高中物理滬科版4第四章光的波動性全反射與光導纖維

全反射與光導纖維同步測控1.光從空氣射入水中，當入射角變化時，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，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，折射角也發(fā)生變化，A正確．2.一束光從某種介質射入空氣中時，入射角i＝30°，折射角r＝60°，折射光路如圖所示，則下列說法正確的是()A．此介質折射率為eq\f(\r(3),3)B．此介質折射率為eq\r(3)C．光在介質中速度比在空氣中小D．光在介質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)，則此介質比空氣折射率大，又由n＝eq\f(c,v)知，C正確，D錯誤．3.用“插針法”測定透明半圓柱玻璃磚的折射率，O為玻璃磚截面的圓心，使入射光線跟玻璃磚的平面垂直，如圖所示的四個圖中P1、P2、P3和P4是四個學生實驗插針的結果．(1)在這四個圖中肯定把針插錯了的是________；(2)在這四個圖中可以比較準確地測出折射率的是____________，計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，經(jīng)玻璃磚折射后，折射光線不能與入射光線平行(除過圓心的光線)，A錯．(2)測量較準確的是圖D，因B圖的入射光線經(jīng)過圓心，出射光線沒有發(fā)生折射，C圖的入射光線離圓心太近，射到圓界面上時，入射角太小不易測量，會產(chǎn)生較大的誤差．測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)，那么池水的實際深度H＝________．解析：由池底某點P發(fā)出的光線，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，所以光線在水面處的入射角θ1和折射角θ2都很小，根據(jù)數(shù)學知識可知：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)，解得池水實際深度為H＝nh＝eq\f(4,3)h.答案：eq\f(4,3)h課時作業(yè)一、選擇題1.如果光以同一入射角從真空射入不同介質，則折射率越大的介質()A．折射角越大，表示這種介質對光線的偏折角度越大B．折射角越大，表示這種介質對光線的偏折角度越小C．折射角越小，表示這種介質對光線的偏折角度越大D．折射角越小，表示這種介質對光線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射入介質時，sinθ1一定，n越大，sinθ2越小，θ2就越小，說明光偏離原來的角度就越大，所以選項C正確．2.光從某種玻璃中射向空氣，入射角i從零開始增大到某一值的過程中，折射角r也隨之增大，則下列說法正確的是()A．比值i/r不變B．比值sini/sinr是一個大于1的常數(shù)C．比值sini/sinr不變D．比值sini/sinr是一個小于1的常數(shù)解析：選CD.光從玻璃射向空氣時，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，則反射光線與折射光線的夾角是()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.因為入射角為40°，反射角也為40°，根據(jù)折射定律折射角小于40°，所以反射光線與折射光線的夾角在100°與140°之間．4.如圖所示，落山的太陽看上去正好在地平線上，但實際上太陽已處于地平線以下，觀察者的視覺誤差大小取決于當?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．光的直線傳播 D．小孔成像解析：選B.光經(jīng)過大氣層，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.某同學做測定玻璃折射率實驗時，用他測得的多組入射角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．他做實驗時，光線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，光線是由光疏介質射入光密介質，故選項A正確；任何介質的折射率都大于1，故B項錯；由折射率公式n＝eq\f(sini,sinr)，可得n＝eq\f(1,＝，故C項正確；由臨界角的定義公式：sinC＝eq\f(1,n)，可知D項正確．6.如圖所示，一束單色光射入一玻璃球體，入射角為60°，已知光線在玻璃球內(nèi)經(jīng)一次反射后，再次折射回到空氣中時與入射光線平行．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，由幾何關系可知，第一次折射時，折射角為30°，則n＝eq\f(sin60°,sin30°)＝eq\r(3)，C正確．6.為了觀察門外情況，有人在門上開一小圓孔，將一塊圓柱形玻璃嵌入其中，圓柱體軸線與門面垂直，如圖所示，從圓柱底面中心看出去，可以看到門外入射光線與軸線間的最大夾角稱為視場角，已知該玻璃的折射率為n，圓柱體長為l，底面半徑為r，則視場角為()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.畫出以最大入射角(θ1)的入射光線(邊界光線)在圓柱形玻璃中折射后的光路圖，如圖所示，由幾何關系和折射定律，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B正確．8.在用兩面平行的玻璃磚測定玻璃折射率的實驗中，其實驗光路如圖所示，對實驗中的一些具體問題，下列意見正確的是()A．為了減少作圖誤差，P3和P4的距離應適當取大些B．為減少測量誤差，P1、P2的連線與玻璃磚界面的夾角應取大些C．若P1、P2的距離較大時，通過玻璃磚會看不到P1、P2的像D．若P1、P2連線與法線NN′夾角較大時，有可能在bb′面發(fā)生全反射，所以在bb′一側就看不到P1、P2的像解析：選和P4的距離應適當取大些，是為了畫直線OB時更接近原光線，能減少誤差，選項A正確．在玻璃中的光線OO′的入射角達不到臨界角，不會發(fā)生全反射．9.在測定玻璃的折射率實驗中，已畫好玻璃磚界面兩直線aa′與bb′后，不小心誤將玻璃磚向上稍平移了一點，如圖所示，若其他操作正確，則測得的折射率將()A．變大B．變小C．不變D．變大、變小均有可能解析：選C.設P1、P2、P3、P4是正確操作所得到的四枚大頭針的位置，畫出光路圖后可知，即使玻璃磚向上平移一些，如圖所示，實際的入射角沒有改變．實際的折射光線是O1O1′，而現(xiàn)在誤把O2O2′作為折射光線，由于O1O1′平行于O2O2′，所以折射角沒有改變，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P點距圓心O的距離為()\f(1,4)r \f(1,2)rC．° D．rsin15°解析：選C.如圖過D點作法線，光線在D點折射時，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.)光線以60°的入射角從空氣射入玻璃中，折射光線與反射光線恰好垂直．(真空中光速c＝×108m/s)(1)畫出折射光路圖．(2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的傳播速度．(3)當入射角變?yōu)?5°時，折射角為多大？(4)當入射角增大或減小時，玻璃的折射率是否變化？說明理由．解析：先畫出玻璃與空氣的界面，再過入射點作出界面的垂線即為法線，作入射光線，然后根據(jù)光的反射定律和折射定律作出反射光線和折射光線，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，當入射角變化時，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)折射率不會變化，折射率由介質和入射光的頻率決定，而跟入射角的大小無關．答案：見解析eq\a\vs4\al(12.)一個圓柱形筒，直徑12cm，高16cm.人眼在筒側上方某處觀察，所見筒側的深度為9cm，當筒中裝滿液體時，則恰能看到筒側的最低點，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：