--2021-2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修第一册-4.2全反射新学期同步练习能力提升(Word版含答案)

4.2全反射新学期同步练习能力提升--2021~2022学年高二上学期物理人教版（2019）选择性必修一
练习
一、单选题，共10小题
1．2021年春季，树德中学三校区均开展了高二学生的职业规划和体验活动，同学们都收获颇多。这也激起了同学们对科学和科技发展更大的兴趣。某同学在学习光学时，对神奇的光现象也产生了更加浓厚的兴趣，但有关光现象的理解有一项说法是错误的，请帮他指出（　　）
A．水中的气泡看上去比较明亮是因为有一部分光发生了全反射
B．天空中的彩虹和光的色散都是由于发生了全反射
C．光导纤维丝内芯材料的折射率应比外套材料的折射率大
D．海市蜃楼和沙漠蜃景是光在空气中发生折射和全反射形成的光学幻景
2．截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。DE为嵌在三棱镜内部紧贴BB′C′C面的线状单色可见光光源，DE与三棱镜的ABC面垂直，D位于线段BC的中点。图乙为图甲中ABC面的正视图，三棱镜对该单色光的折射率为，只考虑由DE直接射向侧面AA′C′C的光线。下列说法正确的是（　　）
A．光从AA′C′C面出射的区域占该侧面总面积的
B．光从AA′C′C面出射的区域占该侧面总面积的
C．若DE发出的单色光频率变大，AA′C′C面有光出射的区域面积将增大
D．若DE发出的单色光频率变大，AA′C′C面有光出射的区域面积将减小
3．已知介质对某单色光的临界角为C，则不正确的是（　　）
A．该介质对单色光的折射率等于
B．此单色光在该介质中的传播速度等于csinC（c是光在真空中的传播速度）
C．此单色光在该介质中的传播波长是在真空中波长的sinC倍
D．此单色光在该介质中的频率是在真空中的倍
4．如图所示，a、b和c是三块平行玻璃砖，它们相互之间也平行，折射率大小，厚度之比。一束单色光从空气以入射角i射到a的上表面，在中光线的侧移量（入射光线与出射光线间的距离）分别为、、。下列说法正确的是（　　）
A．逐渐增大i，从c下表面射出的光线将消失
B．逐渐减小i，从c下表面射出的光线将消失
C．在i一定时，
D．在i一定时，
5．如图所示，一足够大的水池内盛有某种透明液体，液体的深度为H，在水池的底部放一点光源S，其中一条光线以θ1=30°入射角射到液体与空气的界面上，以折射角θ2=45°发生折射。则下列说法正确的是（　　）
A．液体的折射率为
B．从液体到空气，光的频率变小
C．光在液体中的传播速度为
D．液体表面亮斑的面积为
6．如图甲为一种检测油深度的油量计油量计竖直固定在油桶内，当入射光竖直向下照射时，通过观察油桶上方的矩形窗口亮暗两个区域可确定油图乙是油量计结构图，它是一块锯齿形的透明塑料，锯齿形的底是一个等腰直角三角形，最右边的锯齿刚接触到油桶的底部，已知透明塑料的折射率小于油的折射率，则下列说法正确的是（　　）
A．透明塑料的折射率应小于
B．塑料锯齿和油的界面处发生全反射形成暗区
C．油量增加时，亮区范围变大
D．对于透明塑料和油来说，油是光密介质
7．如图所示，两束单色光a和b从水中射向水面的O点，它们进入空气后的光合成一束光c。根据这一现象可知（　　）
A．在水中时a光和b光的传播速度相同
B．a光的波长比b光短
C．从水中射向空气时，a光全反射的临界角比b光小
D．两束光在从水进入空气时频率均保持不变
8．宝石晶莹剔透，在光线的照射下璀璨夺目。如图所示的多边形为一打磨好的宝石的横截面，其中∠ABC=60°和∠BCD=90°。现有一细光束从AB边上的F点垂直AB边射入，已知该宝石内部介质分布均匀，折射率n=，FB=d，BC=L，光在空气中的传播速度可认为等于在真空中的速度c，下列说法正确的是（　　）
A．光线会从BC边射出
B．光线从CD边射出时与CD边的夹角为60°
C．光线从射入到第一次射出时所走的路程为
D．光线从射入到第一次射出时所需的时间是
9．自行车上的红色尾灯不仅是装饰品，也是夜间骑车的安全指示灯，它能把来自后面的光照反射回去，某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角棱镜（折射率n>）组成，棱镜的横截面如图所示，一平行于横截面的光线从O点垂直AB边射入棱镜，先后经过AC和CB边反射后，从AB边的O′点射出，则出射光线是（　　）
A．平行于AC边的光线① B．平行于入射光线的光线②
C．平行于CB边的光线③ D．沿AB边的光线④
10．如图所示，平面上有一个厚度不计的发光圆环，半径为r，圆心为O。现用一个半径为R的透明半球盖住圆环（球心与圆环圆心重合），若圆环发出的光能全部射出半球，则半球的折射率可能为（　　）
A． B． C． D．
二、多选题，共5小题
11．如图所示，一束单色光从空气中射向折射率为的某种玻璃的表面，i表示入射角，下列说法正确的是（　　）
A．当i>45°时会发生全反射现象
B．无论入射角i是多大，折射角r都不会超过45°
C．欲使折射角r=30°，应以i=45°的角度入射
D．当单色光从空气进入到玻璃时，光的波长将变大
E.当入射角i满足条件tani=时，反射光线和折射光线恰好互相垂直
12．如图所示为一圆柱形中空玻璃管的横截面，管内径为R1，外径为R2，一细束黄色光线在玻璃管上的A点射入圆柱横截面内，入射角为i，为保证在内壁处光不会进入中空部分，下列说法正确的是（　　）
A．若，为保证光不从内壁处进入中空部分，R2可以等于
B．若，为保证光不从内壁处进入中空部分，R2不能大于
C．若将黄光换成蓝光，改变i，使蓝光沿黄光的折射路径到达玻璃管内壁处，当R2等于时，蓝光也不会射入中空部分
D．若R2等于，为保证光不从内壁处进入中空部分，则
13．某玻璃砖的横截面是底角为45°的等腰梯形，如图，一束由红绿两色组成的复色光从AB边中点E平行于BC边射入后，两种色光在BC边均发生全反射后再从CD边射出玻璃砖，其中的红光的射出点是CD边中点F。除了全反射，不考虑光在玻璃砖内的多次反射，则下列说法正确的是（　　）
A．绿光在CD边的出射点在F点下方
B．绿光在CD边出射的方向与BC平行
C．绿光在玻璃砖内传播的时间一定比红光要长
D．绿光在玻璃砖内传播的时间可能和红光相等
14．光线从介质A进入空气中的临界角是37°，光线从介质B进入空气中的临界角是45°，则下列叙述中正确的是（　　）。
A．光线从介质A进入介质B，可能发生全反射
B．光线从介质B进入介质A，可能发生全反射
C．光线从介质A进入介质B，一定同时存在反射光线和折射光线
D．光线从介质B进入介质A，一定同时存在反射光线和折射光
15．中国历史上有很多古人对很多自然现象有深刻认识。唐人张志和在《玄真子涛之灵》中写道：“雨色映日而为虹”。从物理学角度看，虹是太阳光经过雨滴的两次折射和一次反射形成的。如图是彩虹成因的简化示意图，其中a、b是两种不同频率的单色光，则关于这两种色光，下列说法正确的是（　　）
A．在同种玻璃中传播，a光的波长一定小于b光波长
B．在同种玻璃中传播，a光的传播速度一定小于b光速度
C．以相同角度斜射到同一玻璃板，透过两个平行的表面后，a光侧移量大
D．以相同的入射角从水中射入空气，若在空气中只能看到一种频率的光，则一定是a光
三、填空题，共3小题
16．我国的光纤通信技术处于世界领先水平。光纤内芯（内层玻璃）的折射率比外套（外层玻璃）的_____（选填“大”或“小”）。某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为，则该内芯的折射率为_____。（取，结果保留2位有效数字）
17．用如图所示的装置测定玻璃的折射率．在光具盘的中央固定一个半圆形的玻璃砖，使二者的圆心重合，使激光束从玻璃圆弧一侧入射并垂直直径平面通过圆心O射出玻璃砖，记下入射光束在光具盘上所对应位置的刻度，以圆心O为轴逆时针缓慢转动光具盘，同时观察直径平面一侧出射光线的变化：出射光线不断向下偏转并越来越暗，直到刚好看不到出射光线为止，并记下这时入射光线在光具盘上位置的刻度，光具盘上两次刻度之间的夹角θ就是光束从玻璃射向空气的____________．玻璃的折射率表达式n＝________.
18．物理实验室新进来一批由某种透明材料做成的棱镜，其横截面由一直角三角形和一半径为R的圆柱组成，如图所示。已知三角形BC边的长度为R，∠BAC=30°。现让一单色细激光束从AB边上距A点为R的D点沿与AB边成=45°斜向右上方的方向入射，激光束经AC反射后刚好能垂直BC边进入圆柱区域。单色细激光束从圆弧上的E点(图中未画出)射出时的折射角γ=_____，单色细激光束在棱镜中传播的时间t=_______(光在真空中的速度为c)。
四、解答题，共2小题
19．如图所示，横截面为圆的柱形玻璃砖放在足够大的水平面上，O点是圆心，半径为R。D为的中点，一单色光从D点垂直于面射入玻璃砖中。已知玻璃砖的折射率，不考虑光在、面的反射。
（1）若光线从玻璃砖中射出后，射到上的F点（图中未画出），求B、F两点间的距离；
（2）若将玻璃砖绕O点沿逆时针方向转动，入射光不变（入射光不转动），求光线从玻璃砖的面射入时的入射角和射出玻璃砖时的折射角。
20．如图所示为一半径为m的半圆柱玻璃砖， AB为其截面直径，AB正上方一架实验飞行器沿着图示方向匀速飞行，飞行器飞行轨迹平行于AB。飞行器前端固定一激光发射装置，可以在纸面内持续向地面发射一束极细的激光束，一激光束和水平方向成固定角度θ=45°。通过观察发现，在半圆柱玻璃砖的弧面有激光射出的时间持续了0.1s，已知该激光在该玻璃砖中的折射率为，光在空气中的传播速度大小为c，求：
①该激光在玻璃砖中传播的速度大小；
②飞行器向左匀速运动的速度v0的大小。
试卷第2页，共2页
试卷第1页，共1页
参考答案
1．B
【详解】
A．水中的气泡看上去比较明亮是因为有一部分光从水进入空气时发生了全反射。故A正确，与题意不符；
B．天空中的彩虹和光的色散都是由于发生了光的折射。故B错误，与题意相符；
C．光导纤维丝内芯材料的折射率应比外套材料的折射率大，入射光从内芯射向外套时发生全发射。故C正确，与题意不符；
D．海市蜃楼和沙漠蜃景是光在空气中发生折射和全反射形成的光学幻景。故D正确，与题意不符。
故选B。
2．D
【详解】
AB．由题可知
sinC=
临界角为45°，因此从D点发出的光，竖直向上从M点射出的光线恰好是出射光线的边缘，同时C点也恰好是出射光线的边缘，如图所示，因此光线只能从MC段射出，根据几何关系可知，M恰好为AC的中点，因此在AA′C′C平面上有一半的面积有光线射出，故AB错误。
CD．由于频率越高，折射率越大，当光源发出的光的频率变大时，折射率也会变大，导致临界角会减小，出射光线区域的面积将减小，故C错误，D正确。
故选D。
3．D
【详解】
A．根据临界角公式
得
故A正确；
B．光在介质中的传播速度
故B正确；
C．设光在真空中与介质中的波长分别为和，由
联立可得
则
故C正确；
D．光的频率由光源决定，与介质无关，则此单色光在该介质中的频率与在真空中的频率相等，故D错误。
本题选错误项，故选D。
4．D
【详解】
AB．光线在任一平行玻璃砖上面的折射角与下表面的入射角相等，根据光路可逆性，无论怎么增大或减小i都不会在玻璃砖下表面发生全反射，故A、B错误；
CD．在平行玻璃砖发生的侧移与玻璃砖的厚度成正比，随折射率的增大而增大，所以在一定时，,，故D正确，C错误。
故选D。
5．C
【详解】
A．液体的折射率
A错误；
B．从液体到空气，波长变长，波速变大，但光的频率保持不变，B错误；
C．光在液体中的传播速度
C正确；
D．由于
可得
液体表面亮斑的半径为H，因此亮斑的面积
D错误。
故选C。
6．D
【详解】
A．如图所示
光由上面射入塑料板中，在直角部分发生全反射时上面看起来才会明亮，光在从透明塑料板射向空气，此时发生全反射的条件是折射率
即透明塑料的折射率应大于，故A错误。
B．光从塑料锯齿和油的界面处发生折射，光线射向油中，在矩形窗口形成暗区，故B错误；
C．油量增加时，被浸入到油中的塑料锯齿增多，则全反射光线减小，则亮区范围变小，故C错误；
D．透明塑料的折射率小于油的折射率，对于透明塑料和油来说，油是光密介质，D正确。
故选D。
7．D
【详解】
A．由光的可逆性可知，如果光从空气射入水中时，则a光偏折的程度较小，可知a光在水中的折射率小，由可知，在水中时a光比b光的传播速度大，A错误；
B．a光在水中的折射率小，由折射率与光的频率关系可知，a光的频率小，由公式可知，a光的波长大，B错误；
C．从水中射向空气时，由可知，a光全反射的临界角比b光大，C错误；
D．光的频率由光源决定，与传播的介质无关，所以两束光在从水进入空气时频率均保持不变，D正确。
故选D。
8．D
【详解】
AB．设临界角为C，则有
设BC边的入射角为α，则有
则
所以光线在BC边发生了全反射，不能射出
设CD边入射角为β，由几何关系得
光线将从CD边射出，根据折射定律有
解得
则出射光线与DC边的夹角为30°
AB错误；
CD．光路如图
由几何关系有：光线在玻璃内传播的路程为
光线在玻璃内传播的速度为
则该光从射入到第一次射出所需的时间为
解得
C错误D正确。
故选D。
9．B
【详解】
由题意可知，折射率，且
得临界角小于45°，由题图可知，光从空气进入棱镜．因入射角为0°，所以光线不偏折．当光从棱镜射向空气时，入射角等于45°，发生全反射，根据几何关系，结合光路可逆可知，出射光线是②，即平行于入射光线。
故选B。
10．B
【详解】
设恰好发生全反射如图
则临界角
得
若圆环发出的光能全部射出半球，说明球面不能发生全反射，则半球的折射率应小于 ，故ACD错误，B正确。
故选B。
11．BCE
【详解】
A．光从空气射入玻璃时，空气相对玻璃是光疏介质，发生全反射的条件是光从光密介质进入光疏介质，故无论入射角多大，都不会发生全反射，故A错误；
B．当入射角最大时，折射角最大，最大入射角小于90°，根据折射定律得，解得最大折射角小于45°，故B正确；
C．当折射角r=30°时，根据折射定律得，解得入射角i=45°，故C正确；
D．当单色光从空气进入到玻璃时，光速减小，频率不变，根据v=λf可知光的波长将变小，故D错误；
E．设入射角为i时反射光线与折射光线垂直，则折射角为90°-i，根据折射定律得
解得
tani=
故E正确；
故选BCE。
12．ACD
【详解】
AB．光路图如图所示
设第一次折射的折射角为r，全反射临界角为C，玻璃管折射率为n，光线从空气进入玻璃管发生折射时，由折射定律得，则折射光线恰好在内壁处发生全反射时光线射到内壁处的入射角等于临界角C，则对图中，由正弦定理得
可得
若，解得
所以为保证光不从内壁处进入中空部分，满足的条件是
故A正确，B错误；
C．当等于时，黄光在内壁处恰好发生全反射，入射角等于临界角，而蓝光频率高于黄光，折射率更大，则临界角小于黄光的临界角，所以使蓝光沿黄光的折射路径到达玻璃管内壁处时，入射角大于蓝光的临界角，将发生全反射，蓝光不会射入中空部分，故C正确；
D．由A项的分析知
当时，可解得
所以为保证在内壁处光不会进入中空部分，入射角i应满足，故D正确。
故选ACD。
13．BC
【详解】
A．画出光路图，由于红光经过左边中点E，又经过右边中点F，根据对称性可知，红光从AB边进入棱镜后射到BC边的中点G，发生全反射，平行于BC边射出，同一介质对绿光的折射率大于对红光的折射率，所以E点出射角小于红光E点的出射角；画出光路图，容易看出绿光从右边射出的出射点在F的上方，A错误；
B．由光路图可知，出介质时，折射率不变，由几何关系可知F点出射角与E点入射角相等，所以也平行于BC边射出，B正确；
CD．由于光的速度非常大，所以可以忽略绿光和红光在介质内的路程差，可看作在介质内的路程几乎相同，由公式
可知，同一介质对绿光的折射率大于对红光的折射率，所以介质内绿光速度小于红光速度，则绿光在玻璃砖内传播时间长于红光，C正确D错误。
故选BC。
14．AD
【详解】
AB．由可知，当临界角越大时，折射率越小，因此介质A的折射率大于介质B，当光线从介质A进入介质B，即从光密介质进入光疏介质，可能发生全反射，而光线从介质B进入介质A，则不可能发生，选项A正确，B错误；
CD．当光线从介质A进入介质B时，可能发生全反射，因此不一定同时存在反射光线与折射光线，而当光线从介质B进入介质A，则发生光的折射，一定同时存在反射光线和折射光线，选项C错误，D正确；
故选AD。
15．ABC
【详解】
A．由光路图，分析可知，第一次折射时，光的折射角较大，而入射角相等根据折射率公式可知光的折射率比光的折射率大，则光的频率比光的频率大，所以在同种玻璃中传播，光的波长一定小于光波长，选项A正确；
B．由公式可知，在同种玻璃中传播，光的传播速度一定小于光的速度，选项B正确；
C．光线斜射到玻璃表面，折射光偏转程度越大，偏移量越大，即光侧移量大，选项C正确；
D．由公式可知，光的折射率比光的折射率大，则光的临界角比光的小，a光先发生全反射，所以以相同的入射角从水中射入空气，若在空气中只能看到一种频率的光，则一定是b光，选项D错误。
故选ABC。
16．大
【详解】
[1]根据全反射定律可知光钎内芯的折射率比外套的折射率大，这样光在内芯和外壳的界面上才能发生全反射，保证信息的传输。
[2]折射率为
17．临界角
【详解】
以圆心O为轴逆时针转动光具盘，这样会使入射角增大，当看不到出射光线时，则会发生全反射，所以光具盘上两次刻度之间的夹角θ就是光束从玻璃射向空气的临界角，玻璃折射率的表达式n
故答案为临界角；1/sinθ
18．
【详解】
[1][2]细激光束在棱镜和圆柱中的光路图如图所示
由几何关系可知
根据折射定律得
代入数据解得
由几何关系可知
故在中，由几何关系可得
又因为，故
解得
由几何关系可知
故激光束在棱镜中传播的路程为
传播速度
在棱镜中传播的时间为
19．（1）；（2）；。
【详解】
（1）从D点射入的光线，其在玻璃中的光路如图甲所示，由几何关系可知：
由折射定律可知
解得
由几何关系可知
则有
（2）玻璃砖绕O点沿逆时针方向转过时，光路如图乙所示：
由几何关系可知，光线射入玻璃砖的入射角为
由折射定律可知，对应的折射角满足：
解得
光线在弧面上的入射角为，大于临界角，发生全反射。
由几何关系可知光线射出玻璃砖时的折射角为。
20．①；②
【详解】
①该激光在玻璃砖中传播的速度大小为
② 设激光射到M、N两点时，折射光线恰好在圆弧面上发生全反射
解得
根据折射定律
解得
根据正弦定理
解得
根据正弦定理
解得
飞行器向左匀速运动的速度为
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页