高二上学期物理粤教版（2019）选择性必修第一册4.3光的全反射与光纤技术同步练习基础过关（word版含答案）

第四章光及其应用第三节光的全反射与光纤技术新学期同步练习基础过关--2021_2022学年高二上学期物理粤教版（2019）选择性必修一
练习
一、单选题，共10小题
1．如图所示，为一全反射棱镜，棱镜对不同色光的折射率不同，对红光的临界角为，M为一与边垂直的光屏，一束白光沿平行于的方向射向面，经面折射后的光线又射向面，则（　　）
A．面将有色光射出
B．光屏M上会出现彩色光带且紫光在上
C．光屏M上会出现彩色光带且红光在上
D．将光屏与保持垂直地向右平移，屏上彩色光带逐渐变宽
2．关于下列四幅图中所涉及物理知识的论述中，错误的是（　　）
A．甲图是光的衍射图样
B．乙图是光的干涉图样
C．丙图是利用光的折射原理
D．丁图是光导纤维利用光的全反射原理，其内芯折射率小于外套的折射率
3．如图所示，为一半径是R的固定半圆柱形玻璃砖的横截面，O点为圆心，为水平直径MN的垂线，足够大的光屏PQ水平且与MN竖直距离为R，延长线垂直PQ线，一束包含各种频率的复色光沿半径方向与成角射向O点，已知复色光包含折射率从到的光束，因而光屏PQ上出现了彩色光带，下列说法中不正确的是（　　）
A．P、L两点间的距离为R
B．折射率为的光束穿过半圆柱形玻璃砖后的折射角为60°
C．彩色光带的宽度为
D．当复色光入射角θ逐渐增大，光屏PQ上的彩色光带将变成一个光点，θ角至少为60°时会出现这种现象
4．导光管采光系统是一套采集天然光，并经管道传输到室内的采光系统，如图为过装置中心轴线的截面。上面部分是收集阳光的半径为R的某种均匀透明材料的半球形采光球，O为球心，下面部分是内侧涂有反光涂层的导光管，MN为两部分的分界面，M、N为球面两点。若一束平行MN且与MN相距的细光束从空气入射到采光球表面时，经折射绿光恰好照射到N点。则（　　）
A．绿光在采光球中的传播速度为
B．红光一定能从N点上方射出
C．紫光有可能直接折射经过O点
D．要使光束在导光管中发生全反射，涂层折射率应小于管壁折射率
5．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
6．如图所示，扇形AOB为透明玻璃砖截面示意图，圆心角∠AOB=60°OM为∠AOB的角平分线，平行于OM的单色光在空气中OA边射入玻璃砖，经OA面折射后的光线恰平行于OB面。则下列说法正确的是（　　）
A．该玻璃砖的折射率为
B．经OA面折射后的光线射到AMB面都将发生全反射
C．该入射光在空气中的波长与在玻璃砖中的波长相等
D．AM面没有光线射出
7．如图所示，将一个半圆形玻璃砖置于空气中，当一束单色光入射到玻璃砖的圆心O时，下列情况可能发生的是（　　）
A． B．
C． D．
8．如图甲所示，在平静的水面下深h处有一个点光源s，它发出两种不同颜色的a光和b光，在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，该区域的中间为由ab两种单色光所构成的复色光圆形区，周围为环状区域，且为a光的颜色（见图乙）。设b光的折射率为，则下列说法正确的是（　　）
A．在水中，a光的波长比b光小
B．水对a光的折射率比b光大
C．在水中，a光的传播速度比b光小
D．复色光圆形区域的面积为
9．如图所示，正方体透明玻璃砖，从底部挖去一部分，挖去部分恰好是以底边为直径的半圆柱。平行单色光垂直于玻璃砖上表面射入，半圆柱面上有光线射出的部分为其表面积的，不计光线在玻璃砖中的多次反射，则该单色光在玻璃砖中的折射率为（　　）
A． B． C． D．
10．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
二、多选题，共3小题
11．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
12．如图所示，让光线沿半圆形玻璃砖的半径射到平直边上，在这个界面发生了反射和折射。逐渐增大入射角，下列描述中正确的是(　　)
A．折射角逐渐减小
B．折射角和入射角的比值不变
C．折射光线逐渐减弱，直至完全消失
D．反射光线和折射光线都逐渐减弱
13．透明烧杯中装有适量的水和食用油，现将一根筷子竖直插入到烧杯内的左侧，在一定的角度观察发现筷子被“折断”成多节，如图所示，则（　　）
A．食用油的折射率比水大
B．光从食用油向水中传播时频率减小
C．光从食用油向水中传播时，达到一定角度后会发生全发射
D．当筷子竖直放置于烧杯正中间时，筷子不会被“折断”
三、填空题，共4小题
14．光纤通信技术是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式。我国的光纤通信技术处于世界领先水平。当光从光纤的外套进入内芯后，光的传播速度变______（选填“大”或“小”）。若某种光纤的内芯在空气中发生全反射的临界角为45°，则内芯的折射率为______（结果可用根号表示）。
15．如图所示为一半圆柱形玻璃砖的横截面，O点为圆心，半径为R．频率相同的单色光a、b垂直于直径方向从A、B两点射入玻璃砖．单色光a经折射后过M点，OM与单色光的入射方向平行．已知A到O的距离为R，B到O的距离为R，M到O的距离为R，则玻璃砖对单色光的折射率为________，单色光b在第一次到达玻璃砖圆弧面上________(填“能”或“不能”)发生全反射．
16．某介质对红光的折射率为n1，红光在该介质中的速度为v1,波长为λ1，发生全反射的临界角为C1，该介质对紫光的折射率为n2，，紫光在该介质中的速度为v2, 波长为λ2发生全反射的临界角为C2，则n1____n2；λ1____λ2；v1___v2；C1_____C2．（填<,>或=）。
17．2009年诺贝尔物理学奖授予华商物理学家高，以表彰他在光纤通信研究中的突出贡献。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”），而光在光纤内芯（内层玻璃）的传播速率比在外套（外层玻璃）的传播速率__________（选填“大”或“小”）。
四、解答题，共4小题
18．某半径为r的类地行星表面有一单色点光源P，其发出的各方向的光经过厚度为、折射率的均匀行星大气层射向太空。取包含P和行星中心O的某一截面如图所示，设此截面内，一卫星探测器在半径为的轨道上绕行星做匀速圆周运动。忽略行星表面对光的反射。求：
（1）从P点发出的光入射到大气外表面处时，发生全反射的临界角；
（2）大气外表面发光区域在截面上形成的弧长；
（3）卫星探测器运行时，只能在轨道某些部分观测到光，则这部分轨道弧长。
19．一个由折射率的透明材料制作的工件其横截面如图所示，圆弧的半径为R，圆心为O；正方形的边长为R，其对称轴经过圆心O，O点与边的距离为，现有一细束单色光从边的中点P以入射角射入工件。已知光在真空中的传播速度大小为c，求：
（1）光从工件射出的位置；
（2）光在工件中的传播时间。
20．如图甲所示是某种透明材料制成的光学元件，该元件是一个中间圆 柱形中空的立方体，其某一横截面如图乙所示，其中OA=2R，中空圆形半径为R， 一束单色光（ 纸面内）从外正方柱面上的A点由空气中射入，入射角度为，光束经折射后恰好与内球面相切于B点。已知此材料对该单色光的折射率为，真空中的光速为c。求∶
（1）人射光的入射角度以及该单色光从A到B经历的时间；
（2）如果改变入射光的入射角度，恰好在内球面上发生全反射，则入射角为多大。
21．如图所示，一束光线从半径为R的玻璃球上的A点入射，入射角，折射入球后，经过一次反射再折射到球外的光线恰好平行于入射光线。
（1）请计算并说明B点是否有光线折射出玻璃球；如果有，在B点发生折射的光线对应的折射角是多少？
（2）求光从B传播到C所需的时间。
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．由图，入射角∠1=45°，据
得到
∠2＜45°
由几何知识得到
∠3＞45°
由题，红光的临界角为42°，则所有色光在BC面上都发生了全反射，没有光线从BC面射出。故A错误。
BC．根据反射定律得知：∠3=∠4，可以证明，∠2=∠5，故由光路可逆原理得到∠1=∠6，即入射光线与出射光线平行，而不同色光的折射率不同，偏折程度不同，折射率越大的色光偏折越强，经反射再折射后位于屏上部，即屏上的色彩紫光在上。故B正确，C错误。
D．由于所有出射光线都与入射光线平行，则所有出射光线相互平行，则将光屏与BC保持垂直地向右平移，屏上彩色光带宽度不变。故D错误。
故选B。
2．D
【详解】
AB．由图可知，甲为光的衍射图样，而乙为光的干涉图样，故AB正确；
C．复色光经过三棱镜后会成为单色光，是光的色散现象，利用了光的折射原理，故C正确；
D．光导纤维是利用了光的全反射原理，根据全反射的条件可知，其内芯的折射率大于外套的折射率，故D错误。本题选择不正确的。
故选D。
3．D
【详解】
A．折射率为的光射到L点，则
解得
β1=45°
P、L两点间的距离为
选项A正确；
B．根据
可得折射率为的光束穿过半圆柱形玻璃砖后的折射角为
β2=60°
选项B正确；
C．彩色光带的宽度为
选项C正确；
D．当复色光入射角θ逐渐增大，折射角β1和β2都将变大，光屏PQ上的彩色光带将变长；况且两种光的临界角分别为
即
C1=45°
C2<45°
则当θ=60°时两种光都已经发生了全反射，而不能射到光屏上，则选项D错误。
此题选择不正确的选项，故选D。
4．B
【详解】
A．如图所示
根据几何关系
，
折射率
绿光在采光球中的传播速度为
故A错误；
B．红光折射率小，折射角大，则红光一定能从N点上方射出，故B正确；
C．紫光不可能直接折射经过O点，如果过的话，折射角为0°，故C错误；
D．光由光密到光疏可能发生全反射，则涂层折射率应大于管壁折射率，故D错误。
故选B。
5．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。
6．A
【详解】
A．依题意作出光路图
由几何知识得入射角θ1=60°，折射角θ2=30°，由折射定律
得
故A正确；
B．由
可知，光在此介质中发生全反射的临界角C大于30°，经OA面折射后照射到AM面这一范围的光线可能发生全反射，经OA面折射后照射到MB范围的光线不能发生全反射，故B错误；
C．若光在真空中的传播速度为c，则光在玻璃砖中传播速度为
由
可知，该入射光在空气和在玻璃砖中的波长不同，故C错误；
D．光在此介质中发生全反射的临界角C大于30°，经OA面折射后照射到AM面这一范围的光线可能发生全反射，则AM面可能有光线射出，故D错误。
故选A。
7．D
【详解】
A．当光由空气射入半圆形玻璃砖折射时，折射角应小于入射角，所以这种情况不可能发生，故A不可能；
B．当光由空气斜射进入半圆形玻璃砖时，既有反射又有折射，折射角小于入射角，故B不可能；
C．当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角小于临界角，既有反射又有折射，折射角应大于入射角，故C不可能；
D．当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角大于临界角时，会发生全反射，光线就不能进入空气，这种情况是可能发生的，故D可能；
本题选可能的故选D。
8．D
【详解】
ABC．a光的照射面积大，知a光的临界角较大，根据
知a光的折射率较小，所以a光的频率较小，波长较大。根据
知，在水中，a光的传播速度比b光大，同一种色光在真空中和在水中频率相同，由
可知，在水中，a光的波长比b光大，选项ABC错误；
D．设复色光圆形区域半径为r，复色光圆形区域边缘，b光恰好发生全反射，依据
结合几何关系，可知
而复色光圆形区域的面积
联立解得
选项D正确。
故选D。
9．A
【详解】
设恰好发生全反射时的临界角为C，有光线射出的部分圆柱面的面积
得
则
10．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。
11．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。
12．BC
【详解】
AB．由折射定率可得
逐渐增大入射角r，折射角i逐渐增大，折射率不变，故折射角r的正弦值和入射角i的正弦值比值不变，A错误，B正确；
CD．折射光线逐渐减弱，反射光线逐渐增强，当入射角达到全反射角时，折射光线完全消失，C正确，D错误。
故选BC。
13．ACD
【详解】
A．由题图偏折情况可知，光线在食用油中偏折程度比在水中大，则食用油的折射率大于水的折射率，故A正确；
B．光在不同介质中传播，频率不变，故B错误；
C．光从光密介质进入光疏介质，当入射角大于临界角时，会发生全发射，故C正确；
D．当筷子竖直放置于烧杯正中间时，来自浸入水中的筷子的光几乎垂直地射到水与空气的界面，射出的光线偏折较小，所以筷子看上去仍然是直的，感觉筷子不会被“折断”，故D正确。
故选ACD。
14．小
【详解】
[1]为使光线在内芯中发生全反射，外套的折射率小于内芯的折射率，由
可知，当光从光纤的外套进入内芯后，折射率变大，光的传播速度变小。
[2]若某种光纤的内芯在空气中发生全反射的临界角C=45°，由
可解得
15． 能
【解析】
根据几何关系可得，单色光a的从半圆柱形玻璃砖射出时，入射角为30°，折射角为60°，根据光的折射定律有 ，即玻璃砖对单色光的折射率为．由sin C＝ 可得全反射临界角的正弦值为，小于单色光b的入射角的正弦值，所以能发生全反射．
16．< > > >
【详解】
试题分析：红光到紫光，折射率一次增大，由v=c/v可知在其他介质中的速度一次减小，由n=1/sinC可知临界角一次减小
考点：考查光谱
点评：本题难度较小，对光谱顺序要了解，知道一些简单公式的用途
17．大 小
【详解】
[1]光纤通信是利用了光的全反射原理，全反射的条件是光从光密介质进入光疏介质，入射角大于等于临界角，所以内芯的折射率大于外套的折射率。
[2]由可知，在折射率越大的介质中，光的传播速度越小，所以光在光纤内芯（内层玻璃）的传播速率比在外套（外层玻璃）的传播速率小。
18．(1)30°；(2)；(3)
【详解】
(1)从P点发出的光入射到大气外表面处时，发生全反射的临界角满足
解得
(2)当P点发出的光线在大气外表面恰好发生全反射时，光路如图所示
由正弦定理可得
解得
故从P点射出的光线在大气外表面恰好发生全反射时光线PB与OP延长线的夹角为45°，在大气外表面发光区域对应的圆心角为
故发光区域在截面上形成的弧长为
(3)如图所示，临界光线从B点射向卫星轨道上的C点，在直角中，由几何关系可得
解得
即轨道上能观测到光的部分对应的圆心角为60°，对应的轨道弧长为
19．（1）见解析；（2）
【详解】
（1）根据折射定律
已知
代入公式可得折射角
光在工件内的传播路径示意图如图所示：
由几何关系可知，光在工件内射到E点，且在E点的入射角为，该单色光在工件材料内的临界角C满足
解得
因为
所以光在E点发生全反射，由几何关系可知，光在工件内恰好经过O点，设从F点离开工件
（2）由几何关系可知，光在工件内传播的路程
光在工件内传播的时间
光在工件内传播的速度
联立解得
20．（1）； ；（2）
【详解】
（1）光经过立方体表面折射后到达内圆面上的B点，由题意可知，入射角为，折射角为，由折射定律有
解得
根据几何关系可得
根据
解得
所以从A到B的时间
（2）如图光束以入射角由A点进入光学元件内折射到内圆面C点，如果C点发生全反射，则光束在球面上的入射角等于临界角C，则有
由正弦定理有
解得
由折射率
解得
所以
21．(1)有光线折射出玻璃球，60°；(2)
【详解】
(1)如图所示，为等腰三角形，由几何关系可得
联立可得
在A点由折射定律可得
全反射角满足
联立可得
，
故在C点并未发生全反射，有光线折射出玻璃球，由光路可逆可知，在B点发生折射的光线对应的折射角为60°。
(2)光线在玻璃球中传播速度为
BC长为
光从B传播到C所需的时间为
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页