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全反射與光導(dǎo)纖維同步測(cè)控1.光從空氣射入水中,當(dāng)入射角變化時(shí),則()A.反射角和折射角都發(fā)生變化B.反射角和折射角都不變C.反射角發(fā)生變化,折射角不變D.折射角變化,反射角始終不變解析:選A.由光的反射定律知,入射角和反射角相等,所以入射角變化時(shí),反射角也發(fā)生變化;由光的折射定律知,入射角的正弦和折射角的正弦成正比,所以入射角變化時(shí),折射角也發(fā)生變化,A正確.2.一束光從某種介質(zhì)射入空氣中時(shí),入射角i=30°,折射角r=60°,折射光路如圖所示,則下列說(shuō)法正確的是()A.此介質(zhì)折射率為eq\f(\r(3),3)B.此介質(zhì)折射率為eq\r(3)C.光在介質(zhì)中速度比在空氣中小D.光在介質(zhì)中速度比在空氣中大解析:選BC.由折射定律及入射角、折射角的含義知n=eq\f(sinr,sini)=eq\r(3),則此介質(zhì)比空氣折射率大,又由n=eq\f(c,v)知,C正確,D錯(cuò)誤.3.用“插針?lè)ā睖y(cè)定透明半圓柱玻璃磚的折射率,O為玻璃磚截面的圓心,使入射光線(xiàn)跟玻璃磚的平面垂直,如圖所示的四個(gè)圖中P1、P2、P3和P4是四個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)插針的結(jié)果.(1)在這四個(gè)圖中肯定把針插錯(cuò)了的是________;(2)在這四個(gè)圖中可以比較準(zhǔn)確地測(cè)出折射率的是____________,計(jì)算玻璃磚的折射率的公式是________.解析:(1)垂直射入半圓柱玻璃磚平面的光線(xiàn),經(jīng)玻璃磚折射后,折射光線(xiàn)不能與入射光線(xiàn)平行(除過(guò)圓心的光線(xiàn)),A錯(cuò).(2)測(cè)量較準(zhǔn)確的是圖D,因B圖的入射光線(xiàn)經(jīng)過(guò)圓心,出射光線(xiàn)沒(méi)有發(fā)生折射,C圖的入射光線(xiàn)離圓心太近,射到圓界面上時(shí),入射角太小不易測(cè)量,會(huì)產(chǎn)生較大的誤差.測(cè)量出入射角與折射角后,由折射定律求出折射率n=eq\f(sini,sinr).答案:(1)A(2)Dn=eq\f(sini,sinr)4.有人在游泳池岸邊“豎直”向下觀察池水的深度,看上去池水的視深為h,已知水的折射率為eq\f(4,3),那么池水的實(shí)際深度H=________.解析:由池底某點(diǎn)P發(fā)出的光線(xiàn),在水中和空氣中的光路如圖所示.由于觀察者在岸邊“豎直”向下觀看,所以光線(xiàn)在水面處的入射角θ1和折射角θ2都很小,根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)可知:sinθ1≈tanθ1=eq\f(a,H),①sinθ2≈tanθ2=eq\f(a,h).②根據(jù)折射定律有eq\f(1,n)=eq\f(sinθ1,sinθ2).③將①②兩式代入③式得eq\f(1,n)=eq\f(a/H,a/h),解得池水實(shí)際深度為H=nh=eq\f(4,3)h.答案:eq\f(4,3)h課時(shí)作業(yè)一、選擇題1.如果光以同一入射角從真空射入不同介質(zhì),則折射率越大的介質(zhì)()A.折射角越大,表示這種介質(zhì)對(duì)光線(xiàn)的偏折角度越大B.折射角越大,表示這種介質(zhì)對(duì)光線(xiàn)的偏折角度越小C.折射角越小,表示這種介質(zhì)對(duì)光線(xiàn)的偏折角度越大D.折射角越小,表示這種介質(zhì)對(duì)光線(xiàn)的偏折角度越小解析:選C.根據(jù)光的折射定律eq\f(sinθ1,sinθ2)=n知sinθ2=eq\f(sinθ1,n),光從真空以相等的入射角θ1射入介質(zhì)時(shí),sinθ1一定,n越大,sinθ2越小,θ2就越小,說(shuō)明光偏離原來(lái)的角度就越大,所以選項(xiàng)C正確.2.光從某種玻璃中射向空氣,入射角i從零開(kāi)始增大到某一值的過(guò)程中,折射角r也隨之增大,則下列說(shuō)法正確的是()A.比值i/r不變B.比值sini/sinr是一個(gè)大于1的常數(shù)C.比值sini/sinr不變D.比值sini/sinr是一個(gè)小于1的常數(shù)解析:選CD.光從玻璃射向空氣時(shí),玻璃的折射率n=eq\f(sinr,sini)>1,且不變,因此C、D正確.3.一束光從空氣射入某種透明液體,入射角為40°,在界面上光的一部分被反射,另一部分被折射,則反射光線(xiàn)與折射光線(xiàn)的夾角是()A.小于40° B.在40°與50°之間C.大于140° D.在100°與140°之間解析:選D.因?yàn)槿肷浣菫?0°,反射角也為40°,根據(jù)折射定律折射角小于40°,所以反射光線(xiàn)與折射光線(xiàn)的夾角在100°與140°之間.4.如圖所示,落山的太陽(yáng)看上去正好在地平線(xiàn)上,但實(shí)際上太陽(yáng)已處于地平線(xiàn)以下,觀察者的視覺(jué)誤差大小取決于當(dāng)?shù)卮髿獾臓顩r.造成這種現(xiàn)象的原因是()A.光的反射 B.光的折射C.光的直線(xiàn)傳播 D.小孔成像解析:選B.光經(jīng)過(guò)大氣層,空氣分布不均勻,而折射率不同,光發(fā)生折射現(xiàn)象使光傳播方向發(fā)生改變所致.5.某同學(xué)做測(cè)定玻璃折射率實(shí)驗(yàn)時(shí),用他測(cè)得的多組入射角i與折射角r,作出sini-sinr圖像如圖所示,下列判斷中正確的是()A.他做實(shí)驗(yàn)時(shí),光線(xiàn)是由空氣射入玻璃的B.玻璃的折射率為C.玻璃的折射率約為D.玻璃臨界角的正弦值為解析:選ACD.由題圖可知入射角大于折射角,光線(xiàn)是由光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì),故選項(xiàng)A正確;任何介質(zhì)的折射率都大于1,故B項(xiàng)錯(cuò);由折射率公式n=eq\f(sini,sinr),可得n=eq\f(1,=,故C項(xiàng)正確;由臨界角的定義公式:sinC=eq\f(1,n),可知D項(xiàng)正確.6.如圖所示,一束單色光射入一玻璃球體,入射角為60°,已知光線(xiàn)在玻璃球內(nèi)經(jīng)一次反射后,再次折射回到空氣中時(shí)與入射光線(xiàn)平行.此玻璃的折射率為()\r(2) B.\r(3) D.2解析:選C.繪出光在玻璃球體內(nèi)的光路圖,如圖所示,由幾何關(guān)系可知,第一次折射時(shí),折射角為30°,則n=eq\f(sin60°,sin30°)=eq\r(3),C正確.6.為了觀察門(mén)外情況,有人在門(mén)上開(kāi)一小圓孔,將一塊圓柱形玻璃嵌入其中,圓柱體軸線(xiàn)與門(mén)面垂直,如圖所示,從圓柱底面中心看出去,可以看到門(mén)外入射光線(xiàn)與軸線(xiàn)間的最大夾角稱(chēng)為視場(chǎng)角,已知該玻璃的折射率為n,圓柱體長(zhǎng)為l,底面半徑為r,則視場(chǎng)角為()A.a(chǎn)rcsineq\f(nl,\r(r2+l2)) B.a(chǎn)rcsineq\f(nr,\r(r2+l2))C.a(chǎn)rcsineq\f(r,n\r(r2+l2)) D.a(chǎn)rcsineq\f(l,n\r(r2+l2))解析:選B.畫(huà)出以最大入射角(θ1)的入射光線(xiàn)(邊界光線(xiàn))在圓柱形玻璃中折射后的光路圖,如圖所示,由幾何關(guān)系和折射定律,有sinθ2=eq\f(r,\r(r2+l2)),n=eq\f(sinθ1,sinθ2),聯(lián)立以上兩式解得:sinθ1=eq\f(nr,\r(r2+l2))θ1=arcsineq\f(nr,\r(r2+l2)),選項(xiàng)B正確.8.在用兩面平行的玻璃磚測(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中,其實(shí)驗(yàn)光路如圖所示,對(duì)實(shí)驗(yàn)中的一些具體問(wèn)題,下列意見(jiàn)正確的是()A.為了減少作圖誤差,P3和P4的距離應(yīng)適當(dāng)取大些B.為減少測(cè)量誤差,P1、P2的連線(xiàn)與玻璃磚界面的夾角應(yīng)取大些C.若P1、P2的距離較大時(shí),通過(guò)玻璃磚會(huì)看不到P1、P2的像D.若P1、P2連線(xiàn)與法線(xiàn)NN′夾角較大時(shí),有可能在bb′面發(fā)生全反射,所以在bb′一側(cè)就看不到P1、P2的像解析:選和P4的距離應(yīng)適當(dāng)取大些,是為了畫(huà)直線(xiàn)OB時(shí)更接近原光線(xiàn),能減少誤差,選項(xiàng)A正確.在玻璃中的光線(xiàn)OO′的入射角達(dá)不到臨界角,不會(huì)發(fā)生全反射.9.在測(cè)定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn)中,已畫(huà)好玻璃磚界面兩直線(xiàn)aa′與bb′后,不小心誤將玻璃磚向上稍平移了一點(diǎn),如圖所示,若其他操作正確,則測(cè)得的折射率將()A.變大B.變小C.不變D.變大、變小均有可能解析:選C.設(shè)P1、P2、P3、P4是正確操作所得到的四枚大頭針的位置,畫(huà)出光路圖后可知,即使玻璃磚向上平移一些,如圖所示,實(shí)際的入射角沒(méi)有改變.實(shí)際的折射光線(xiàn)是O1O1′,而現(xiàn)在誤把O2O2′作為折射光線(xiàn),由于O1O1′平行于O2O2′,所以折射角沒(méi)有改變,因此折射率不變.10.如圖所示,空氣中有一塊橫截面呈扇形的玻璃磚,折射率為eq\r(2).現(xiàn)有一細(xì)光束,垂直射到AO面上,經(jīng)玻璃磚反射、折射后,經(jīng)OB面平行返回,∠AOB為135°,圓的半徑為r,則入射點(diǎn)P點(diǎn)距圓心O的距離為()\f(1,4)r \f(1,2)rC.° D.rsin15°解析:選C.如圖過(guò)D點(diǎn)作法線(xiàn),光線(xiàn)在D點(diǎn)折射時(shí),由于∠AOB=135°,可知折射角為45°,由光的折射定律eq\f(sin45°,sini)=n,i=30°.又由幾何關(guān)系知∠PCD=15°,連接OC,由光的反射定律知∠PCO=°,PO=°.二、非選擇題eq\a\vs4\al(11.)光線(xiàn)以60°的入射角從空氣射入玻璃中,折射光線(xiàn)與反射光線(xiàn)恰好垂直.(真空中光速c=×108m/s)(1)畫(huà)出折射光路圖.(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的傳播速度.(3)當(dāng)入射角變?yōu)?5°時(shí),折射角為多大?(4)當(dāng)入射角增大或減小時(shí),玻璃的折射率是否變化?說(shuō)明理由.解析:先畫(huà)出玻璃與空氣的界面,再過(guò)入射點(diǎn)作出界面的垂線(xiàn)即為法線(xiàn),作入射光線(xiàn),然后根據(jù)光的反射定律和折射定律作出反射光線(xiàn)和折射光線(xiàn),求出折射角θ2后,根據(jù)n=eq\f(sinθ1,sinθ2)求出n,再根據(jù)n=eq\f(c,v)求出光在玻璃中的傳播速度v,當(dāng)入射角變化時(shí),比值eq\f(sinθ1,sinθ2)保持不變,即玻璃的折射率并不改變,據(jù)此可求出相應(yīng)的折射角.(1)由題意知入射角θ1=60°,反射角θ3=60°,折射角θ2=90°-60°=30°,折射光路圖如圖所示.(2)n=eq\f(sinθ1,sinθ2)=eq\f(sin60°,sin30°)=eq\r(3),根據(jù)n=eq\f(c,v)得v=eq\f(c,n)=eq\f×108,\r(3))m/s.故v≈×108(3)由n=eq\f(sinθ1,sinθ2)得sinθ2=eq\f(sinθ1,n),將sinθ1=sin45°=eq\f(\r(2),2)及n=eq\r(3)代入上式,可求得sinθ2=eq\f(\r(6),6),θ2=arcsineq\f(\r(6),6).(4)折射率不會(huì)變化,折射率由介質(zhì)和入射光的頻率決定,而跟入射角的大小無(wú)關(guān).答案:見(jiàn)解析eq\a\vs4\al(12.)一個(gè)圓柱形筒,直徑12cm,高16cm.人眼在筒側(cè)上方某處觀察,所見(jiàn)筒側(cè)的深度為9cm,當(dāng)筒中裝滿(mǎn)液體時(shí),則恰能看到筒側(cè)的最低點(diǎn),求:(1)此液體的折射率;(2)光在此液體中的傳播速度.解析:根據(jù)題中的“恰能看到”,可作出符合題意的光路圖(如圖所示).(1)由圖可知:
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