2021-2022学年人教版(2019)选择性必修第一册
4.2全反射 同步练习(解析版)
1.水下一点光源,发出a、b两单色光。人在水面上方向下看,水面中心Ⅰ区域有a光、b光射出,Ⅱ区域只有a光射出,如图所示。下列判断正确的是( )
A.a、b光从Ⅰ区域某点倾斜射出时,a光的折射角大
B.在真空中,a光的波长大于b光的波长
C.水对a光的折射率大于对b光的折射率
D.水下b光不能射到图中Ⅱ区域
2.为了测定某上表面平整的透明胶状介质的折射率,往该介质中垂直插入一长的细铁丝,在介质上表面以细铁丝为圆心,用墨水涂出一个半径的圆,从上表面恰好看不见细铁丝,如图所示。胶状介质的折射率为( )
A.2 B. C. D.
3.如图所示,两束单色光a、b从水面下射向A点,光线经折射后合成一束光,则正确的是 ( )
A.在水中a光的波速比b光的波速小
B.a光的频率比b光的频率低
C.a光的折射率大于b光的折射率
D.当a、b两束光以相同的入射角从水中射到A点,入射角从0开始逐渐增大,最先消失的是a光
4.一束光线从空气射向折射率为的玻璃内,入射角为45°,下面光路图中正确的是( )
A. B.
C. D.
5.如图所示,一束细白光从半圆形玻璃砖顶点垂直于PQ向圆心O射去。保持入射光不变让玻璃砖绕圆心逆时针缓慢转动,当转过角时,恰好没有任何光线从PQ边射出。由此可以判定( )
A.红光的临界角是 B.红光的临界角是
C.紫光的临界角是 D.紫光的临界角是
6.已知某种介质的折射率为,在这种介质与空气的交界面上MN上有光线入射,在如下图所示的光路中,哪个是正确的(MN上部分是空气,MN下部是介质)( )
A. B.
C. D.
7.如图甲所示是由透明材料制成的半圆柱体,一束细光束由真空沿着径向与AB成 θ 角射入,对射出的折射光线的强度随 θ 角的变化进行记录,得到的关系如图乙所示。图丙是这种材料制成的透明体,左侧是半径为R的半圆,右侧是长为8R、高为2R的长方体,一束单色光从左侧A'点沿半径方向与长边成37°角射入透明体。已知光在真空中的传播速度为c,sin37°=0.6,cos37°=0.8,下列说法正确的是( )
A.该透明材料的临界角为37° B.该透明材料的折射率为1.5
C.光在透明体中传播的路程为10R D.光在透明体中传播的时间为
8.为了研究某种透明新材料的光学性质,将其压制成半圆柱形,如图甲所示。一束激光由真空沿半圆柱体的径向与其底面过O的法线成角射入。为光学传感器,可以探测光的强度。从面反射回来的光强随角变化的情况如图乙所示。则下列说法正确的是( )
A.图甲中若减小入射角,则反射光线和折射光线之间的夹角也将变小
B.图甲中若减小入射角到0°,则光线将全部从界面透射出去
C.该新材料的折射率
D.该新材料的折射率
9.如图所示,是两个城市间的光缆中的一条光导纤维的一段,光缆总长为L,它的玻璃芯的折射率为n1,外层材料的折射率为n2.若光在空气中的传播速度近似为c,则对于光由它的一端射入经多次全反射后从另一端射出的过程中,则下列判断中正确的是( )
A.n1< n2,光通过光缆的时间等于
B.n1< n2,光通过光缆的时间大于
C.n1> n2,光通过光缆的时间等于
D.n1> n2,光通过光缆的时间大于
10.如图1所示,某种油量计是由许多透明等厚的薄塑料片叠合而成的,每个薄片的形状如图 2 所示,其底部为等腰直角三角形,薄片的长度不等。把这一油量计固定在油箱内,通过观察窗口可以清晰看到油量计的上表面有一条明暗分界线,从而可知箱内剩余油的多少。已知塑料的折射率为 n,当油箱中有半箱油时,油量计的上表面( )
A.左明右暗,且n B.左明右暗,且n
C.左暗右明,且n D.左暗右明,且n
11.如图所示,实线为空气和水的分界面,一束绿光从水中的A点沿AO1方向(O1点在分界面上,图中O1点和入射光线都未画出)射向空气,折射后通过空气中的B点,图中O点为A、B连线与分界面的交点,下列说法正确的是( )
A.O1点在O点的右侧
B.绿光从水中射入空气中时,速度变大
C.若增大入射角可能在空气中的任何位置都看不到此绿光
D.若沿AO1方向射向空气的是一束蓝光,则折射光线有可能通过B点正上方的C点
12.如图所示,有一束平行于等边三棱镜截面ABM的单色光从空气射向E点,并偏折到F点。已知入射方向与AB边的夹角为θ=30°,E、F分别为边AB、BM的中点,则( )
A.该三棱镜对该单色光的折射率为
B.光在F点发生全反射
C.光从空气进入棱镜,波长变短
D.从F点出射的光束相对于入射到E点的光束的偏向角为60°
13.方形透明容器充满某种透明液体,液体的深度,在容器底部中心有一个点状复色(两种颜色)激光光源,光源的大小可忽略不计,液面上形成的光斑俯视图如图所示,测得液面内部光斑a的直径,外部光环b的宽,下列说法正确的是( )
A.光斑a由两种色光组成,光环b由单色光形成
B.若仅将液体的深度h变大,则光斑的面积变大,光环宽度不变
C.液体对两种色光的折射率不同,较大者与较小者之比为
D.若光环b为单色光,这种光在液体中的传播速度比另一种色光的传播速度小
14.如图所示,半圆玻璃砖可绕过圆心的垂直轴转动,圆心O与足够大光屏的距离d=20cm,初始半圆玻璃砖的直径与光屏平行时,一束光对准圆心、垂直于光屏射向玻璃砖,在光屏上O1点留下一光点,保持入射光方向不变,让玻璃砖绕O点顺时针方向转动时,光屏上光点也会移动,当玻璃砖转过角时,光屏上光点位置距离O1点为20cm,(sin=) 则( )
A.玻璃砖转动后,光屏上的光点会相对于向上移动
B.该玻璃砖的折射率为
C.该玻璃砖的折射率为
D.当玻璃砖绕O点相对初始位置转过的角度α的正弦值为时,光屏上的光点消失
15.我们常说的“光纤通信”是利用了光的______原理。
16.与其他电信号传输系统相比,光纤具有哪些优势 请举例说明。
17.一光导纤维可简化为一长玻璃丝,如图所示,长为,折射率为,代表一端面.已知光在真空中的传播速度为。求光线从端面传播到另一端面所需的最长时间。
参考答案
1.B
【详解】
AC.根据题述可知,b光发生全反射的临界角较小,由sinC=可知,水对b光的折射率较大,对a光的折射率较小,a、b光从Ⅰ区域某点倾斜射出时,a光的折射角小,AC错误;
B.由折射率随光的频率的增大而增大可知,a光的频率较小,波长较长,B正确;
D.水下b光能射到题图中Ⅱ区域,由于水下b光在题图中Ⅱ区域发生了全反射,Ⅱ区域只有a光射出,D错误。
故选B。
2.B
【详解】
光路如图
胶状介质的折射率为
故选B。
3.B
【详解】
ABC.b光的偏折程度大于a光的偏折程度,所以b光的折射率大于a光的折射率.a光的折射率小,a光的频率小,根据知a光在介质中的速度大.故AC错误,B正确.
D.根据知,a光的折射率小于b光的折射率,所以在水中a光的临界角大于b光的临界角.当a、b两束光以相同的入射角从水中射到A点,入射角从0°开始逐渐增大,最先消失的是b光,故D错误.
故选B.
【名师点睛】
解决本题的突破口在于通过光的偏折程度得出光的折射率大小,从而根据、比较出光在介质中的速度大小以及临界角的大小.
4.C
【详解】
光由空气射向玻璃,是光疏介质射入密介质,不可能发生全反射,即在界面同时发生折射和反射,折射角小于入射角,反射角等于入射角,故C项正确,ACD错误。
故选C。
5.A
【详解】
当转过角时,可以知道光线在PQ界面上的入射角为。恰好没有任何光线从PQ边射出,可以知道临界角为,因为紫光的折射率最大,根据
由此可知:紫光的临界角最小,最先消失的是紫光,现在都没有光射出,说明临界角最大的红光也没有射出,所以可以知道红光的临界角为。故A项符合题意,BCD项不符合题意。
故选A。
6.C
【详解】
AB.当发生全反射时,由
解得
当光从光密介质向光疏介质,且入射角时发生全反射,故AB错误;
CD.再由折射定律,可推知,只C光路图是正确的,D错误;
故选C。
7.D
【详解】
A.由乙图可知,当θ=37°时,折射光线才开始出现,说明此时恰好发生全反射,即该透明材料的临界角为
C=90°-37°=53°
A错误;
B.根据全反射临界角公式
可得该透明材料的折射率n=1.25,B错误;
C.因为临界角是53°,光线在长方体玻璃砖中刚好发生三次全反射,光路如图所示,设在长方体中光程为x,其在水平方向的投影为8R,故满足
xcos37°=8R
可得x=10R,再加上半圆中的光程R,故光在透明体中传播的总路程为11R,C错误;
D.光在玻璃中的传播速度,光在透明体中传播的时间为
D正确。
故选D。
8.C
【详解】
A.甲中若减小入射角,根据折射定律和反射定律可知反射角和折射角都变小,则反射光线和折射光线之间的夹角将变大,故A错误;
B.减小入射角到0°时,不会发生折射现象,但是会有反射现象,所以光线不会全部从AB界面投射出去,故B错误;
CD.题图乙可知,当时发生全反射,则有
故C正确,D错误。
故选C。
9.D
【详解】
如图所示,欲使光在和的界面上发生全反射,需有,光在介质中的传播最长路程为,传播速度为,则最长时间,所以光通过光缆的时间大于,故D正确,ABC错误.
10.A
【详解】
在右侧,塑料薄片插入油中,由于油的折射率大于塑料的折射率,光线在塑料和油的界面处发生折射进入油中,人看起来是暗的;而在左侧塑料的折射率又大于空气的折射率,光线在塑料和空气的界面处发生全反射,返回油量计的上端面并射出,故人看起来是明亮的。所以是左明右暗。
要使光线在塑料和空气的界面处发生全反射,临界角必须满足
根据临界角公式
解得
即
选项A正确,BCD错误。
故选A。
11.BC
【详解】
A.光由水射入空气中折射时折射角大于入射角,画出绿光的光路图如下图所示,可见O1点在O点的左侧,故A错误;
B.光在真空中速度最大,当绿光从水中射入空气中时,速度变大,故B正确;
C.光由水中射入空气时,当入射角增大到一定的值会发生全反射,则可能在空气中的任何位置都看不到绿光,故C正确;
D.若沿AO1方向射向水中的是一束蓝光,水对蓝光的折射率大于对绿光的折射率,根据折射定律可知,蓝光的偏折程度大于绿光的偏折程度,所以折射光线不可能通过B点正上方的C点,故D错误。
12.ACD
【详解】
A.在E点作出法线可知入射角为i=60°,折射角为r=30°,由折射定律可知该三棱镜对该单色光的折射率
n==
故A正确;
B.由sin C=可知全反射的临界角大于30°,由光路可知,在边BM上的入射角等于30°,小于全反射的临界角,故不会在F点发生全反射,故B错误;
C.根据公式
n==
得
λ介=
可知光从空气进入棱镜,波长变短,故C正确;
D.从F点出射的光束相对于入射到E点的光束的偏向角为
2(i-r)=60°
故D正确。
故选ACD。
13.AC
【详解】
A.液面形成光斑的原因是光在液体内部射向液面时发生了全反射,最边缘光线对应的入射角等于临界角,折射率小的光对应的临界角大,形成的光斑直径大;折射率大的光对应的临界角小,形成的光斑直径小,因为小光斑部分还有折射率小的色光,所以小光斑a是两种色光组成,光环b是单色光,A正确;
B.设光斑半径为r,边缘光线的光路如图所示
最大入射角为C等于全反射临界角,若h变大,C不变,则r变大,所以光斑面积变大,光环也变大,B错误;
C.根据几何关系可得折射率
由题知两个光亮的半径分别为15cm和21cm,液体深度为20cm,代入上式可求液体对两种色光的折射率之比为35:29,C正确;
D.由题知,b种色光在液面形成的光斑直径较大,对应的临界角较大,所以该种色光在液体中的折射率小,根据
可知该种色光在液体中传播的速度大, D错误。
故选AC。
14.ACD
【详解】
A.如图所示
玻璃砖转动后,光屏上的光点会相对于向上移动,故A正确;
BC.玻璃砖转过30°角时,折射光路如上图所示
入射角
根据几何关系可得
解得
则折射角
根据折射定律可得
可得
故B错误,C正确;
D.发生全反射时,有
此时转过的角度刚好等于临界角,则
故D正确。
故选ACD。
15.全反射
【详解】
我们常说的“光纤通信”是利用了光的全反射原理。
16.见解析
【详解】
与其他电信号传输系统相比,光纤通讯的优势包括:传输频带宽、通讯量大、传输损耗低、中继距离长;线径细、重量轻;抗干扰能力强、抗腐蚀能力强、保密性强等优点。
17.
【详解】
如图所示
设入射角为,折射角为,折射光线射向侧面时的入射角为,折射光线刚好发生全反射时,对应的光的传播时间最长
由折射定律有
由几何关系有
光在介质中传播速度的大小为
光速沿玻璃丝轴线方向的分量为
光的传播时间
时,刚好发生全反射,对应的光的传播时间最长,联立以上各式解得最长时间