2024-2025學年高中物理第13章光2全反射課時練習含解析新人教版選修3-4

PAGE10-全反射(40分鐘100分)一、選擇題(本題共7小題,每小題8分,共56分)1.關于全反射,下列敘述中正確的是 ()A.發(fā)生全反射時仍有折射光線,只是折射光線特別弱B.光從光密介質射向光疏介質時,肯定會發(fā)生全反射現(xiàn)象C.光從光密介質射向光疏介質時,可能不發(fā)生全反射現(xiàn)象D.光從光疏介質射向光密介質時,可能發(fā)生全反射現(xiàn)象【解析】選C。發(fā)生全反射時折射光線的能量為零,折射光線消逝,所以選項A錯誤;發(fā)生全反射的條件是光從光密介質射向光疏介質,且入射角大于或等于臨界角,二者缺一不行,所以選項B、D錯誤,選項C正確。故選C?！炯庸逃柧殹?多選)下述現(xiàn)象哪些是由于全反射造成的 ()A.露水珠或噴泉的水珠,在陽光照射下特別光明B.直棒斜插入水中時呈現(xiàn)彎折現(xiàn)象C.口渴的沙漠旅行者,往往會看到前方有一潭晶瑩的池水,當他們喜不自勝地奔向那潭池水時,池水卻總是可望而不行及D.在盛水的玻璃杯中放一空試管,用燈光照亮玻璃杯側面,在水面上視察水中的試管,看到試管壁特殊光明【解析】選A、D。露水珠或噴泉的水珠,在陽光照射下在部分位置發(fā)生全反射,所以特別光明,故A正確;直棒斜插入水中時呈現(xiàn)彎折現(xiàn)象是由于光的折射,故B不正確;口渴的沙漠旅行者,往往會看到前方有一潭晶瑩的池水,是折射的現(xiàn)象,故C錯誤;盛水的玻璃杯中放一空試管,用燈光照亮玻璃杯側面,在水面上視察水中的試管,看到試管壁特殊光明,是由于發(fā)生了全反射,故D正確。2.(2024·南寧高二檢測)如圖所示,置于空氣中的厚玻璃磚,AB、CD分別是玻璃磚的上、下表面,且AB∥CD。光線經(jīng)AB表面射向玻璃磚,折射光線射到CD表面時,下列說法正確的是()A.不行能發(fā)生全反射B.有可能發(fā)生全反射C.只要入射角i足夠大就能發(fā)生全反射D.不知玻璃折射率,無法推斷【解析】選A。臨界角等于光從真空射入介質折射時最大的折射角,由圖看出,入射光線在AB面上的折射角肯定小于臨界角,由題AB∥CD,折射光線射到CD表面時入射角與AB面上的折射角相等,所以入射角肯定小于臨界角,所以折射光線射到CD表面時肯定不會發(fā)生全反射。故選A。3.有一束波長為6×10-7m的單色光從空氣射入某種透亮介質,入射角為45°,折射角為30°,則下列說法正確的是 ()A.介質的折射率是B.這束光在介質中傳播的速度是1.5×108m/sC.這束光的頻率是5×1014HzD.這束光發(fā)生全反射的臨界角是30°【解析】選C。該介質的折射率為n==,A錯誤;光在介質中傳播的速度是v==m/s=×108m/s,該束光的頻率為f==Hz=5×1014Hz,B錯誤,C正確;因為sinC==,該束光的全反射臨界角為45°,D錯誤?！炯庸逃柧殹咳鐖D所示,一束單色光沿半圓柱形玻璃磚的半徑垂直ab面入射,有光線從ab面射出。以O點為圓心,將玻璃磚緩慢轉過θ角時,恰好沒有光線從ab面射出,則該玻璃磚的折射率為 ()A.B.C.D.【解析】選B。由圖可知,當將玻璃磚緩慢轉過θ角時入射角也是θ,故sinC=sinθ=,所以n=,故選項B正確。4.如圖所示,光液面?zhèn)鞲衅饔幸粋€像試管模樣的玻璃管,中心插一塊兩面反光的玻璃板,入射光線在玻璃管內(nèi)壁與反射光板之間來回發(fā)生反射,進入到玻璃管底部,然后在另一側反射而出(與光纖原理相同)。當透亮液體的折射率大于管壁玻璃的折射率時,就可以通過光液面?zhèn)鞲衅鞅O(jiān)測出射光的強弱來判定玻璃管是否被液體包住了,從而了解液面的高度。以下說法正確的是 ()A.玻璃管被液體包住之后,出射光強度增加B.玻璃管被液體包住之后,出射光消逝C.玻璃管被液體包住之后,出射光強度減弱D.玻璃管被液體包住之后,出射光強度不變【解析】選C。玻璃管被液體包住之前,由于玻璃管之外是光疏介質空氣,光線發(fā)生全反射,沒有光線從玻璃管中射出。當玻璃管被透亮液體包住之后,假如液體的折射率大于玻璃的折射率,光線不再發(fā)生全反射,有一部分光線進入液體,反射光的強度會減弱,故C項正確。5.折射率n=的直角玻璃三棱鏡截面如圖所示,一條光線從AB面入射,入射角為i(圖中未標出),ab為其折射光線,ab與AB面的夾角θ=60°。則()A.i=45°,光在AC面上不發(fā)生全反射B.i=45°,光在AC面上發(fā)生全反射C.i=30°,光在AC面上不發(fā)生全反射D.i=30°,光在AC面上發(fā)生全反射【解析】選B。由折射定律可知:n=解得:i=45°由sinC=可知,光線在AC面上發(fā)生全反射的臨界角為C=45°。由于ab在AC面上的入射角為60°,所以光線ab在AC面上發(fā)生了全反射,不能從AC面上折射出去。故選B。6.如圖所示,一束光從空氣垂直射到直角棱鏡的AB面上,已知棱鏡材料的折射率為1.4,則這束光進入棱鏡后的光路圖應為 ()【解析】選D。光線垂直AB面射入,在到達AC面上時入射角i=60°,因光線的臨界角C滿意sinC=,C=45°,i>C,所以光線在AC面發(fā)生全反射;光線到達BC面上的入射角i′=30°,由于i′<C,所以有部分光線從BC面射出,還有部分光線經(jīng)BC面反射到AC面上,此時入射角等于零度,光線垂直于AC面射出,D項正確。7.如圖所示,一個透亮玻璃球的折射率為,一束足夠強的細光束在過球心的平面內(nèi),以45°入射角由真空射入玻璃球后,在玻璃球與真空的交界面處發(fā)生多次反射和折射,從各個方向視察玻璃球,能看到從玻璃球內(nèi)射出的光線的條數(shù)是()A.2B.3C.4D.5【解析】選B。sinC==,C=45°;n=,θ=30°。光路圖如圖所示。所以從玻璃球內(nèi)射出的光線共3條。二、非選擇題(14分)8.一個半徑為r的薄軟木圓片,在它的圓心處插入一枚大頭針。讓它們浮在水面上,如圖所示。調(diào)整大頭針露出的長度,直至從水面上方的各個方向向水中看,都恰好看不到大頭針,這是因為發(fā)生了全反射現(xiàn)象。若此時木片下方大頭針的長度為h,求水的折射率?！窘馕觥坑深}意作出光路圖如圖所示,這時入射角等于臨界角,由幾何關系可得sinC=,又sinC=由以上兩式解得水的折射率為n=。答案:9.(15分)(1)(多選)關于全反射,下列說法中正確的是 ()A.發(fā)生全反射時,仍有折射光線,只是折射光線特別弱,因此可以認為不存在折射光線而只有反射光線B.光線從光密介質射向光疏介質時,肯定會發(fā)生全反射C.光線從光密介質射向光疏介質時,不肯定會發(fā)生全反射D.光線從光疏介質射向光密介質時,不行能發(fā)生全反射E.水或玻璃中的氣泡看起來特殊亮,是因為光從水或玻璃射向氣泡時在界面發(fā)生了全反射(2)由于激光是亮度高、平行度好、單色性好的相干光,所以光導纖維中用激光作為高速傳輸信息的載體。要使射到粗細勻稱的圓形光導纖維一個端面上的激光束都能從另一個端面射出,而不會從側壁“泄漏”出來,光導纖維所用材料的折射率至少應為多少?(假設光纖外套折射率與空氣相同)【解析】(1)選C、D、E。光從光密介質射向光疏介質時,當入射角增大到某一角度后,折射光線完全消逝,只剩下反射光線的現(xiàn)象叫全反射,故A錯;光線從光密介質射向光疏介質時入射角必需大于等于臨界角才能發(fā)生全反射,故B錯,C對;光線從光疏介質射向光密介質時,不行能發(fā)生全反射,故D對;當光從水或玻璃射向氣泡時,在界面上發(fā)生了全反射,使氣泡看起來特殊亮,選項E對。(2)設激光束在光導纖維前端的入射角為θ1,折射角為θ2,折射光線射向側面時的入射角為θ3,如圖所示。由折射定律n=由幾何關系θ2+θ3=90°,則sinθ2=cosθ3由全反射臨界角公式sinθ3=,故cosθ3=要保證從端面射入的任何光線都能發(fā)生全反射,應有θ1=90°,sinθ1=1,故n====,解得n=。答案:(1)C、D、E(2)10.(15分)(1)(多選)關于光的全反射和光纖的應用,下列說法正確的是()A.光由不同介質射入真空或空氣時臨界角不同B.入射角大于臨界角,不肯定發(fā)生全反射C.玻璃是光密介質D.光纖通信是光導纖維的唯一應用E.光導纖維的工作原理是光的全反射(2)一湖面上有一伸向水面的混凝土觀景臺,如圖所示是截面圖,觀景臺下表面恰好和水面相平,A為觀景臺右側面在湖底的投影,水深h=4m,在距觀景臺右側面x=4m處有一可沿豎直方向上下移動的單色點光源S,點光源S可從距水面高3m處下移到接近水面,在移動過程中,觀景臺水下被照亮的最遠距離為AC,最近距離為AB,若AB=3m,求:①水的折射率n;②光能照亮的最遠距離AC(結果可以保留根式)?！窘馕觥?1)選A、B、E。不同介質的折射率不同,所以光由不同的介質射入真空或空氣時臨界角不同,A項正確;入射角大于臨界角,不肯定發(fā)生全反射,還要光從光密介質進入光疏介質才能發(fā)生全反射,B項正確;光疏介質、光密介質是相對的,只有一種介質不能說是光疏介質還是光密介質,C項錯;光纖通信是光導纖維的主要應用,光導纖維還可應用到內(nèi)窺鏡、潛望鏡等,D項錯;光導纖維的工作原理是光的全反射,E項正確。(2)①點光源S在距水面高3m處發(fā)出的光在觀景臺右側面與水面交接處折射到水里時,被照亮的距離為最近距離AB,此時sinθ1===sinθ2===由于n=,所以水的折射率n=。②點光源S接近水面時,光在觀景臺右側面與水面交接處折射到水里時,被照亮的距離為最近距離AC,此時,入射角為90°,折射角為臨界角C則n==,可得sinC=而sinC=,則=m。答案:(1)A、B、E(2)①②m【加固訓練】如圖是一個半徑為R的半球形透亮物體的截面圖,其軸線OA水平?，F(xiàn)用一細束單色光水平入射到距O點R處的C點,此時透亮體左側恰好不再有光線射出。(1)求透亮體對該單色光的折射率。(2)將細光束平移到距O點處,求出射光線與OA軸線的交點距O點的距離?！窘馕觥?1)如圖所示,光束由C處水平射入,在B處發(fā)生全反射,∠OBC為臨界角由幾何關系得:sinC==故:n==(2)如圖所示,光束由D點水平射入,在E點發(fā)生折射,入射角為∠OED=α,折射角為∠MEF=β,由幾何關系得:sinα==,解得:α=30°,由折射定律得:n==,解得:β=60°,由幾何關系可知:∠FOE=α,∠OFE=β-α