2019高中物理第十三章第2課時全反射對點練+鞏固練含解析新人教版選修3.docx

第2課時全反射對點訓(xùn)練知識點一對全反射的理解1(多選)已知介質(zhì)對某單色光的臨界角為C，則()A該介質(zhì)對單色光的折射率等于B此單色光在該介質(zhì)中的傳播速度等于csinC(c是光在真空中的傳播速度)C此單色光在該介質(zhì)中的傳播波長是在真空中波長的sinC倍D此單色光在該介質(zhì)中的頻率是在真空中的倍答案ABC解析由臨界角的計算式sinC，得n，A正確；將n代入sinC得sinC，vcsinC，B正確；設(shè)該單色光的頻率為f，在真空中的波長為0，在介質(zhì)中的波長為，由波長、頻率、光速的關(guān)系得c0f，vf，故sinC，0sinC，C正確；該單色光由真空傳入介質(zhì)時，頻率不發(fā)生變化，D錯誤。2很多公園的水池底都裝有彩燈，若已知n藍(lán)n紅，當(dāng)一細(xì)束由紅、藍(lán)兩色光組成的燈光從水中斜射向空氣時，關(guān)于光在水面可能發(fā)生的反射和折射現(xiàn)象，下列光路圖正確的是()答案C解析紅光、藍(lán)光都要發(fā)生反射，紅光的折射率較小，藍(lán)光的折射率較大，所以藍(lán)光發(fā)生全反射的臨界角較紅光小，藍(lán)光發(fā)生全反射時，紅光不一定發(fā)生，故只有C正確。3酷熱的夏天，在平坦的柏油公路上你會看到在一定距離之外，地面顯得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎還能看到遠(yuǎn)處車、人的倒影。但當(dāng)你靠近“水面”時，它也隨你靠近而后退。對此現(xiàn)象正確的解釋是()A出現(xiàn)的是“海市蜃樓”，是由于光的折射造成的B“水面”不存在，是由于酷熱難耐，人產(chǎn)生的幻覺C太陽輻射到地面，使地表溫度升高，折射率變大，發(fā)生全反射D太陽輻射到地面，使地表溫度升高，折射率變小，發(fā)生全反射答案D解析酷熱的夏天地面溫度高，地表附近空氣的密度小，空氣的折射率下小上大，遠(yuǎn)處車、人反射的太陽光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)發(fā)生全反射，故D正確。4(多選)關(guān)于全反射及其應(yīng)用的認(rèn)識，下列說法正確的是()A發(fā)生全反射時，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認(rèn)為不存在折射光線而只有反射光線B光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，一定會發(fā)生全反射C光線從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時，不可能發(fā)生全反射D全反射是折射光的能量變?yōu)榱?，入射光的能量全部被反射回原介質(zhì)的現(xiàn)象E全反射是反射光線與折射光線重合的一種現(xiàn)象F光纖通信是利用了光的折射原理答案CD解析光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，當(dāng)入射角增大到臨界角時，折射光線全部消失，只剩下反射光線全部被反射回原介質(zhì)，故C、D正確，A、B、E錯誤；光纖通信是利用光的全反射原理，F(xiàn)錯誤。知識點二全反射現(xiàn)象的應(yīng)用5光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)如圖所示，其內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播。以下關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法正確的是()A內(nèi)芯的折射率比外套大，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面發(fā)生全反射B內(nèi)芯的折射率比外套小，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面發(fā)生全反射C內(nèi)芯的折射率比外套小，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面發(fā)生折射D內(nèi)芯的折射率與外套相同，外套的材料有韌性，可以起保護作用答案A解析由全反射原理可知A正確。6為了表演“隱形的大頭針”節(jié)目，某同學(xué)在半徑為r的圓形薄軟木片中心垂直插入一枚大頭針，并將其放入盛有水的碗中，如圖所示。已知水的折射率為，為了保證表演成功(在水面上看不到大頭針)，大頭針末端離水面的最大距離h為()Ar BrCr Dr答案A解析只要從大頭針末端發(fā)出的光線射到圓形薄軟木片邊緣界面處能夠發(fā)生全反射，從水面上就看不到大頭針，如圖所示，根據(jù)圖中幾何關(guān)系有sinC，所以hr，A正確。7如圖所示，ABC是一個用折射率n的透明介質(zhì)做成的棱鏡，其截面為等腰直角三角形，現(xiàn)有一束光從圖示位置垂直入射到棱鏡的AB面上，則該光束()A能從AB面射出B能從BC面射出C進入棱鏡后速度不變D進入棱鏡后波長變長答案B解析設(shè)棱鏡的臨界角為C，則sinC，得CC，故發(fā)生了全反射，反射角ri45，所以光束垂直于BC面射出，不能從AB面射出，光路圖如圖所示，故A錯誤，B正確。光束進入棱鏡后速度變小，頻率不變，由vf知波長變短，故C、D錯誤。8如圖所示，一個三棱鏡的截面為等腰直角ABC，A為直角。此截面所在平面內(nèi)的光線沿平行于BC邊的方向射到AB邊，進入棱鏡后直接射到AC邊上，并剛好能發(fā)生全反射。該棱鏡材料的折射率為()A BCD答案A解析如圖所示的光路圖。nn聯(lián)立得：n，故A正確。9如圖所示，厚度為15 cm，下表面鍍銀的平行玻璃磚，放在水平面上，右側(cè)豎直放置一光屏。一束光線與玻璃磚的上表面成30角入射經(jīng)玻璃磚上表面和下表面一次反射后，光屏上形成兩個相距10 cm的光斑。(真空光速c3108 m/s)求：(1)玻璃磚的折射率；(2)光線從O點開始計時，傳到光屏上兩束光線的時間差t。答案(1)173(2)133109 s解析(1)光路如圖所示，入射角60線ABDO2且相等，DO210 cm由tan得OO210 cm則OC5 cm所以tanr，r30折射率n173。(2)由n得v108 m/s，由OO1O2為等邊三角形，光在玻璃的傳播時間t12109 s，光在空氣中從O點傳D點的時間t2109 s，光線從O點開始計時，傳到光屏上兩束光線的時間差tt1t2133109 s。知識點三全反射的定量計算10一半徑為R的半圓形玻璃磚橫截面如圖所示，O為圓心，一束平行光線照射到玻璃磚MO面上，中心光線a沿半徑方向射入玻璃磚后，恰在O點發(fā)生全反射，已知aOM45。求：(1)玻璃磚的折射率n；(2)玻璃磚底面MN出射光束的寬度是多少？(不考慮玻璃磚MON面的反射)答案(1)(2)R解析(1)由n得n。(2)分析可知：進入玻璃磚入射到MO的光線均發(fā)生全反射，從O點入射的光的路徑如圖所示。由n得30，可知30、45，ODRtan30R，出射光束的寬度dODsin45R。11如圖所示，一束平行光以45的入射角照射到半徑為R的半圓柱形玻璃磚的上表面上，已知玻璃磚對平行光的折射率為。(1)圓柱面上光線能夠射出的區(qū)域所對的圓心角是多少？(2)能從圓柱面射出的光線中，在玻璃磚中傳播時間最長為多少？(光在真空中的速度為c)答案(1)90(2)解析(1)如圖1所示，設(shè)左側(cè)某束光線經(jīng)過半圓柱形玻璃磚上的表面再照到其圓柱面時剛好發(fā)生全反射，這時光線進入半圓柱形玻璃磚的上表面的入射角為i45，折射角為，全反射臨界角為C，則：n，解得30，sinC，解得C45，由幾何關(guān)系可知75，如圖2所示，設(shè)右側(cè)某束光線經(jīng)過半圓柱形玻璃磚的上表面再照到其圓柱面時剛好發(fā)生全反射，由幾何關(guān)系可知165，所以光線能夠射出圓柱面的區(qū)域所對的圓心角90。(2)據(jù)光在介質(zhì)中傳播公式v，最長的傳播時間的光線會經(jīng)過玻璃磚的最低點，所以傳播位移x，則光在玻璃磚中的最長傳播時間t，由以上各式可解得t。12如圖所示，ABC為一直角三棱鏡的橫截面，BAC30，現(xiàn)有兩條相距為d的平行單色光線垂直于AB面射入三棱鏡，已知棱鏡對單色光的折射率為。(1)若兩條單色光線均能從AC面射出，求兩條單色光線從AC面射出后的距離；(2)兩條單色光線的入射方向怎樣變化才可能使從AB面折射到AC面的光線發(fā)生全反射？答案(1)d(2)見解析解析(1)如圖所示，兩條單色光線在AC面的折射點分別為D、E，由圖中幾何關(guān)系可知，入射角i30，則根據(jù)光的折射定律有n，得r60。在直角三角形DEF中EDF30，所以EFDEd。(2)當(dāng)入射光線繞AB面上的入射點向上轉(zhuǎn)動時，折射光線入射到AC面上的入射角變大，有可能發(fā)生全反射。易錯點發(fā)生全反射的條件13(多選)一束光從空氣中射向折射率為的玻璃表面，如圖所示，1代表入射角，則()A160時會發(fā)生全反射現(xiàn)象B無論入射角1多大，折射角2都不會大于45C折射角2arctan1732時，反射光線跟折射光線恰好垂直D只有當(dāng)光從玻璃射向空氣和玻璃的交界面時才可能發(fā)生全反射易錯分析發(fā)生全反射必須同時滿足兩個條件：一個是光從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)，另一個是入射角大于或等于臨界角。而同學(xué)們在分析此類題時，容易漏掉其中的一個條件而出現(xiàn)錯誤。在本題中若漏掉第一個條件，往往就把A項當(dāng)成正確的了。答案BD解析因該玻璃的折射率為n，所以玻璃發(fā)生全反射的臨界角為C，sinC，C45故無論1多大，2都不會大于45，B正確；若反射光線與折射光線恰好垂直，設(shè)入射角為1，折射角為2，1290，則ncot22arccotarccot1732，故C錯誤；根據(jù)全反射發(fā)生的條件，只有光從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角大于或等于臨界角時，才有可能發(fā)生全反射，故A錯誤，D正確。提升訓(xùn)練一、選擇題1如圖所示是自行車尾燈的橫截面，這種尾燈并沒有燈泡，但夜間行駛時后面的車輛燈光照到尾燈上時，尾燈變得十分明亮，引人注意，其原理是()A光的干涉B光的折射C光的全反射D光的直線傳播答案C解析尾燈構(gòu)造與全反射棱鏡類似，故C正確。2一單色光，在空氣中的波長為0，在玻璃中的波長為，波速為v，玻璃對這種色光的折射率為n。此光從玻璃射向空氣發(fā)生全反射的臨界角為A，則()AsinAnBsinACsinADsinA答案D解析n，sinA。故D正確。3(多選)如圖所示，兩束不同的單色光P和Q，以適當(dāng)?shù)慕嵌壬湎虬雸A形玻璃磚，其射出光線都是從圓心O點沿OF方向射出，則下面說法正確的是()AP光在玻璃中折射率大BQ光的頻率比P光的頻率大CP光穿過玻璃磚后頻率變大DQ光穿過玻璃磚所需時間長答案BD解析本題疑難之處是色光從玻璃進入空氣時頻率不變。根據(jù)折射定律知Q光相對P光偏折更多，所以Q光在玻璃中的折射率更大，Q光的頻率會更大，由于兩光在玻璃中的路程相等，由v知Q光速率小，穿過玻璃磚的時間長，故B、D正確，A、C錯誤。4(多選)以下說法正確的是()A光導(dǎo)纖維內(nèi)芯的折射率比外套的折射率小B全反射棱鏡的折射率要大于C在光學(xué)儀器中用全反射棱鏡取代平面鏡是因為全反射棱鏡的成本較平面鏡低D水中或玻璃中的氣泡看起來特別明亮是因為光從水或玻璃射向氣泡時，一部分光在界面上發(fā)生了全反射答案BD解析全反射的條件是光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，因此光導(dǎo)纖維內(nèi)芯的折射率要大于外套的折射率，A錯誤；對于全反射棱鏡，光從直角邊垂直射入，射到斜邊；或從斜邊垂直射入，射到直角邊，其入射角均為45，要發(fā)生全反射至少折射率為，B正確；光學(xué)儀器中用全反射棱鏡取代平面鏡的主要原因是它的反射效果好，無重影現(xiàn)象，C錯誤；光線從水或玻璃入射到氣泡時是從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)，有可能發(fā)生全反射，故D正確。5(多選)如圖所示，空氣中有一橫截面為半圓環(huán)的均勻透明柱體，其內(nèi)圓半徑為r，外圓半徑為R，Rr?，F(xiàn)有一束單色光垂直于水平端面A射入透明柱體，只經(jīng)過兩次全反射就垂直于水平端面B射出。設(shè)透明柱體的折射率為n，光在透明柱體內(nèi)傳播的時間為t，若真空中的光速為c，則()An可能為 Bn可能為2Ct可能為Dt可能為答案AB解析根據(jù)題意可畫出光路圖如圖所示，則兩次全反射時的入射角均為45，所以全反射的臨界角C45，折射率n，A、B正確；波在介質(zhì)中的傳播速度v，所以傳播時間t，C、D錯誤。6(多選)如圖所示，直角三棱鏡ABC的一個側(cè)面BC緊貼在平面鏡上，BAC，從點光源S發(fā)出的一細(xì)光束SO射到棱鏡的另一側(cè)面AC上，適當(dāng)調(diào)整入射光SO的方向，當(dāng)SO與AC成角時，其折射光與平面鏡發(fā)生一次反射，從AC面射出后恰好與SO重合，則()A此棱鏡的折射率為B此棱鏡的折射率為C增大角，光線有可能因在AC面上發(fā)生全反射無法射入棱鏡D增大角，無論角多大，光線都能射入棱鏡答案AD解析根據(jù)光路可逆原理知，光線經(jīng)AC面折射后垂直于BC，所以折射角為90，又入射角為90，根據(jù)折射定律得n，A正確，B錯誤；發(fā)生全反射的條件之一是光由光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)，故C錯誤，D正確。7(多選)如圖所示，有一束平行于等邊三棱鏡截面ABC的單色光從空氣射向E點，并偏折到F點。已知入射方向與邊AB的夾角為30，E、F分別為邊AB、BC的中點，則()A該棱鏡的折射率為B光在F點發(fā)生全反射C光從空氣進入棱鏡，波長變小D從F點出射的光束與入射到E點的光束平行答案AC解析由幾何知識可知三角形EBF為等邊三角形，故從E點入射的光線，入射角為60，折射角為30，由折射定律可知n，A正確；光射在F點時，入射角為30，故不發(fā)生全反射，折射角為60，B、D錯誤；光從空氣中進入棱鏡中，光速減小，而光的頻率不變，所以光在棱鏡中的波長變小，C正確。8空氣中兩條光線a和b從方框左側(cè)入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖所示。方框內(nèi)有兩個折射率n15的玻璃全反射棱鏡。下圖給出了兩棱鏡四種放置方式的示意圖，其中能產(chǎn)生圖示效果的是()答案B解析畫出入射光線與出射光線反向延長線的交點則為發(fā)生全反射的位置，畫上全反射棱鏡。可知B正確。二、非選擇題9某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率。開始玻璃磚的位置如圖中實線所示，使大頭針P1、P2與圓心O在同一直線上，該直線垂直于玻璃磚的直徑邊，然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉(zhuǎn)動，同時在玻璃磚的直徑邊一側(cè)觀察P1、P2的像，且P2的像擋住P1的像。如此觀察，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時，上述現(xiàn)象恰好消失。此時只須測量出_，即可計算出玻璃磚的折射率。請用你的測量量表示出折射率n_。答案玻璃磚直徑邊繞O點轉(zhuǎn)過的角度解析玻璃磚轉(zhuǎn)動時，射在其直徑所在平面內(nèi)的光線的入射角增大，當(dāng)增大到等于臨界角時，發(fā)生全反射現(xiàn)象。因sin，可見只要測出臨界角即可求得折射率n，而和玻璃磚直徑繞O點轉(zhuǎn)過的角度相等，因此只要測出玻璃磚直徑邊繞O點轉(zhuǎn)過的角度即可。10有人在河中游泳，頭部露出水面，在某一位置當(dāng)他低頭向水中觀察時，看到河底有一靜止物體跟他眼睛正好在同一豎直線上。這個人再向前游12 m，正好不能看見此物體，求河深。水的折射率為答案106 m解析如圖，