相同
B．光由水射向气泡时会发生全反射
C．光由气泡射向水时会发生全反射
D．光射入气泡发生衍射形成“亮斑”
（多选）（2023春 市北区校级月考）半径为R的均质透明半圆柱体的横截面示意图如图所示。一绿色细光束平行于直径AC从P点射向半圆柱体，进入半圆柱体后，经PC面反射，到达AC面。P点到直径AC的距离为，透明半圆柱体对绿光的折射率为，仅考虑第一次到达AC面的光线。则下列说法正确的是（ ）
A．绿光束在AC面上一定发生全反射
B．绿光束在AC面上一定不会发生全反射
C．若入射光束为红色光束，则到达AC面的光一定不会发生全反射
D．若入射光束为红色光束，则到达AC面的光一定发生全反射
一、全反射棱镜改变光路的几种情况
入射方式 项目 方式一 方式二 方式三
光路图
入射面 AB AC AB
全反射面 AC AB、BC AC
光线方向改变角度 90° 180° 0°(发生侧移)
二、光导纤维
1．构造及传播原理
(1)构造：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有几微米到一百微米，如图5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．
图5
(2)传播原理：光由一端进入，在两层的界面上经过多次全反射，从另一端射出，光导纤维可以远距离传播光信号，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像．
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，进入光导纤维的光线传到侧面恰好发生全反射，则有：sin C＝，n＝，C＋θ2＝90°，由以上各式可得：sin θ1＝.
由图6可知：当θ1增大时，θ2增大，由光导纤维射向空气的光线的入射角θ减小，当θ1＝90°时，若θ＝C，则所有进入光导纤维中的光线都能发生全反射，即解得n＝.
图6
以上是光从光导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，因此折射率要比大些．
【巩固练习】
（2023 江苏）地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是（ ）
A． B．
C． D．
（2023 湖北模拟）彩虹的形成可以简化为如图所示的模型。球O是空中的球形雨滴，太阳光（复色光）从M点射入，在雨滴内经反射和折射后射出并进入地面上人的眼中，因光的折射率不同，从而形成了彩虹，其中光线a和光线b是彩虹最外侧的两束光线。下列说法正确的是（ ）
A．光线a为红光，光线b为紫光
B．两种光在P点和Q点可以发生全反射
C．人看到空中的彩虹红光在顶端，紫光在底端
D．光线a在雨滴中传播的速度大于光线b在雨滴中传播的速度
（多选）（2023 湖南）一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，设激光光束与水面的夹角为α，如图所示。他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，下列说法正确的是（ ）
A．水的折射率为
B．水的折射率为
C．当他以α＝60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°
D．当他以α＝60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60°
（2022 海淀区校级三模）如图所示，让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，在玻璃与空气的分界面处会发生反射和折射。逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化。关于该实验的现象，下列说法正确的是（ ）
A．反射光线和折射光线都沿顺时针方向转动
B．反射光线和折射光线转过的角度相同
C．在发生全反射之前，反射光越来越强
D．最终反射光完全消失
（2022春 香洲区校级期中）一个军事设施的观察孔如图所示，其宽度L＝30cm，厚度d＝30cm，为了扩大向外的观察视野，将折射率n的某种玻璃砖完全嵌入观察孔内．计算并说明：嵌入玻璃砖后，视野的最大张角是多少度（ ）
A．60° B．90° C．120° D．180°
（2022春 广州期中）如图，三角形ABC为一玻璃三棱镜的横截面，∠A＝30°，一束红光垂直AB边射入，从AC边上的D点射出。其折射角为60°，则玻璃对红光的折射率为多少（ ）
A． B． C． D．
（多选）（2022秋 唐山期末）2009年，华裔物理学家、香港中文大学前校长高锟因在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”作出了突破性成就，获得了诺贝尔物理学奖，高锟被誉为“光纤之父”和“光纤通信之父”，关于光导纤维，下列说法正确的是（ ）
A．光纤通信是光折射定律的应用
B．光纤通信用到了光的全反射原理
C．频率越高的光在同种光纤中传播的速度越慢
D．在光纤中内芯的折射率比外套的折射率小
（2022春 沈阳期中）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、外两种材料制成，内芯材料的折射率为n1，外层材料的折射率为n2，如图的一束光信号与界面夹角为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
（多选）（2022秋 南山区校级月考）酷热的夏天，在平坦的柏油公路上你会看到在一定距离之外，地面显得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎还能看到远处车、人的倒影，但当你靠近“水面”时，它也随着你的靠近而后退，对此现象正确的解释是（ ）
A．这一现象是由光的折射和光的反射造成的
B．“水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉
C．太阳辐射到地面，使地表温度升高，附近空气折射率变大，发生全反射
D．太阳辐射到地面，使地表温度升高，附近空气折射率变小，发生全反射
（2021 姜堰区模拟）在信息技术迅猛发展的今天，光盘是存储信息的一种重要媒介．光盘上的信息通常是通过激光束来读取的．若红、蓝激光束不是垂直投射到盘面上，则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进的方向。如图所示．下列说法中正确的是（ ）
A．图中光束①是红光，光束②是蓝光
B．在光盘的透明介质层中，光束①比光束②传播速度更快
C．若光束①、②先后通过同一小孔，则①衍射现象更明显
D．若光束①、②从透明介质层以相同逐渐增大的入射角射向空气中，则①先发生全反射
（2022春 常州期末）取一个半径为r＝3cm的软木塞，在圆心处插上一枚大头针，让软木塞浮在液面上，如图，调整大头针插入软木塞的深度，使它露在外面的长度为，这时从液面上方的各个方向向液体中看，恰好看不到大头针，已知真空中的光速为c＝3×108m/s，求
（1）液体的折射率n；
（2）光在液体中的传播速度v。
（2022 凤阳县校级三模）如图所示，MN是一条通过透明球体球心的直线，在真空中波长为λ0＝600nm的单色细光束AB平行于MN射向球体，B为入射点，若出射光线CD与MN所成的夹角α＝30°，出射点C与O的连线与ON的夹角为15°。求：
（1）透明体的折射率n；
（2）此单色光在透明球体中的波长λ（结果保留3位有效数字）。
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4.1-4.2光的折射和全反射
考点一、折射定律 1
考点二、折射率 1
考点三、全反射 4
考点四、全反射棱镜和光导纤维 5
【巩固练习】 10
考点一、折射定律
1．光的反射
(1)反射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质的现象．
(2)反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角．
2．光的折射
(1)折射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光会进入第2种介质的现象．
(2)折射定律
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，即＝n12(式中n12是比例常数)．
(3)在光的折射现象中，光路是可逆的．
考点二、折射率
1．定义
光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，即n＝.
2．折射率与光速的关系
某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝.
3．理解
由于c＞v，故任何介质的折射率n都大于(填“大于”“小于”或“等于”)1.
（2023春 武汉期中）下列说法正确的是（ ）
A．单色光在介质中传播时，介质的折射率越大，光的传播速度越大
B．观察者靠近声波声源的过程中，接收到声波的频率小于波源的频率
C．海市蜃楼产生的原因是海面上方上层空气的折射率比下层空气的折射率大
D．水中的潜水员斜向上看岸边的物体时，看到的物体的像比物体所处的实际位置高
【解答】解：A、根据n，得v，可知单色光在介质中传播时，介质的折射率越大，光的传播速度越小，故A错误；
B.根据多普勒效应规律知，若声波波源向观察者靠近，则观察者接收到的声波频率大于波源频率，故B错误；
C.海市屋楼产生的原因是由于海面上上层空气的折射率比下层空气折射率小，导致光线发生全反射所致，故C错误；
D.光进入水中后靠近法线，射入潜水员眼睛，而潜水员认为光始终沿直线传播，逆着光的方向看上去而形成的虚像，所以实际位置高，故D正确。
故选：D。
（2022秋 萍乡期末）如图所示，容器底部有一探照灯S发出一细光束投射到光屏MN上，在B点形成一个光斑，当向容器中注水时，光斑B将移向（ ）
A．B的上方 B．B的下方 C．B的左边 D．B的右边
【解答】解：在入射点O做出法线，因为光从水斜射入空气中，所以折射角大于入射角，折射光线应远离法线，所以注水后光斑应向下方移动，如图所示：
故B正确，ACD错误；
故选：B。
（2022春 汤原县校级月考）一束光由空气射入某介质，当入射光线和界面的夹角为30°时，折射光线恰好与反射光线垂直，则光在该介质中的传播速度是（ ）
A． B． C．c D．c
【解答】解：由题意，入射角为：i＝60°，
又因为反射角等于入射角，所以反射角为i′＝60°，
因为反射光线与折射光线的夹角等于90°，
所以反射角与折射角之和等于90°，
故折射角为：r＝180°﹣90°﹣60°＝30°。
则得折射率n
光在该介质中的传播速度v，故ABC错误D正确。
故选：D。
（2022 浙江模拟）大气中空气层的密度是随着高度的增加而减小的．从大气外射来一束阳光，如图所示的四个图中，能粗略表示这束阳光射到地面的路径的是（ ）
A． B．
C． D．
【解答】解：由题意知，高度下降，空气对光的折射率变大，所以当光从大气外射来时，入射角大于折射角，故B正确，ACD错误。
故选：B。
（2022 重庆模拟）图所示，阴影部分ABC为一均匀透明材料做成的柱形光学元件的横截面，是一半径为R的圆弧，D为圆弧的圆心，ABCD构成正方形，在D处有一单色线光源。当光从AB中点E射出时，折射光线的反向延长线过AD中点F，不考虑二次反射和折射。求：
①该材料对该光的折射率；
②当光的入射点由A点旋转到C点过程中，AB边有光射出的区域的长度。
【解答】解：①由几何关系易得折射角α＝45°
入射角满足：
该材料对该光的折射率为：
②该材料的全反射临界角满足：
得：
设光线在AB边上恰好发生全反射时的位置离A点距离为x，则：
得AB边有光射出的区域的长度：
答：①该材料对该光的折射率为；
②当光的入射点由A点旋转到C点过程中，AB边有光射出的区域的长度为。
考点三、全反射
1．光疏介质和光密介质
(1)光疏介质：折射率较小(填“大”或“小”)的介质．
(2)光密介质：折射率较大(填“大”或“小”)的介质．
(3)光疏介质与光密介质是相对(填“相对”或“绝对”)的．
2．全反射现象
(1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射．若入射角增大到某一角度，折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象．
(2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角．用字母C表示，光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sin C＝.
(3)全反射发生的条件
①光从光密介质射入光疏介质．
②入射角等于或大于临界角．
考点四、全反射棱镜和光导纤维
1．形状：截面为等腰直角三角形的棱镜．
2．全反射棱镜的特点：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．
光导纤维
1．原理：利用了光的全反射．
2．构造：由内芯和外套两层组成．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．
3．光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等．
4．光纤通信的优点是传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强等．
（2022秋 牡丹区校级期末）射水鱼通过喷射水柱，能精准地将停留在植物枝叶上的昆虫击落，并大快朵颐。则（ ）
A．喷射出的水柱沿直线运动击落昆虫
B．鱼看到昆虫的位置比实际位置略低
C．由于全反射，鱼看昆虫存在视觉盲区
D．昆虫看到鱼的位置比实际位置略高
【解答】解：A．射水鱼喷出的水所受重力方向与速度方向不在同一直线上，将做曲线运动，故A错误；
B．射水鱼看到水面上的昆虫是昆虫反射的光线射入水中时发生折射，而由于光从空气斜射向水中时，折射角小于入射角，射水鱼逆着折射光线沿直线方向看过去，会看到变高的昆虫的虚像，故B错误；
C．全反射是由光密介质射向光疏介质，由于昆虫反射的光线不可能在交界面上发生全反射，因此鱼可以看到液面以上的所有物体，不存在视觉盲区，故C错误；
D．昆虫看到水里的鱼是鱼反射的光线射出水面时发生折射，而由于光从水中斜射向空气时，折射角大于入射角，折射光线远离法线，昆虫逆着折射光线看过去会看到位置变高的鱼的虚像，故D正确。
故选：D。
（2022秋 鄄城县校级期末）光导纤维是光纤通讯中信号传播的载体，其内芯和涂层的材料不同。如图所示，一束单色光沿一定角度从一端射入内芯，会在内芯沿着锯齿形路线传播。下列说法正确的是（ ）
A．涂层的折射率比内芯的折射率大
B．光在内芯与涂层的界面上发生全反射
C．光的频率越大，其在内芯中传播的速度越大
D．仅增大光的频率，光束可能会从内芯进入涂层
【解答】解：A．发生全反射的条件是从光密介质射向光疏介质，所以涂层的折射率比内芯的折射率小，故A错误；
B．涂层的折射率比内芯的折射率小，光在内芯与涂层的界面上发生全反射，所有的光都反射回内芯，故B正确；
C．光的频率越大，光在介质中的折射率越大；光在内芯中的传播速度，可知光的频率越大，其在内芯中传播的速度越小，故C错误；
D．发生全反射的条件是从光密介质射向光疏介质，且入射角大于临界角；仅增大光的频率，光的折射率会变大，根据临界角公式可知，临界角会变小，光束更不可能从内芯进入涂层，故D错误。
故选：B。
（2023 合川区模拟）一束单色光从真空斜射向某种介质的表面，光路如图所示。下列说法中正确的是（ ）
A．此介质的折射率等于1.5
B．此介质的折射率等于
C．入射角小于45°时可能发生全反射现象
D．入射角大于45°时可能发生全反射现象
【解答】解：AB、已知入射角i＝45°，折射角r＝30°，则此介质的折射率为：n，故A错误，B正确；
CD、光从真空斜射向某种介质的表面，是从光疏介质射向光密介质，不可能发生全反射，故CD错误；
故选：B。
（多选）（2022秋 唐山期末）在天宫课堂上，宇航员往水球里注入了气泡，水球里的气泡看起来很亮，则下列说法正确的是（ ）
A．与玻璃球中气泡看起来很亮原因相同
B．光由水射向气泡时会发生全反射
C．光由气泡射向水时会发生全反射
D．光射入气泡发生衍射形成“亮斑”
【解答】解：A．当实验舱中的光线进入水中后，从光密介质（较高折射率的介质）水中又进入到光疏介质（较低折射率的介质）气泡中时，水球中某些区域的光线在交界面的入射角都超过发生全反射的临界角，故而发生全反射，使得水球里的气泡看起来很亮，同理，玻璃球中气泡看起来很亮原因相同也是因为发生了全反射，故A正确；
BC．光从光密介质射向光疏介质时，当入射角超过某一角度（临界角）时，折射光完全消失，只剩下反射光线的现象叫做全反射，水的折射率大于空气的折射率，所以光由水（光密介质）射向气泡（光疏介质）时，只要入射角超过临界角，就会发生全反射，而光由气泡（光疏介质）时射向水（光密介质）时不会发生全反射，故B正确，C错误；
D．根据以上的分析可知本实验中没有发生明显衍射现象，出现的水球里的气泡看起来很亮主要是发生全反射，故D错误。
故选：AB。
（多选）（2023春 市北区校级月考）半径为R的均质透明半圆柱体的横截面示意图如图所示。一绿色细光束平行于直径AC从P点射向半圆柱体，进入半圆柱体后，经PC面反射，到达AC面。P点到直径AC的距离为，透明半圆柱体对绿光的折射率为，仅考虑第一次到达AC面的光线。则下列说法正确的是（ ）
A．绿光束在AC面上一定发生全反射
B．绿光束在AC面上一定不会发生全反射
C．若入射光束为红色光束，则到达AC面的光一定不会发生全反射
D．若入射光束为红色光束，则到达AC面的光一定发生全反射
【解答】解：AB、依题意作出光路图
设光照射到P点的入射角为θ，折射角为α，根据几何关系，解得θ＝45°；
根据，解得α＝30°，则有β＝180°﹣θ﹣（180°﹣2α）＝15°
则有∠BDC＝β+α＝45°，即绿光在AC面上的入射角恰好等于45°，绿光的临界角
解得C＝45°，可知，绿光束在AC面上一定发生全反射，故A正确，B错误；
CD、若入射光束为红色光束，根据电磁波谱可知，红光在半圆柱体中的折射率小于绿光，根据，可知，红光在AC界面上的入射角小于绿光在AC界面上的入射角45°，而红光发生全反射的临界角大于绿光的临界角，即红光在AC界面上的入射角小于其临界角，结合上述可知，若入射光束为红色光束，则到达AC面的光一定不会发生全反射，故C正确，D错误。
故选：AC。
一、全反射棱镜改变光路的几种情况
入射方式 项目 方式一 方式二 方式三
光路图
入射面 AB AC AB
全反射面 AC AB、BC AC
光线方向改变角度 90° 180° 0°(发生侧移)
二、光导纤维
1．构造及传播原理
(1)构造：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有几微米到一百微米，如图5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．
图5
(2)传播原理：光由一端进入，在两层的界面上经过多次全反射，从另一端射出，光导纤维可以远距离传播光信号，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像．
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，进入光导纤维的光线传到侧面恰好发生全反射，则有：sin C＝，n＝，C＋θ2＝90°，由以上各式可得：sin θ1＝.
由图6可知：当θ1增大时，θ2增大，由光导纤维射向空气的光线的入射角θ减小，当θ1＝90°时，若θ＝C，则所有进入光导纤维中的光线都能发生全反射，即解得n＝.
图6
以上是光从光导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，因此折射率要比大些．
【巩固练习】
（2023 江苏）地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是（ ）
A． B．
C． D．
【解答】解：因为地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，则太阳光斜射向地面的过程，总是由折射率较小的空气射向折射率较大的空气，即由光疏介质斜射入光密介质，光线始终会向靠近法线的方向偏折，法线为竖直方向上，故光线始终会向竖直方向偏折，故A正确，BCD错误；
故选：A。
（2023 湖北模拟）彩虹的形成可以简化为如图所示的模型。球O是空中的球形雨滴，太阳光（复色光）从M点射入，在雨滴内经反射和折射后射出并进入地面上人的眼中，因光的折射率不同，从而形成了彩虹，其中光线a和光线b是彩虹最外侧的两束光线。下列说法正确的是（ ）
A．光线a为红光，光线b为紫光
B．两种光在P点和Q点可以发生全反射
C．人看到空中的彩虹红光在顶端，紫光在底端
D．光线a在雨滴中传播的速度大于光线b在雨滴中传播的速度
【解答】解：A．由图，光线a、b入射角相同，a的折射角小，根据折射定律可知a的折射率大，所以a为紫光，b为红光，故A错误；
B．由题图可知，光线由空气射入雨滴的折射角等于雨滴背面的入射角，所以两种光在P点和Q点不能发生全反射，故B错误；
C．如图人观察彩虹时，红光在上、紫光在下，故C正确；
D．根据，光线a在雨滴中传播的速度小于光线b在雨滴中传播的速度，故D错误。
故选：C。
（多选）（2023 湖南）一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，设激光光束与水面的夹角为α，如图所示。他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，下列说法正确的是（ ）
A．水的折射率为
B．水的折射率为
C．当他以α＝60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°
D．当他以α＝60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60°
【解答】解：AB、他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，由此可知当α＝41°时激光恰好能发生全反射，根据全反射的临界公式可得：
解得：n，故B正确，A错误；
CD、当他以α＝60°向水面发射激光时，根据几何关系可知，此时的入射角i为30°，根据折射定律可得：
由此可知，折射角r大于30°，因此岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°，故C正确，D错误；
故选：BC。
（2022 海淀区校级三模）如图所示，让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，在玻璃与空气的分界面处会发生反射和折射。逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化。关于该实验的现象，下列说法正确的是（ ）
A．反射光线和折射光线都沿顺时针方向转动
B．反射光线和折射光线转过的角度相同
C．在发生全反射之前，反射光越来越强
D．最终反射光完全消失
【解答】解：A、逐渐增大入射角，反射角增大，反射光线沿逆时针转动。由折射定律可知折射角逐渐增大，折射光线沿顺时针转动，故A错误；
B、反射角等于入射角，而折射角大于入射角，所以折射角大于入射角。假设开始时入射为0°，则反射角和折射角都是0°，当入射角逐渐增大至i时，反射角增大i，反射光线转过i，而折射光线转过的角度大于i，所以入射光线和折射光线转过的角度不同，故B错误；
CD、在还未完全反射过程中，反射光越来越强，折射光越来越弱，最终发生全反射，折射光消失，反射光不消失，故C正确，D错误；
故选：C。
（2022春 香洲区校级期中）一个军事设施的观察孔如图所示，其宽度L＝30cm，厚度d＝30cm，为了扩大向外的观察视野，将折射率n的某种玻璃砖完全嵌入观察孔内．计算并说明：嵌入玻璃砖后，视野的最大张角是多少度（ ）
A．60° B．90° C．120° D．180°
【解答】解：通过观察孔向外看，想得到尽可能大的观察范围，应从观察孔的最边缘向外探视，临界情况是入射光从玻璃砖的右侧入射，其折射光恰好从玻璃砖的左侧射出，如下图示
由几何关系可得：
代入数据可得：
r＝300
根据折射定律可得：
n
代入数据可得：
i＝600
根据对称性嵌入玻璃砖后，视野的最大张角为
2i＝1200
故ABD错误；C正确。
故选：C。
（2022春 广州期中）如图，三角形ABC为一玻璃三棱镜的横截面，∠A＝30°，一束红光垂直AB边射入，从AC边上的D点射出。其折射角为60°，则玻璃对红光的折射率为多少（ ）
A． B． C． D．
【解答】解：光从AB边垂直入射时不发生折射，所以红光到达AC面的入射角为i＝30°，折射角为r＝60°，则玻璃对红光的折射率为，故A正确，BCD错误。
故选：A。
（多选）（2022秋 唐山期末）2009年，华裔物理学家、香港中文大学前校长高锟因在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”作出了突破性成就，获得了诺贝尔物理学奖，高锟被誉为“光纤之父”和“光纤通信之父”，关于光导纤维，下列说法正确的是（ ）
A．光纤通信是光折射定律的应用
B．光纤通信用到了光的全反射原理
C．频率越高的光在同种光纤中传播的速度越慢
D．在光纤中内芯的折射率比外套的折射率小
【解答】解：AB．光纤通信用到了光的全反射原理，故A错误，B正确；
C．频率在介质中不变，设λ0为真空中的波长，则有c＝λ0f
介质中有：v＝λf
折射率，λ0保持不变，波长λ越小，频率f越大，此时折射率越大，据可知传播的速度越慢，故C正确；
D．光从内芯射向外套，据发生全反射的条件可知，在光纤中内芯的折射率比外套的折射率大，故D错误。
故选：BC。
（2022春 沈阳期中）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、外两种材料制成，内芯材料的折射率为n1，外层材料的折射率为n2，如图的一束光信号与界面夹角为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
【解答】解：光在内芯和外层的界面上发生全反射，则内芯的折射率n1大于外层的折射率n2，由于入射角要大于等于临界角，所以α应小于某一值。故C正确，ABD错误。
故选：C。
（多选）（2022秋 南山区校级月考）酷热的夏天，在平坦的柏油公路上你会看到在一定距离之外，地面显得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎还能看到远处车、人的倒影，但当你靠近“水面”时，它也随着你的靠近而后退，对此现象正确的解释是（ ）
A．这一现象是由光的折射和光的反射造成的
B．“水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉
C．太阳辐射到地面，使地表温度升高，附近空气折射率变大，发生全反射
D．太阳辐射到地面，使地表温度升高，附近空气折射率变小，发生全反射
【解答】解：酷热的夏天地面溫度高，地表附近空气的密度小。空气的折射率下小上大。路面反光，与人无关，太阳光斜向下由光密介质射入光疏介质时发生多次折射使入射角逐渐变大，达到临界角时发生全反射。
故选：AD。
（2021 姜堰区模拟）在信息技术迅猛发展的今天，光盘是存储信息的一种重要媒介．光盘上的信息通常是通过激光束来读取的．若红、蓝激光束不是垂直投射到盘面上，则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进的方向。如图所示．下列说法中正确的是（ ）
A．图中光束①是红光，光束②是蓝光
B．在光盘的透明介质层中，光束①比光束②传播速度更快
C．若光束①、②先后通过同一小孔，则①衍射现象更明显
D．若光束①、②从透明介质层以相同逐渐增大的入射角射向空气中，则①先发生全反射
【解答】解：A、①光的偏折程度较大，则折射率较大，蓝光的折射率大于红光的折射率，所以①光是蓝光，②是红光，故A错误；
B、根据v知，蓝光的折射率大，在介质中的速度小，则光束①比②传播速度更慢，故B错误；
C、蓝光的折射率大，频率大，知蓝光的波长小，因波长越长，衍射现象越明显，因此光束②比①更容易发生明显衍射现象，故C错误；
D、蓝光的折射率大于红光的折射率，根据发生全反射的条件可知，若光束①、②从透明介质层以相同逐渐增大的入射角射向空气中，则蓝色光①先发生全反射，故D正确。
故选：D。
（2022春 常州期末）取一个半径为r＝3cm的软木塞，在圆心处插上一枚大头针，让软木塞浮在液面上，如图，调整大头针插入软木塞的深度，使它露在外面的长度为，这时从液面上方的各个方向向液体中看，恰好看不到大头针，已知真空中的光速为c＝3×108m/s，求
（1）液体的折射率n；
（2）光在液体中的传播速度v。
【解答】解：（1）由题意可知，大头针在液体中发生全反射时的光路图如图所示
则有
根据
解得
（2）根据可得光在液体中的传播速度
答：（1）液体的折射率n为；
（2）光在液体中的传播速度v为2.25×108m/s。
（2022 凤阳县校级三模）如图所示，MN是一条通过透明球体球心的直线，在真空中波长为λ0＝600nm的单色细光束AB平行于MN射向球体，B为入射点，若出射光线CD与MN所成的夹角α＝30°，出射点C与O的连线与ON的夹角为15°。求：
（1）透明体的折射率n；
（2）此单色光在透明球体中的波长λ（结果保留3位有效数字）。
【解答】解：（1）连接OB、BC，在B点光线的入射角、折射角分别设为i、γ，如图所示
由折射定律可知在B点有
在C点有
又因为∠BCO＝γ
所以i＝45°
又因为∠BOC＝180°﹣i﹣∠COP＝120°
故γ＝30°
因此，透明体的折射率
（2）由
代入数据解得：λ＝424nm
答：（1）透明体的折射率n为；
（2）此单色光在透明球体中的波长λ为424nm。
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