2020學(xué)年高中物理 第13章 光 2 全反射課時(shí)作業(yè) 新人教版選修3-4

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1、2　全反射 A組(15分鐘) 1.關(guān)于全反射,下列敘述中正確的是(　　) A.發(fā)生全反射時(shí)仍有折射光線,只是折射光線非常弱 B.光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí),一定會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象 C.光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí),可能不發(fā)生全反射現(xiàn)象 D.光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí),可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 解析:全反射發(fā)生的條件是光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)和入射角大于等于臨界角,二者缺一不可,故選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤,C正確;發(fā)生全反射時(shí),折射光線全部消失,只剩下反射光線,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。 答案:C 2.光線由空氣透過(guò)半圓形玻璃磚,再射入空氣的光路圖中,正確的是(玻璃的折射率為1.5)(　　) 　　　　　

2、　　　　　　　　　　　 A.圖乙、丙、丁 B.圖乙、丁 C.圖乙、丙 D.圖甲、丙 解析:題圖甲、乙情景中,光由空氣進(jìn)入玻璃,由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì),應(yīng)有θ1>θ2,乙正確,甲錯(cuò)誤;題圖丙、丁情景中,光由玻璃進(jìn)入空氣中,sin C==sin 45°,即C<45°,即入射角大于臨界角,應(yīng)發(fā)生全反射,丙錯(cuò)誤,丁正確。 答案:B 3. 一束單色光從真空斜射向某種介質(zhì)的表面,光路如圖所示。下列說(shuō)法中正確的是(　　) A.光從真空射入介質(zhì)后,頻率不變 B.此介質(zhì)的折射率等于 C.入射角大于45°時(shí)可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 D.入射角小于30°時(shí)可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 解析:光的頻率由光源

3、決定,在傳播過(guò)程中頻率不變,選項(xiàng)A正確;由折射定律n=,選項(xiàng)B正確;發(fā)生全反射的臨界角C=arcsin =45°,只有當(dāng)光線從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)且入射角大于或等于臨界角時(shí)才會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象,所以選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。 答案:AB 4. 如圖所示,半徑為R的半圓形透明材料,折射率n=2.0。一束平行光從空氣以垂直于其底面的方向射入,則下列說(shuō)法正確的是(　　) A.所有光線都能透過(guò)這種材料 B.只有距圓心O兩側(cè)范圍內(nèi)的光才能通過(guò) C.射出的光束會(huì)形成發(fā)散光束 D.射出的光束會(huì)形成會(huì)聚光束 解析:平行光射到底面時(shí),光線與界面垂直,方向不變,繼續(xù)射到球面時(shí),距圓心D兩側(cè)范圍內(nèi)的光線入射

4、角小于臨界角C=arcsin =30°,發(fā)生折射形成會(huì)聚光束,范圍外的光線入射角大于或等于臨界角發(fā)生全反射。 答案:BD 5. 三種透明介質(zhì)疊放在一起,且相互平行,一束光在Ⅰ和Ⅱ兩介質(zhì)的界面上發(fā)生了全反射后,射向Ⅱ和Ⅲ兩介質(zhì)界面,發(fā)生折射,如圖所示,設(shè)定光在這三種介質(zhì)中的速率分別是v1、v2、v3,則它們的大小關(guān)系是(　　) A.v1>v2>v3 B.v1>v3>v2 C.v1v1>v3 解析:光在Ⅰ和Ⅱ兩介質(zhì)的界面上發(fā)生了全反射,說(shuō)明Ⅰ的折射率小于Ⅱ的折射率,即n1

5、折射率,即n2>n3;介質(zhì)Ⅰ與Ⅲ相比較,介質(zhì)Ⅰ的折射率小于介質(zhì)Ⅲ的折射率,即有n1n3>n1,根據(jù)光在這三種介質(zhì)中的速率公式v=得知,光速與折射率成反比,則v1>v3>v2。 答案:B 6.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c·sin C(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sin C 倍 D.此單色光在該介質(zhì)中的頻率是真空中的倍 解析:由臨界角的計(jì)算式sin C=,得n=,選項(xiàng)A正確;將n=代入sin C=,得sin C=,故v=c sin

6、C,選項(xiàng)B正確;設(shè)該單色光的頻率為f,在真空中的波長(zhǎng)為λ0,在介質(zhì)中的波長(zhǎng)為λ,由波長(zhǎng)、頻率、光速的關(guān)系得c=λ0f,v=λf,故sin C=,λ=λ0sin C,選項(xiàng)C正確;該單色光由真空進(jìn)入介質(zhì)時(shí),頻率不發(fā)生變化,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。 答案:ABC 7. 如圖所示,ABCD是兩面平行的透明玻璃磚,AB面和CD面平行,它們分別是玻璃和空氣的界面,設(shè)為界面Ⅰ和界面Ⅱ,光線從界面Ⅰ射入玻璃磚,再?gòu)慕缑姊蛏涑?回到空氣中,如果改變光到達(dá)界面Ⅰ時(shí)的入射角,則(　　) A.只要入射角足夠大,光線在界面Ⅰ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 B.只要入射角足夠大,光線在界面Ⅱ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 C.不管入射角

7、多大,光線在界面Ⅰ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 D.不管入射角多大,光線在界面Ⅱ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 解析:在界面Ⅰ,光由空氣進(jìn)入玻璃磚,是由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì),不管入射角多大,都不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象,則A錯(cuò)誤,C正確;在界面Ⅱ,光由玻璃進(jìn)入空氣,是由光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì),但是,由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行,光由界面Ⅰ進(jìn)入玻璃后再到達(dá)界面Ⅱ,在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角,因此入射角總是小于臨界角,也不會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象,故B錯(cuò)誤,D正確。 答案:CD 8.導(dǎo)學(xué)號(hào)38190083 如圖所示,一棱鏡的截面為直角三角形ABC,∠A=30°,斜邊AB=a。棱鏡材料的折射率為n=。在此

8、截面所在的平面內(nèi),一條光線以45°的入射角從AC邊的中點(diǎn)M射入棱鏡。畫出光路圖,并求光線從棱鏡射出的點(diǎn)的位置(不考慮光線沿原路返回的情況)。 解析:設(shè)入射角為θ1,折射角為θ2,由折射定律得 =n① 由已知條件及①式得θ2=30°② 如果入射光線在法線的右側(cè),光路圖如圖甲所示。 設(shè)出射點(diǎn)為F,由幾何關(guān)系可得AF=a③ 即出射點(diǎn)在AB邊上離A點(diǎn)a的位置。 如果入射光線在法線的左側(cè),光路圖如圖乙所示。設(shè)折射光線與AB的交點(diǎn)為D。由幾何關(guān)系可知,在D點(diǎn)的入射角θ1'=60°④ 設(shè)全反射的臨界角為C,則sin C=⑤ 由⑤和已知條件得C=45°⑥ 因此,光在D點(diǎn)全反射。 設(shè)此

9、光線的出射點(diǎn)為E,由幾何關(guān)系得∠DEB=90° BD=a-2AF⑦ BE=DBsin 30°⑧ 聯(lián)立③⑦⑧式得BE=a 即出射點(diǎn)在BC邊上離B點(diǎn)a的位置。 答案:見(jiàn)解析 9. 如圖所示,一段橫截面為正方形的玻璃棒,中間部分彎成圓弧狀,一細(xì)束單色光由MN端面的中點(diǎn)垂直射入,恰好能在弧面EF上發(fā)生全反射,然后垂直PQ端面射出。 (1)求該玻璃棒的折射率。 (2)若將入射光向N端平移,當(dāng)?shù)谝淮紊涞交∶鍱F上時(shí)　　　　(選填“能”“不能”或“無(wú)法確定能否”)發(fā)生全反射。 解析:(1)因?yàn)榧?xì)束單色光由MN端面中點(diǎn)垂直射入,所以到達(dá)弧面EF界面時(shí)入射角為45°,又因?yàn)榍『冒l(fā)生全反射

10、,所以45°為臨界角C,由sin C=可知,該玻璃棒的折射率n=。 (2)若將入射光向N端平移,第一次射到弧面EF上的入射角將增大,即大于臨界角45°,所以發(fā)生全反射。 答案:(1)　(2)能 B組(15分鐘) 1.關(guān)于光的全反射和光纖的應(yīng)用,下列說(shuō)法正確的是(　　) A.光由不同介質(zhì)射入真空或空氣時(shí)臨界角不同 B.入射角大于臨界角,不一定發(fā)生全反射 C.玻璃是光密介質(zhì) D.光纖通信是光導(dǎo)纖維的唯一應(yīng)用 E.光導(dǎo)纖維的工作原理是光的全反射 解析:不同介質(zhì)的折射率不同,所以光由不同的介質(zhì)射入真空或空氣時(shí)臨界角不同,A項(xiàng)正確;入射角大于臨界角,不一定發(fā)生全反射,還要光從光密介質(zhì)

11、進(jìn)入光疏介質(zhì)才能發(fā)生全反射,B項(xiàng)正確;光疏介質(zhì)、光密介質(zhì)是相對(duì)的,只有一種介質(zhì)不能說(shuō)是光疏介質(zhì)還是光密介質(zhì),C項(xiàng)錯(cuò)誤;光纖通信是光導(dǎo)纖維的主要應(yīng)用,光導(dǎo)纖維還可應(yīng)用到內(nèi)窺鏡、潛望鏡等,D項(xiàng)錯(cuò)誤;光導(dǎo)纖維的工作原理是光的全反射,E項(xiàng)正確。 答案:ABE 2.一束細(xì)光束由真空沿著徑向射入一塊半圓柱形透明體,如圖甲所示,對(duì)其射出后的折射光線的強(qiáng)度進(jìn)行記錄,發(fā)現(xiàn)折射光線的強(qiáng)度隨著θ的變化而變化,如圖乙的圖線所示,此透明體的臨界角為　　　　,折射率為　　　　。 解析:由題圖乙的圖線可知,當(dāng)θ小于等于30°時(shí),入射角大于等于60°,折射光線的強(qiáng)度為零,所以此透明體的臨界角為60°,由臨界角公式s

12、in C=,解得n=。 答案:60°　 3.導(dǎo)學(xué)號(hào)38190084 如圖所示,玻璃材料制成的一棱鏡的截面圖,一細(xì)光束從圓弧AB的中點(diǎn)E點(diǎn)沿半徑射入棱鏡后,恰好在圓心O點(diǎn)發(fā)生全反射,經(jīng)CD面反射,再?gòu)膱A弧的F點(diǎn)射出,已知,OA=a,OD=a。求: (1)出射光線與法線夾角的正弦值; (2)光在棱鏡中傳播的時(shí)間。 解析:(1)作出光路圖如圖。 根據(jù)幾何關(guān)系可知,臨界角為C=45°。 根據(jù)全反射定律得n=, OG=OD=a,sin α= 根據(jù)折射定律得n= 解得sin β=。 (2)光在棱鏡中的傳播速度v= 由幾何知識(shí)得,光線傳播的長(zhǎng)度為l=a+a+a 光在棱鏡中

13、傳播的時(shí)間t=。 答案:(1)　(2) 4.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) 解析: 如圖所示,由題意知C為臨界角,則sin C=① 從圖可得sin C=② 聯(lián)立①②得 解得h≈10.6 m。 答案:10.6 m 5.導(dǎo)學(xué)號(hào)38190085如圖所示,一條長(zhǎng)度為l=5.0 m的光導(dǎo)纖維的內(nèi)芯用折射率為n的材料制成,外套的折射率可認(rèn)為與空氣的折射率相等且等于1。一細(xì)束激光從其左端的中心點(diǎn)以i角入射到光導(dǎo)纖維的端面上,并射入其中,設(shè)折

14、射角為α,經(jīng)過(guò)一系列的全反射后從右端面射出。 (1)若n=,i=45°,則該激光在光導(dǎo)纖維中的速度v是多大(取c=3×108 m/s)? (2)若n=,i=45°,則該激光在光導(dǎo)纖維中的傳輸時(shí)間是多少? (3)若要保證不管α取何值時(shí),激光都不會(huì)從光導(dǎo)纖維的側(cè)面漏出,試求n的取值范圍。 解析:(1)由n=可得v≈2.1×108 m/s。 (2)由n=和臨界角公式sin C=可知,光從左端面射入后的折射角α=30°,則側(cè)面的入射角為60°,大于臨界角C=45°。從而,t=≈2.7×10-8 s。 (3)設(shè)折射光線射向側(cè)面時(shí)的入射角為β,如圖所示。 由折射定律:n=。 由幾何關(guān)系:α+β=90°,sin α=cos β。 由全反射臨界角的公式:sin β=,得cos β=,要保證從端面射入的任何光線都能發(fā)生全反射,應(yīng)有i=90°,sin i=1, 故n=。 解得n=,光導(dǎo)纖維的折射率應(yīng)滿足n≥。 答案:(1)2.1×108 m/s　(2)2.7×10-8 s　(3)n≥