2024-2025學年新教材高中物理第4章光的折射和全反射3光的全反射練習含解析魯科版選擇性必修1

PAGE8-光的全反射(25分鐘·70分)一、選擇題(本題共6小題,每題6分,共36分)1.(多選)關(guān)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(zhì)射向光疏介質(zhì)時,肯定會發(fā)生全反射C.光線從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時,不行能發(fā)生全反射D.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【解析】選C、D。光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)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,故選項A不符合題意;光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時,入射角必需大于等于臨界角才能發(fā)生全反射,故選項B不符合題意;光線從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時,不行能發(fā)生全反射,故選項C符合題意;當光從水或玻璃射向氣泡時,符合光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì),在界面上發(fā)生了全反射,使氣泡看起來特殊亮,故選項D符合題意。2.如圖所示,MN是空氣與某種液體的分界面,一束紅光由空氣射到分界面,一部分光被反射,一部分光進入液體中。當入射角是45°時,折射角為30°,則以下說法正確的是 ()A.反射光線與折射光線的夾角為120°B.該液體對紅光的折射率為C.該液體對紅光的全反射臨界角為45°D.當紫光以同樣的入射角從空氣射到分界面時,折射角也是30°【解析】選C。依據(jù)反射定律得到反射角為45°,由幾何學問得,反射光線與折射光線的夾角是105°,故A錯誤;由折射率公式n=,得n==,故B錯誤;由臨界角公式sinC=,得,sinC=,則C=45°,故C正確;依據(jù)折射定律得知,紫光的折射率大于紅光的折射率,則紫光以同樣的入射角從空氣射到分界面,折射角小于30°,故D錯誤。3.如圖所示,一束復色光從空氣中沿半圓形玻璃磚半徑方向射入,從玻璃磚射出后分成a、b兩束單色光,則 ()A.玻璃磚對a光的折射率為B.a光的頻率比b光的頻率大C.b光在玻璃中的傳播速度比a光在玻璃中的傳播速度大D.若入射點O不變,逆時針旋轉(zhuǎn)入射光,則a光先發(fā)生全反射【解析】選A。玻璃磚對a光的折射率為n==,故A項與題意相符;由圖知兩束光的入射角相等,a的折射角小于b的折射角,依據(jù)折射定律可知玻璃磚對b光的折射率比對a光的大,由于折射率越大,光的頻率越大,則b光的頻率比a光的頻率大,故B項與題意不相符;由于玻璃磚對a光的折射率小,依據(jù)v=,知在玻璃磚中a光的傳播速度比b光的大,故C項與題意不相符;若入射點O不變,逆時針旋轉(zhuǎn)入射光,b光的折射角先達到90°,則b光先發(fā)生全反射,故D項與題意不相符。4.(多選)一束光線穿過介質(zhì)1、2、3時,光路如圖所示,則 ()A.介質(zhì)1的折射率最大B.介質(zhì)2是光密介質(zhì)C.光在介質(zhì)2中的速度最大D.當入射角由45°漸漸增大時,在1、2分界面上可能發(fā)生全反射【解析】選C、D。由圖可知,光從介質(zhì)1射入介質(zhì)2中折射角大于入射角,則介質(zhì)1、2相比較有:n1>n2;光從介質(zhì)2射入介質(zhì)3中折射角小于入射角,則介質(zhì)2、3相比較有:n2<n3,依據(jù)光的可逆性知,光從介質(zhì)2射向介質(zhì)1或從介質(zhì)2射向介質(zhì)3時,入射角相等,從折射角上可推斷n3>n1,所以有n3>n1>n2,即介質(zhì)3折射率最大,故A錯誤;由對A的分析可知,相對來說,介質(zhì)2是光疏介質(zhì),故B錯誤;因介質(zhì)2的折射率最小,由公式v=知,光在介質(zhì)2中的傳播速度最大,故C正確;光從介質(zhì)1到介質(zhì)2是從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì),入射角小于折射角,在入射角漸漸增大時,在此界面上可能發(fā)生全反射,故D正確。5.如圖畫的是光線由空氣進入全反射玻璃棱鏡,再由棱鏡射入空氣的光路圖。指出哪種狀況是可以發(fā)生的 ()【解析】選A。光垂直等腰直角三角形的某直角邊射入玻璃棱鏡時,在斜邊發(fā)生全反射,故A正確。6.如圖所示,△ABC為始終角玻璃三棱鏡的橫截面,∠A=30°,一束紅光垂直AB邊射入,從AC邊上的D點射出,其折射角為60°。則下列說法正確的是 ()A.玻璃對紅光的折射率為B.紅光在玻璃中的傳播速度大小為2×108m/sC.若使該束紅光繞O點順時針轉(zhuǎn)過60°角,則光不會從AC面射出來D.若將這束紅光向左水平移動一小段距離則從AC面上出來的折射角小于60°【解析】選C。紅光到達AC面的入射角為i=30°,折射角為r=60°,則玻璃對紅光的折射率為:n===,故A錯誤;紅光在玻璃中的傳播速度大小為:v==m/s=×108m/s,故B錯誤;設(shè)臨界角為C,則sinC==<,C<60°,若使該束紅光繞O點順時針轉(zhuǎn)過60°角,光線射向AB面的入射角為i=60°,依據(jù)折射定律可得n=,折射角為r=30°,光線射到AC面上的入射角等于60°,大于臨界角C,所以光線在AC面發(fā)生全反射,不會從AC面射出來,故C正確;若將這束紅光向左水平移動一小段距離,光線射到AC面上的入射角不變,則折射角不變,仍為60°,故D錯誤。二、計算題(本題共2小題,共34分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要標明單位)7.(16分)如圖所示,某L形透亮材料的折射率n=2?，F(xiàn)沿AB方向切去一角,AB與水平方向的夾角為θ。為使水平方向的光線射到AB面時不會射入空氣,求θ的最大值。【解析】要使光線不會射入空氣,即發(fā)生全反射,設(shè)臨界角為C,即有:sinC=由幾何關(guān)系得:C+θ=90°聯(lián)立解得:θ=60°。答案:60°8.(18分)如圖所示,用某種材料制成的直角三角形ABC,∠A=30°,∠B=60°,一單色光平行AB射入,結(jié)果光線垂直BC射出。(1)作出光路圖并求出該材料的折射率。(2)求光在AB面能夠發(fā)生全反射的臨界角的正弦值?！窘馕觥?1)光路如圖所示。依據(jù)光路圖與幾何學問可得:θ1=60°、θ2=30°,依據(jù)折射定律n=,解得n==(2)sinC===答案:(1)光路圖見解析(2)(15分鐘·30分)9.(6分)如圖所示是一透亮玻璃球體,其半徑為R,O為球心,AB為水平直徑。M點是玻璃球的最高點,一條平行于AB的光線自D點射入球體內(nèi),其折射光線為DB,已知∠ABD=30°,光在真空中的傳播速度為c、波長為λ,則 ()A.此玻璃的折射率為B.光線從D傳播到B的時間是C.光在玻璃球體內(nèi)的波長為λD.光在B點會發(fā)生全反射【解析】選A。如圖所示:由幾何學問得折射角i=∠ABD=30°,入射角r=2∠ABD=60°,則此玻璃的折射率為:n==,A正確;BD長度s=2Rcos30°=R,光在玻璃球體內(nèi)傳播的速度v=,所以光線從B到D的時間為t==,B錯誤;光在玻璃體內(nèi)的波長λ′==,C錯誤;在玻璃球體內(nèi),發(fā)生全反射時sinC==,依據(jù)幾何學問可知光在B點的入射角為30°,而sin30°=<,即臨界角C>30°,所以光線不行能在B點發(fā)生全反射現(xiàn)象,D錯誤。10.(6分)一束細光束由真空沿著徑向射入一塊半圓柱形透亮體,如圖甲所示,對其射出后的折射光線的強度進行記錄,發(fā)覺折射光線的強度隨著θ的改變而改變,如圖乙的圖線所示,則下列說法正確的是 ()A.透亮體的臨界角為30°B.透亮體的臨界角為60°C.透亮體的折射率為 D.透亮體的折射率為【解析】選B。由題圖乙的圖線可知,當θ小于等于30°時,入射角大于等于60°,折射光線的強度為零,光線產(chǎn)生全反射現(xiàn)象,所以此透亮體的臨界角為60°,故選項A不符合題意,選項B符合題意;由臨界角公式sinC=,C=60°,解得折射率n=,故選項C、D不符合題意。11.(6分)(多選)固定的半圓形玻璃磚的橫截面如圖,O點為圓心,OO′為直徑MN的垂線。足夠大的光屏PQ緊靠玻璃磚右側(cè)且垂直于MN。由A、B兩種單色光組成的一束光沿半徑方向射向O點,入射光線與OO′夾角θ較小時,光屏NQ區(qū)域出現(xiàn)兩個光斑,漸漸增大θ角,當θ=α時,光屏NQ區(qū)域A光的光斑消逝,接著增大θ角,當θ=β時,光屏NQ區(qū)域B光的光斑消逝,則 ()A.玻璃磚對A光的折射率比對B光的大B.A光在玻璃磚中傳播速度比B光的大C.α<θ<β時,光屏上只有1個光斑D.β<θ<時,光屏上只有1個光斑【解析】選A、D。由題意可知,當θ=α時,A光在MN發(fā)生全反射,當θ=β時,B光在MN發(fā)生全反射,則可知A光的臨界角小于B光的臨界角,依據(jù)sinC=可知,玻璃磚對A光的折射率比對B光的大,選項A正確;由n=可知A光在玻璃磚中傳播速度比B光的小,選項B錯誤;α<θ<β時,此時A光已經(jīng)發(fā)生全反射,故在NP部分有一個光斑,同時B光從MN下方折射出來,射到NQ上,則在光屏上應(yīng)有2個光斑,選項C錯誤;β<θ<時,A、B兩束光都發(fā)生全反射,故在光屏上只有1個光斑,選項D正確。12.(12分)如圖所示,等腰直角三角形ABC為某透亮介質(zhì)的橫截面,O為BC邊的中點,位于O點處的點光源在透亮介質(zhì)內(nèi)向各個方向放射光線,其中從AC邊上的D點射出的光線平行于BC,且OC與OD夾角為15°,從E點射出的光線垂直BC向上。已知BC邊長為2L。求:(1)該光在介質(zhì)中發(fā)生全反射的臨界角C;(2)DE的長度