13.2 全反射 课堂限时检测（Word版含解析）

全反射
(40分钟　100分)
基础练
一、选择题(本题共7小题,每小题8分,共56分)
1.关于全反射,下列叙述中正确的是 (　　)
A.发生全反射时仍有折射光线,只是折射光线非常弱
B.光从光密介质射向光疏介质时,一定会发生全反射现象
C.光从光密介质射向光疏介质时,可能不发生全反射现象
D.光从光疏介质射向光密介质时,可能发生全反射现象
2.(2021·南宁高二检测)如图所示,置于空气中的厚玻璃砖,AB、CD分别是玻璃砖的上、下表面,且AB∥CD。光线经AB表面射向玻璃砖,折射光线射到CD表面时,下列说法正确的是(　　)
A.不可能发生全反射
B.有可能发生全反射
C.只要入射角i足够大就能发生全反射
D.不知玻璃折射率,无法判断
3.有一束波长为6×10-7 m的单色光从空气射入某种透明介质,入射角为45°,折射角为30°,则下列说法正确的是 (　　)
A.介质的折射率是
B.这束光在介质中传播的速度是1.5×108 m/s
C.这束光的频率是5×1014 Hz
D.这束光发生全反射的临界角是30°
4.如图所示,光液面传感器有一个像试管模样的玻璃管,中央插一块两面反光的玻璃板,入射光线在玻璃管内壁与反射光板之间来回发生反射,进入到玻璃管底部,然后在另一侧反射而出(与光纤原理相同)。当透明液体的折射率大于管壁玻璃的折射率时,就可以通过光液面传感器监测出射光的强弱来判定玻璃管是否被液体包住了,从而了解液面的高度。以下说法正确的是 (　　)
A.玻璃管被液体包住之后,出射光强度增强
B.玻璃管被液体包住之后,出射光消失
C.玻璃管被液体包住之后,出射光强度减弱
D.玻璃管被液体包住之后,出射光强度不变
5.折射率n=的直角玻璃三棱镜截面如图所示,一条光线从AB面入射,入射角为i(图中未标出),ab为其折射光线,ab与AB面的夹角θ=60°。则(　　)
A.i=45°,光在AC面上不发生全反射
B.i=45°,光在AC面上发生全反射
C.i=30°,光在AC面上不发生全反射
D.i=30°,光在AC面上发生全反射
6.如图所示,一束光从空气垂直射到直角棱镜的AB面上,已知棱镜材料的折射率为1.4,则这束光进入棱镜后的光路图应为 (　　)
7.如图所示,一个透明玻璃球的折射率为,一束足够强的细光束在过球心的平面内,以45°入射角由真空射入玻璃球后,在玻璃球与真空的交界面处发生多次反射和折射,从各个方向观察玻璃球,能看到从玻璃球内射出的光线的条数是
(　　)
A.2　　　　B.3　　　　C.4　　　　D.5
二、非选择题(14分)
8.一个半径为r的薄软木圆片,在它的圆心处插入一枚大头针。让它们浮在水面上,如图所示。调整大头针露出的长度,直至从水面上方的各个方向向水中看,都恰好看不到大头针,这是因为发生了全反射现象。若此时木片下方大头针的长度为h,求水的折射率。
提升练
9.(15分)(1)(多选)关于全反射,下列说法中正确的是 (　　)
A.发生全反射时,仍有折射光线,只是折射光线非常弱,因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线
B.光线从光密介质射向光疏介质时,一定会发生全反射
C.光线从光密介质射向光疏介质时,不一定会发生全反射
D.光线从光疏介质射向光密介质时,不可能发生全反射
E.水或玻璃中的气泡看起来特别亮,是因为光从水或玻璃射向气泡时在界面发生了全反射
(2)由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光,所以光导纤维中用激光作为高速传输信息的载体。要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出,而不会从侧壁“泄漏”出来,光导纤维所用材料的折射率至少应为多少 (假设光纤外套折射率与空气相同)
10.(15分)(1)(多选)关于光的全反射和光纤的应用,下列说法正确的是(　　)
A.光由不同介质射入真空或空气时临界角不同
B.入射角大于临界角,不一定发生全反射
C.玻璃是光密介质
D.光纤通信是光导纤维的唯一应用
E.光导纤维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观景台,如图所示是截面图,观景台下表面恰好和水面相平,A为观景台右侧面在湖底的投影,水深h=4 m,在距观景台右侧面x=4 m处有一可沿竖直方向上下移动的单色点光源S,点光源S可从距水面高3 m处下移到接近水面,在移动过程中,观景台水下被照亮的最远距离为AC,最近距离为AB,若AB=3 m,求:
①水的折射率n;
②光能照亮的最远距离AC(结果可以保留根式)。
11.如图是一个半径为R的半球形透明物体的截面图,其轴线OA水平。现用一细束单色光水平入射到距O点R处的C点,此时透明体左侧恰好不再有光线射出。
(1)求透明体对该单色光的折射率。
(2)将细光束平移到距O点处,求出射光线与OA轴线的交点距O点的距离。
参考答案：
基础练
一、选择题(本题共7小题,每小题8分,共56分)
1.关于全反射,下列叙述中正确的是 (　　)
A.发生全反射时仍有折射光线,只是折射光线非常弱
B.光从光密介质射向光疏介质时,一定会发生全反射现象
C.光从光密介质射向光疏介质时,可能不发生全反射现象
D.光从光疏介质射向光密介质时,可能发生全反射现象
【解析】选C。发生全反射时折射光线的能量为零,折射光线消失,所以选项A错误;发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质,且入射角大于或等于临界角,二者缺一不可,所以选项B、D错误,选项C正确。故选C。
2.(2021·南宁高二检测)如图所示,置于空气中的厚玻璃砖,AB、CD分别是玻璃砖的上、下表面,且AB∥CD。光线经AB表面射向玻璃砖,折射光线射到CD表面时,下列说法正确的是(　　)
A.不可能发生全反射
B.有可能发生全反射
C.只要入射角i足够大就能发生全反射
D.不知玻璃折射率,无法判断
【解析】选A。临界角等于光从真空射入介质折射时最大的折射角,由图看出,入射光线在AB面上的折射角一定小于临界角,由题AB∥CD,折射光线射到CD表面时入射角与AB面上的折射角相等,所以入射角一定小于临界角,所以折射光线射到CD表面时一定不会发生全反射。故选A。
3.有一束波长为6×10-7 m的单色光从空气射入某种透明介质,入射角为45°,折射角为30°,则下列说法正确的是 (　　)
A.介质的折射率是
B.这束光在介质中传播的速度是1.5×108 m/s
C.这束光的频率是5×1014 Hz
D.这束光发生全反射的临界角是30°
【解析】选C。该介质的折射率为n==,A错误;光在介质中传播的速度是v== m/s=×108 m/s,该束光的频率为f== Hz=5×1014 Hz,B错误,C正确;因为sin C==,该束光的全反射临界角为45°,D错误。
4.如图所示,光液面传感器有一个像试管模样的玻璃管,中央插一块两面反光的玻璃板,入射光线在玻璃管内壁与反射光板之间来回发生反射,进入到玻璃管底部,然后在另一侧反射而出(与光纤原理相同)。当透明液体的折射率大于管壁玻璃的折射率时,就可以通过光液面传感器监测出射光的强弱来判定玻璃管是否被液体包住了,从而了解液面的高度。以下说法正确的是 (　　)
A.玻璃管被液体包住之后,出射光强度增强
B.玻璃管被液体包住之后,出射光消失
C.玻璃管被液体包住之后,出射光强度减弱
D.玻璃管被液体包住之后,出射光强度不变
【解析】选C。玻璃管被液体包住之前,由于玻璃管之外是光疏介质空气,光线发生全反射,没有光线从玻璃管中射出。当玻璃管被透明液体包住之后,如果液体的折射率大于玻璃的折射率,光线不再发生全反射,有一部分光线进入液体,反射光的强度会减弱,故C项正确。
5.折射率n=的直角玻璃三棱镜截面如图所示,一条光线从AB面入射,入射角为i(图中未标出),ab为其折射光线,ab与AB面的夹角θ=60°。则(　　)
A.i=45°,光在AC面上不发生全反射
B.i=45°,光在AC面上发生全反射
C.i=30°,光在AC面上不发生全反射
D.i=30°,光在AC面上发生全反射
【解析】选B。由折射定律可知:n=
解得:i=45°
由sinC=
可知,光线在AC面上发生全反射的临界角为C=45°。由于ab在AC面上的入射角为60°,所以光线ab在AC面上发生了全反射,不能从AC面上折射出去。故选B。
6.如图所示,一束光从空气垂直射到直角棱镜的AB面上,已知棱镜材料的折射率为1.4,则这束光进入棱镜后的光路图应为 (　　)
【解析】选D。光线垂直AB面射入,在到达AC面上时入射角i=60°,因光线的临界角C满足sinC=,C=45°,i>C,所以光线在AC面发生全反射;光线到达BC面上的入射角i′=30°,由于i′7.如图所示,一个透明玻璃球的折射率为,一束足够强的细光束在过球心的平面内,以45°入射角由真空射入玻璃球后,在玻璃球与真空的交界面处发生多次反射和折射,从各个方向观察玻璃球,能看到从玻璃球内射出的光线的条数是
(　　)
A.2　　　　B.3　　　　C.4　　　　D.5
【解析】选B。sinC==,C=45°;n=,θ=30°。光路图如图所示。所以从玻璃球内射出的光线共3条。
二、非选择题(14分)
8.一个半径为r的薄软木圆片,在它的圆心处插入一枚大头针。让它们浮在水面上,如图所示。调整大头针露出的长度,直至从水面上方的各个方向向水中看,都恰好看不到大头针,这是因为发生了全反射现象。若此时木片下方大头针的长度为h,求水的折射率。
【解析】由题意作出光路图如图所示,这时入射角等于临界角,
由几何关系可得
sinC=,又sinC=
由以上两式解得水的折射率为n=。
答案:
提升练
9.(15分)(1)(多选)关于全反射,下列说法中正确的是 (　　)
A.发生全反射时,仍有折射光线,只是折射光线非常弱,因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线
B.光线从光密介质射向光疏介质时,一定会发生全反射
C.光线从光密介质射向光疏介质时,不一定会发生全反射
D.光线从光疏介质射向光密介质时,不可能发生全反射
E.水或玻璃中的气泡看起来特别亮,是因为光从水或玻璃射向气泡时在界面发生了全反射
(2)由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光,所以光导纤维中用激光作为高速传输信息的载体。要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出,而不会从侧壁“泄漏”出来,光导纤维所用材料的折射率至少应为多少 (假设光纤外套折射率与空气相同)
【解析】(1)选C、D、E。光从光密介质射向光疏介质时,当入射角增大到某一角度后,折射光线完全消失,只剩下反射光线的现象叫全反射,故A错;光线从光密介质射向光疏介质时入射角必须大于等于临界角才能发生全反射,故B错,C对;光线从光疏介质射向光密介质时,不可能发生全反射,故D对;当光从水或玻璃射向气泡时,在界面上发生了全反射,使气泡看起来特别亮,选项E对。(2)设激光束在光导纤维前端的入射角为θ1,折射角为θ2,折射光线射向侧面时的入射角为θ3,如图所示。
由折射定律n=
由几何关系θ2+θ3=90°,则sin θ2=cos θ3
由全反射临界角公式sin θ3=,故cos θ3=
要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射,应有θ1=90°,sin θ1=1,
故n====,
解得n=。
答案:(1)C、D、E　(2)
10.(15分)(1)(多选)关于光的全反射和光纤的应用,下列说法正确的是(　　)
A.光由不同介质射入真空或空气时临界角不同
B.入射角大于临界角,不一定发生全反射
C.玻璃是光密介质
D.光纤通信是光导纤维的唯一应用
E.光导纤维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观景台,如图所示是截面图,观景台下表面恰好和水面相平,A为观景台右侧面在湖底的投影,水深h=4 m,在距观景台右侧面x=4 m处有一可沿竖直方向上下移动的单色点光源S,点光源S可从距水面高3 m处下移到接近水面,在移动过程中,观景台水下被照亮的最远距离为AC,最近距离为AB,若AB=3 m,求:
①水的折射率n;
②光能照亮的最远距离AC(结果可以保留根式)。
【解析】(1)选A、B、E。不同介质的折射率不同,所以光由不同的介质射入真空或空气时临界角不同,A项正确;入射角大于临界角,不一定发生全反射,还要光从光密介质进入光疏介质才能发生全反射,B项正确;光疏介质、光密介质是相对的,只有一种介质不能说是光疏介质还是光密介质,C项错;光纤通信是光导纤维的主要应用,光导纤维还可应用到内窥镜、潜望镜等,D项错;光导纤维的工作原理是光的全反射,E项正确。
(2)①点光源S在距水面高3 m处发出的光在观景台右侧面与水面交接处折射到水里时,被照亮的距离为最近距离AB,此时
sinθ1===
sinθ2===
由于n=,所以水的折射率n=。
②点光源S接近水面时,光在观景台右侧面与水面交接处折射到水里时,被照亮的距离为最近距离AC,此时,入射角为90°,折射角为临界角C
则n==,可得sinC=
而sinC=,则= m。
答案:(1)A、B、E　(2)①　② m
11.如图是一个半径为R的半球形透明物体的截面图,其轴线OA水平。现用一细束单色光水平入射到距O点R处的C点,此时透明体左侧恰好不再有光线射出。
(1)求透明体对该单色光的折射率。
(2)将细光束平移到距O点处,求出射光线与OA轴线的交点距O点的距离。
【解析】(1)如图所示,光束由C处水平射入,在B处发生全反射,∠OBC为临界角
由几何关系得:sin C==
故:n==
(2)如图所示,光束由D点水平射入,在E点发生折射,入射角为∠OED=α,
折射角为∠MEF=β,
由几何关系得:sin α==,
解得:α=30°,
由折射定律得:n==,
解得:β=60°,
由几何关系可知:∠FOE=α,∠OFE=β-α=α,
则出射光线与OA轴线的交点F与O点的距离为:
OF=2Rcos 30°=R。
答案:(1)　(2)R
【总结提升】应用光的折射和全反射理论解题技巧
(1)折射率公式的应用:折射率公式为n=(i为真空中的入射角,r为某介质中
的折射角)。根据光路可逆原理,入射角、折射角是可以随光路的逆向而“换位”
的。我们可以这样来理解、记忆:n=或=。
(2)分析、计算问题的应用:分析、计算时要掌握好n的两种表达式及有关数学知识,如三角函数(尤其是特殊角的函数)。
PAGE