第97讲光的全反射及其应用
1．（2022?辽宁）完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮。2021年12月，在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球。如图所示，若气泡与水球同心，在过球心O的平面内，用单色平行光照射这一水球。下列说法正确的是（）
A．此单色光从空气进入水球，频率一定变大
B．此单色光从空气进入水球，频率一定变小
C．若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射
D．若光线2在N处发生全反射，光线1在M处一定发生全反射
【解答】解：AB、光的频率是由光源决定的，与介质无关，频率不变，故AB错误。
CD、可看出光线1入射到水球的入射角小于光线2入射到水球的入射角，则光线1在水球外表面折射后的折射角小于光线2在水球外表面折射后的折射角，设水球半径为R、气泡半径为r、光线经过水球后的折射角为α、光线进入气泡的入射角为θ，根据几何关系有：sin(π?θ)R=sinαr，可得出光线2的
故选：C。
2．（2022?山东）柱状光学器件横截面如图所示，OP右侧是以O为圆心，半径为R的14
A．仅有a光 B．仅有b光
C．a、b光都可以 D．a、b光都不可以
【解答】解：当两种频率的细激光束从A点垂直于AB面入射时，激光沿直线传播到OO点，经第一次反射沿半径方向直线传播出去，光路如图1。
保持光的入射方向不变，入射A点从A向B点B移动过程中，如下图可知，激光沿直线传播到CMCO面经反射向PPM面传播，根据图像可知，入射点从AA向B移动的过程中，光线传播到PM面的入射角逐渐增大，如图2。
当入射点为B点时，根据光的反射定律及几何关系可知，光线传播到PM面的PP点，此时光线在PPM面上的入射角最大，设为α，由几何关系得α＝45°
根据全反射临界角公式得
sinCa=
sinCb=
两种频率的细激光束的全反射的临界角关系为Ca＜45°＜Cb
故在入射光从A向B移动过程中，a光能在PM面全反射后，从OM面射出；b光不能在PM面发生全反射，故仅有a光。A正确，BCD错误。
故选：A。
一.知识回顾
1．全反射
(1)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。
(2)现象：折射光完全消失，只剩下反射光。
(3)临界角：折射角等于90°时的入射角，用C表示，sinC＝eq\f(1,n)。
(4)应用：①光导纤维；②全反射棱镜。
2．全反射的理解
(1)如果光从光疏介质进入光密介质，则无论入射角多大，都不会发生全反射现象。
(2)光的全反射遵循光的反射定律，光路是可逆的。
(3)当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射。当折射角等于90°时，实际上已经没有折射光了。
(4)从能量角度理解全反射现象：当光由光密介质射向光疏介质时，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，当入射角等于临界角时，折射光的能量减弱为零，这时就发生了全反射。
3．全反射的有关现象
海水浪花呈白色、玻璃或水中的气泡看起来特别亮、沙漠蜃景、海市蜃楼、钻石的光彩夺目、水下的灯不能照亮整个水面等。
4．全反射的应用
(1)全反射棱镜：用来改变光的方向。
(2)光导纤维(简称光纤)
①结构：是一种透明的玻璃纤维丝，直径在几微米到一百微米之间，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率大于外套的折射率，即内芯是光密介质，外套是光疏介质。
②原理：光在光纤的内芯中传播，每次射到内芯和外套的界面上时，入射角都大于临界角，从而发生全反射。
二.例题精析
题型一：全反射条件
（多选）例1．如图所示，一束由两种色光混合的复色光沿PO方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面镜的上表面，得到三束光线I、Ⅱ、Ⅲ，若平面镜的上下表面足够宽，不考虑光线由玻璃砖内射向上表面时的反射，下列说法正确的是（）
A．光束I仍为复色光，光束Ⅱ、Ⅲ为单色光
B．玻璃对光束Ⅱ的折射率小于对光束Ⅲ的折射率，当角α减小为某一值时，光束Ⅱ先消失了，光束Ⅲ还存在
C．改变α角，光线I、Ⅱ、Ⅲ仍保持平行
D．通过相同的双缝干涉装置，光束Ⅱ产生的条纹宽度要大于光束Ⅲ的
E．在玻璃中，光束Ⅱ的速度要小于光束Ⅲ的速度
【解答】解：A、所有色光都能反射，由反射定律知，它们的反射角相同，可知光束I是复色光。而光束Ⅱ、Ⅲ是由于两种色光折射率的不同导致偏折分离，所以光束Ⅱ、Ⅲ为单色光，故A正确；
B、由图知：光束进入玻璃砖时，光束Ⅱ的偏折程度大于光束Ⅲ，可知玻璃对光束Ⅱ的折射率大于对光束Ⅲ的折射率，当角α减小时，折射光线不会消失，则反射光线不会消失，当角α减小为某一值时，光束Ⅱ和光束Ⅲ都存在，故B错误；
C、一束由两种色光混合的复色光沿PO方向射出，经