2020年高中物理 第十三章 光 第2節(jié) 全反射課后課時(shí)作業(yè)（含解析）新人教版選修3-4

第2節(jié) 全反射A組：合格性水平訓(xùn)練1(光密介質(zhì)與光疏介質(zhì))(多選)下列說(shuō)法正確的是()A因?yàn)樗拿芏却笥诰凭拿芏?，所以水是光密介質(zhì)B因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎?，所以水?duì)酒精來(lái)說(shuō)是光疏介質(zhì)C同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較大D同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較小答案BD解析因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎?，所以水?duì)酒精來(lái)說(shuō)是光疏介質(zhì)，A錯(cuò)誤，B正確；由v可知，同一束光在光密介質(zhì)中的傳播速度較小，故C錯(cuò)誤，D正確。2(全反射的條件)(多選)關(guān)于全反射，下列說(shuō)法中正確的是()A發(fā)生全反射時(shí)，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認(rèn)為不存在折射光線而只有反射光線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光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)，不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D水或玻璃中的氣泡看起來(lái)特別亮，就是因?yàn)楣鈴乃虿Ａ湎驓馀輹r(shí)，在界面處發(fā)生了全反射答案CD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)，且入射角大于或等于臨界角，發(fā)生全反射時(shí)全部光線均不進(jìn)入光疏介質(zhì)，故A、B錯(cuò)誤，C正確；當(dāng)光線經(jīng)由水或玻璃射向氣泡時(shí)，由于水和玻璃的折射率均大于空氣的折射率，部分光線在界面處發(fā)生全反射，所以氣泡會(huì)顯得特別亮，D正確。3(臨界角)光在某種介質(zhì)中傳播時(shí)的速度為1.5×108 m/s，那么，光從此種介質(zhì)射向空氣并發(fā)生全反射的臨界角應(yīng)為()A60° B45° C30° D75°答案C解析根據(jù)n，sinC，得sinC，解得C30°，C正確。4(全反射的應(yīng)用)如圖所示，自行車的尾燈采用了全反射棱鏡的原理。它雖然本身不發(fā)光，但在夜間騎行時(shí)，從后面開(kāi)來(lái)的汽車發(fā)出的強(qiáng)光照到尾燈后，會(huì)有較強(qiáng)的光被反射回去，使汽車司機(jī)注意到前面有自行車。下面說(shuō)法中正確的是()A汽車燈光應(yīng)從左面射過(guò)來(lái)在尾燈的左表面發(fā)生全反射B汽車燈光應(yīng)從左面射過(guò)來(lái)在尾燈的右表面發(fā)生全反射C汽車燈光應(yīng)從右面射過(guò)來(lái)在尾燈的左表面發(fā)生全反射D汽車燈光應(yīng)從右面射過(guò)來(lái)在尾燈的右表面發(fā)生全反射答案C解析汽車燈光應(yīng)從右面射向自行車尾燈，光在尾燈內(nèi)部左表面發(fā)生全反射，使自行車后面的汽車司機(jī)發(fā)現(xiàn)前面有自行車，避免事故的發(fā)生，A、B、D錯(cuò)誤，C正確。5(全反射的應(yīng)用)光導(dǎo)纖維的結(jié)構(gòu)如圖所示，其內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播。以下關(guān)于光導(dǎo)纖維的說(shuō)法正確的是()A內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射B內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射C內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生折射D內(nèi)芯的折射率與外套的相同，外套的材料有韌性，可以起保護(hù)作用答案A解析光導(dǎo)纖維是利用光從光密介質(zhì)(內(nèi)芯)射入光疏介質(zhì)(外套)時(shí)發(fā)生全反射的現(xiàn)象來(lái)傳遞信息的，B、C、D錯(cuò)誤，A正確。6(全反射的計(jì)算)為測(cè)量一塊等腰直角三棱鏡ABC的折射率，用一束光沿平行于BC邊的方向射向AB邊，如圖所示。光束進(jìn)入棱鏡后射到AC邊時(shí)，剛好能發(fā)生全反射。該棱鏡的折射率為()A. B. C. D.答案D解析作出光路圖，如圖所示，根據(jù)題意和幾何關(guān)系可知，i45°，n，sinC，r90°C，聯(lián)立以上各式，可得n，A、B、C錯(cuò)誤，D正確。7(全反射的計(jì)算)如圖所示，一束光從空氣中垂直入射到折射率為的直角三棱鏡。求從棱鏡第一次射出的光線與原入射方向的偏轉(zhuǎn)角度。答案30°解析如圖所示，光線射到斜邊時(shí)，i60°設(shè)全反射的臨界角為C，因?yàn)椋簊inC，sini，可得sini>sinC，即iC，故光射到斜邊上時(shí)發(fā)生全發(fā)射。由幾何關(guān)系知，光反射到另一直角邊時(shí)的入射角：i30°設(shè)光從另一直角邊射出時(shí)的折射角為r，則由折射率的定義有，得：r60°所以從棱鏡第一次射出的光線與原入射方向的偏轉(zhuǎn)角為：90°60°30°。8(色光的全反射)半徑為R的固定半圓柱形玻璃磚的橫截面如圖所示，O點(diǎn)為圓心，OO為直徑MN的垂線，足夠大的光屏PQ緊靠在玻璃磚的右側(cè)且與MN垂直。一束復(fù)色光沿半徑方向與OO成30°角射向O點(diǎn)，已知復(fù)色光包含折射率從n1到n2的光束，因而光屏上出現(xiàn)了彩色光帶。(1)求彩色光帶的寬度；(2)當(dāng)復(fù)色光入射角逐漸增大時(shí)，光屏上的彩色光帶將變成一個(gè)光點(diǎn)，求角至少為多少時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。答案(1)R(2)45°解析(1)由折射定律得n1，n2，代入數(shù)據(jù)，解得145°，260°。故彩色光帶的寬度為Rtan45°Rtan30°R。(2)當(dāng)所有光線均發(fā)生全反射時(shí)，光屏上的光帶消失，反射光束將在PN上形成一個(gè)光點(diǎn)。當(dāng)折射率為n1的單色光在玻璃表面上恰好發(fā)生全反射時(shí)，對(duì)應(yīng)的值最小，因?yàn)閟inC1，所以C145°，故的最小值minC145°。B組：等級(jí)性水平訓(xùn)練9(全反射的計(jì)算)在桌面上有一倒立的玻璃圓錐，其頂點(diǎn)恰好與桌面接觸，圓錐的軸(右圖中虛線)與桌面垂直，過(guò)軸線的截面為等邊三角形，如圖所示。有一半徑為r的圓柱形平行光束垂直入射到圓錐的底面上，光束的中心軸與圓錐的軸重合。已知玻璃的折射率為1.5，則光束在桌面上形成的光斑半徑為()Ar B1.5r C2r D2.5r答案C解析因?yàn)閚1.5，根據(jù)sinC可知臨界角C<60°。由題意光束第一次射到圓錐側(cè)面上的入射角為60°，大于臨界角，所以光路如圖所示，左側(cè)光線在圓錐面A點(diǎn)發(fā)生全反射，在OAB中，r，AOB60°，利用幾何關(guān)系可求得r，在ABC中，ACB30°，利用幾何關(guān)系可求得3r，由此可知光束在桌面上形成的光斑半徑為R2r，C正確。10(光的折射與全反射綜合)(多選)如圖所示是一玻璃球體，其半徑為R，O為球心，AB為水平直徑。M點(diǎn)是玻璃球的最高點(diǎn)，來(lái)自B點(diǎn)的光線BD從D點(diǎn)射出，出射光線平行于AB，已知ABD30°，光在真空中的傳播速度為c，則()A此玻璃的折射率為B光線從B到D需用時(shí)C若增大ABD，光線不可能在DM段發(fā)生全反射現(xiàn)象D若減小ABD，從AD段射出的光線均平行于AB答案AB解析由題圖可知光線在D點(diǎn)的入射角為i30°，折射角為r60°，由折射率的定義得n，故n，A正確；光線在玻璃球中的傳播速度為vc，由題圖知BDR，所以光線從B到D需用時(shí)t，B正確；若增大ABD，入射角增大，當(dāng)光線射向DM段時(shí)，射向M點(diǎn)時(shí)入射角最大，為45°，而臨界角滿足sinC<sin45°，即C<45°，故光線可以在DM段發(fā)生全反射現(xiàn)象，C錯(cuò)誤；ABDi，由圖知DOA2i，只有當(dāng)r2i時(shí)，從AD段射出的光線才平行于AB，又因?yàn)?，解得i30°，即要使出射光線平行于AB，則入射角必為30°，即ABD必為30°，D錯(cuò)誤。11(光的折射與全反射的綜合應(yīng)用)一個(gè)由某種材料制成的半圓柱形透明磚，其橫截面是半徑R20 cm的半圓，AB為半圓的直徑，O為圓心，如圖所示。一束平行單色光垂直射向透明磚的下表面，若光線到達(dá)上表面后，能從該表面射出的入射光束在AB上的最大寬度為20 cm。(1)求該透明材料的折射率；(2)一細(xì)束光線(與題中光線相同)在O點(diǎn)左側(cè)與O相距10 cm處垂直于AB從AB下方入射，求此光線從透明磚射出點(diǎn)的位置。答案(1)2(2)光線從透明磚射出點(diǎn)的位置在O點(diǎn)右側(cè)到O點(diǎn)的距離為10 cm處解析(1)在O點(diǎn)左側(cè)，設(shè)從E點(diǎn)射入的光線進(jìn)入透明磚后在上表面的入射角恰好等于全反射的臨界角C，則OE區(qū)域的入射光線經(jīng)上表面折射后都能從透明磚射出，如圖甲所示，由臨界角與折射率的關(guān)系有：sinC由幾何關(guān)系有：OERsinC由對(duì)稱性可知，能從上表面射出的入射光束在AB上的最大寬度為L(zhǎng)2OE，解得n2，C30°。(2)設(shè)光線在O點(diǎn)左側(cè)距O點(diǎn)10 cm的C點(diǎn)射入后，在上表面的入射角為，由幾何關(guān)系得45°>C。光線在透明磚內(nèi)會(huì)發(fā)生兩次全反射，最后由G點(diǎn)射出，如圖乙所示。由反射定律和幾何關(guān)系得：OGOC10 cm，即光線從透明磚射出點(diǎn)的位置在O點(diǎn)右側(cè)距離O點(diǎn)為10 cm處。12(光的折射與全反射的綜合應(yīng)用)一厚度均勻的圓形玻璃管內(nèi)徑為16 cm，外徑為24 cm。一條光線從玻璃管壁中點(diǎn)入射，光線AB與豎直方向成60°角，與直徑MN在同一豎直面內(nèi)，如圖所示。該玻璃的折射率為，真空中光速c3.0×108 m/s。(1)光線經(jīng)玻璃管內(nèi)壁折射后從另一側(cè)內(nèi)壁下端射出玻璃管，求玻璃管的長(zhǎng)度；(2)保持入射點(diǎn)不動(dòng)，調(diào)整入射角。求光線AB在玻璃管內(nèi)壁處恰好發(fā)生全反射時(shí)，光線在玻璃中傳播的時(shí)間。(以上結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)答案(1)0.30 m(2)1.5×109 s解析(1)光在兩個(gè)界面的入射角和折射角分別是1和2、3和4，如圖1所示，其中160°，根據(jù)折射定律得：n解得：245°n由幾何知識(shí)有：2390°聯(lián)立解得：460°玻璃管的長(zhǎng)度為：LD1tan4(216) cm0.30 m。(2)作光路圖如圖2所示，當(dāng)光線AB在管內(nèi)壁處恰發(fā)生全反射時(shí)，光線在玻璃管中通過(guò)的路程為x另有：sinC，v，xvt則光線在玻璃中傳播的時(shí)間為：t(18)×1010 s1.5×109 s。- 8 -