2019高中物理第十三章第2課時(shí)全反射對(duì)點(diǎn)練+鞏固練含解析新人教版選修3.docx

第2課時(shí)全反射對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練知識(shí)點(diǎn)一對(duì)全反射的理解1(多選)已知介質(zhì)對(duì)某單色光的臨界角為C，則()A該介質(zhì)對(duì)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(zhǎng)是在真空中波長(zhǎng)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(jì)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(zhǎng)為0，在介質(zhì)中的波長(zhǎng)為，由波長(zhǎng)、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(shí)，頻率不發(fā)生變化，D錯(cuò)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(shí)，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(shí)，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(huì)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(shí)，它也隨你靠近而后退。對(duì)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(jué)C太陽(yáng)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(yáng)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(yáng)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(shí)，下列說(shuō)法正確的是()A發(fā)生全反射時(shí)，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(shí)，一定會(huì)發(fā)生全反射C光線從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)，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(shí)，當(dāng)入射角增大到臨界角時(shí)，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(cuò)誤；光纖通信是利用光的全反射原理，F(xiàn)錯(cuò)誤。知識(shí)點(diǎn)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(shuō)法正確的是()A內(nèi)芯的折射率比外套大，光傳播時(shí)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(shí)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(shí)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(hù)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(gè)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(jìn)入棱鏡后速度不變D進(jìn)入棱鏡后波長(zhǎng)變長(zhǎng)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(cuò)誤，B正確。光束進(jìn)入棱鏡后速度變小，頻率不變，由vf知波長(zhǎng)變短，故C、D錯(cuò)誤。8如圖所示，一個(gè)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(jìn)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(gè)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(diǎn)開始計(jì)時(shí)，傳到光屏上兩束光線的時(shí)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(shí)間t12109 s，光在空氣中從O點(diǎn)傳D點(diǎn)的時(shí)間t2109 s，光線從O點(diǎn)開始計(jì)時(shí)，傳到光屏上兩束光線的時(shí)間差tt1t2133109 s。知識(shí)點(diǎn)三全反射的定量計(jì)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(diǎn)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(jìn)入玻璃磚入射到MO的光線均發(fā)生全反射，從O點(diǎn)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(duì)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(duì)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(shí)間最長(zhǎng)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(guò)半圓柱形玻璃磚上的表面再照到其圓柱面時(shí)剛好發(fā)生全反射，這時(shí)光線進(jìn)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(guò)半圓柱形玻璃磚的上表面再照到其圓柱面時(shí)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(duì)的圓心角90。(2)據(jù)光在介質(zhì)中傳播公式v，最長(zhǎng)的傳播時(shí)間的光線會(huì)經(jīng)過(guò)玻璃磚的最低點(diǎn)，所以傳播位移x，則光在玻璃磚中的最長(zhǎng)傳播時(shí)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(duì)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(jiàn)解析解析(1)如圖所示，兩條單色光線在AC面的折射點(diǎn)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(diǎn)向上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(cuò)點(diǎn)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(shí)會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象B無(wú)論入射角1多大，折射角2都不會(huì)大于45C折射角2arctan1732時(shí)，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(shí)才可能發(fā)生全反射易錯(cuò)分析發(fā)生全反射必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件：一個(gè)是光從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)，另一個(gè)是入射角大于或等于臨界角。而同學(xué)們?cè)诜治龃祟愵}時(shí)，容易漏掉其中的一個(gè)條件而出現(xiàn)錯(cuò)誤。在本題中若漏掉第一個(gè)條件，往往就把A項(xiàng)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(wú)論1多大，2都不會(huì)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(cuò)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(shí)，才有可能發(fā)生全反射，故A錯(cuò)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(méi)有燈泡，但夜間行駛時(shí)后面的車輛燈光照到尾燈上時(shí)，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(zhǎng)為0，在玻璃中的波長(zhǎng)為，波速為v，玻璃對(duì)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(diǎn)沿OF方向射出，則下面說(shuō)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(guò)玻璃磚后頻率變大DQ光穿過(guò)玻璃磚所需時(shí)間長(zhǎng)答案BD解析本題疑難之處是色光從玻璃進(jìn)入空氣時(shí)頻率不變。根據(jù)折射定律知Q光相對(duì)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(huì)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(guò)玻璃磚的時(shí)間長(zhǎng)，故B、D正確，A、C錯(cuò)誤。4(多選)以下說(shuō)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?yàn)槿瓷淅忡R的成本較平面鏡低D水中或玻璃中的氣泡看起來(lái)特別明亮是因?yàn)楣鈴乃虿Ａ湎驓馀輹r(shí)，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(cuò)誤；對(duì)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(wú)重影現(xiàn)象，C錯(cuò)誤；光線從水或玻璃入射到氣泡時(shí)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。現(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(guò)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(shí)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(shí)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(shí)間t，C、D錯(cuò)誤。6(多選)如圖所示，直角三棱鏡ABC的一個(gè)側(cè)面BC緊貼在平面鏡上，BAC，從點(diǎn)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(shí)，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(wú)法射入棱鏡D增大角，無(wú)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(cuò)誤；發(fā)生全反射的條件之一是光由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)，故C錯(cuò)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(diǎn)，并偏折到F點(diǎn)。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(diǎn)，則()A該棱鏡的折射率為B光在F點(diǎn)發(fā)生全反射C光從空氣進(jìn)入棱鏡，波長(zhǎng)變小D從F點(diǎn)出射的光束與入射到E點(diǎn)的光束平行答案AC解析由幾何知識(shí)可知三角形EBF為等邊三角形，故從E點(diǎn)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(diǎn)時(shí)，入射角為30，故不發(fā)生全反射，折射角為60，B、D錯(cuò)誤；光從空氣中進(jìn)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(zhǎng)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(gè)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(zhǎng)線的交點(diǎn)則為發(fā)生全反射的位置，畫上全反射棱鏡?？芍狟正確。二、非選擇題9某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測(cè)半圓形玻璃磚的折射率。開始玻璃磚的位置如圖中實(shí)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(dòng)，同時(shí)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(shí)，上述現(xiàn)象恰好消失。此時(shí)只須測(cè)量出_，即可計(jì)算出玻璃磚的折射率。請(qǐng)用你的測(cè)量量表示出折射率n_。答案玻璃磚直徑邊繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)過(guò)的角度解析玻璃磚轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(shí)，發(fā)生全反射現(xiàn)象。因sin，可見(jiàn)只要測(cè)出臨界角即可求得折射率n，而和玻璃磚直徑繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)過(guò)的角度相等，因此只要測(cè)出玻璃磚直徑邊繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)過(guò)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(shí)，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(gè)人再向前游12 m，正好不能看見(jiàn)此物體，求河深。水的折射率為答案106 m解析如圖，