2021-2022学年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（word版含答案）

4.3 光的全反射与光纤技术
一、单选题
1．如图所示，扇形AOB为透明柱状介质的横截面，圆心角∠AOB＝60°。一束平行于角平分线OM的单色光由OA射入介质，经OA折射的光线恰平行于OB，以下对介质的折射率值及折射光线中恰好射到M点的光线能不能发生全反射的说法正确的是（　　）
A．，不能发生全反射 B．，能发生全反射
C．，不能发生全反射 D．，能发生全反射
2．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
3．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，下列情况不可能发生的是（　　）
A． B．
C． D．
4．某透明材料对红光的折射率为，工厂用这种材料做出一个半径为的透明半球体，其底面内壁涂有吸光材料，O为半球体的球心，在O点正上方有一点光源S，能够朝各个方向发射红光，如图为透明半球体的截面示意图。已知的距离，真空中的光速。（忽略经透明半球体内表面反射后射出的光），则下列说法正确的是（　　）
A．红光到透明半球体的最短时间
B．红光到透明半球体的最长时间
C．透明半球体外表面发光区域在此截面上形成的弧长为
D．透明半球体外表面发光区域为球冠，其面积为
5．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量。图乙是油量计结构图，它是一块锯齿形的透明塑料，锯齿形的底部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．若入射光由红光换为绿光时，亮区范围不变
6．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，一定会发生全反射现象
C．光从光疏介质射向光密介质时，也可能发生全反射现象
D．水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生全反射
7．如图所示，ABD为一透明材料制成的柱形光学元件的横截面，该种材料的折射率，AD是一半径为R的圆弧，O为圆弧的圆心，ABDO构成正方形，在O处有一点光源。从点光源射到圆弧AD的光线进入透明材料后首次射向AB或BD界面时，有一部分不能从AB或BD界面直接射出。下面的问题只研究进入透明材料后首次射向AB或BD界面的光线，AB和BD截面上没有光线射出部分的总长度为（　　）
A． B． C． D．
8．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
二、多选题
9．水下一点光源，发出红光，如图所示，水面上半径为的圆形区域有光射出，已知红光在水中的折射率为。下列判断正确的是（　　）
A．光源在水下的深度为
B．如果光源从水面开始在水中匀速下沉，则水面上有光射出的圆形区域的半径随时间均匀增大
C．水下光源发出的光，穿过水面可以照亮水面上方的任何位置
D．仅换成蓝光光源，在水面上有光射出的区域增大
10．关于全反射，下列说法正确的是（　　）
A．光从光密介质射向光疏介质时可能产生全反射
B．光从光疏介质射向光密介质时可能产生全反射
C．光从折射率大的介质射向折射率小的介质时可能产生全反射
D．光从传播速度小的介质射向传播速度大的介质时可能产生全反射
11．关于全反射，下列说法正确的是（　　）
A．光只有从光密介质射向光疏介质时才可能发生全反射现象
B．光只有从光疏介质射向光密介质时才可能发生全反射现象
C．光只有从折射率大的介质射向折射率小的介质时才可能发生全反射现象
D．光只有从折射率小的介质射向折射率大的介质时才可能发生全反射现象
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．如图甲所示，在平静的水面下深 h处有一个点光源 s，它发出的两种不同颜色的 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域， 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 光大
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
14．如图所示，直角三棱镜ABC的一个侧面BC紧贴在平面镜上，∠BAC=β，从点光源S发出的一细光束SO射到棱镜的另一侧面AC上，适当调整入射光SO的方向，当SO与AC成α角时，其折射光与平面镜发生一次反射，从AC面射出后恰好与SO重合，则（　　）
A．此棱镜的折射率为
B．此棱镜的折射率为
C．增大α角，光线有可能因在AC面上发生全反射无法射入棱镜
D．增大α角，无论α角多大，光线都能射入棱镜
三、解答题
15．如图所示，一块横截面为直角三角形 ABC 的玻璃砖，∠B=90，∠C=30。一束单色光从 AB 边的中点 M 垂直入射玻璃砖，在 AC 边恰好发生全反射，最后从 BC 边上的 N 点（图中未标出）射出，已知 AB 边的长度为 L，求：
（1）玻璃砖对该单色光的折射率；
（2）NC 的长度。
16．如图所示是半径为R的半圆形玻璃砖的截面图，O为圆心。一束平行光以53°的入射角照射到玻璃砖的平面上，其中在圆心O左侧与圆心相距处入射的光线恰从圆弧面的中点射出玻璃砖。已知sin53°=0.8，求：
（i）玻璃砖的折射率；
（ii）玻璃砖平面上哪个范围内的入射光折射后能够从玻璃砖的圆弧面射出（不考虑光在玻璃砖内的反射）。
试卷第2页，共2页
试卷第1页，共1页
参考答案
1．A
【详解】
画出光路图，并根据几何关系标出角度，如图所示
由图可知，介质的折射率
因为
所以折射光线中恰好射到M点的光线不能发生全反射，故A正确，BCD错误。
故选A。
2．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。
3．D
【详解】
A．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，是可能发生的， A不符合题意；
B．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，是可能发生的， B不符合题意；
C．当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角大于等于临界角时，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， C不符合题意；
D．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，D符合题意。
故选D。
4．C
【详解】
A．光线从S沿着OS方向射出时，传播时间最短，光在介质中传播的速度满足
光在介质中传播的时间
联立解得
故A错误；
B．光线从S沿着SO方向射出时，传播时间最长，最长时间为
故B错误；
C．光由介质射向空气，临界角满足
得
恰好发生全反射的光路图如下图所示
由正弦定理得
解得
透明半球体外表面发光区域在从截面上形成的弧长为
故C正确；
D．透明半球体外表面发光区域为球冠，其面积为
故D错误。
故选C。
5．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，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，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，C错误；
D．若入射光由红光换为绿光时，不影响光线在界面处发生全反射，则亮区范围不变，D正确。
故选D。
6．D
【详解】
A．发生全反射时，所有光线全部反射，没有折射光线，A错误；
B．光线从光密介质射向光疏介质时，并且入射角大于临界角时，才会发生全反射现象，B错误；
C．光从光疏介质射向光密介质时，入射角大于折射角，不可能发生全反射现象，C错误；
D．水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生全反射，使反射的光线特不强，从而看起来特别明亮，D正确。
故选D。
7．B
【详解】
设光线射到AB边上的M点恰好发射全反射，MB部分没有光线射出，根据对称性，BD边没有光线射出的部分长度与MB相等，根据全反射公式
解得
故选B。
8．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。
9．ABC
【详解】
A．设光源距离水面的高度为，红光的临界角为，可得
解得
故A正确；
B．当光源从水面开始匀速下降时，设下降的速度为，则
联立得
即随时间均匀增大，故B正确；
C．当光从圆形区域接近边缘处射出时，光线接近水平，这样射出的光线向各个方向的都有，因此射出的光线能照亮水面上方的任何位置，故C正确；
D．换成蓝光，频率增大，折射率增大，则有光射出的圆形区域的半径减小，故D错误。
故选ABC。
10．ACD
【详解】
全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质，折射率大的介质相对于折射率小的介质是光密介质，同一种光在不同介质中传播，传播速度小的介质相对于传播速度大的介质是光密介质。
故选 ACD。
11．AC
【详解】
AB．光从光密介质射向光疏介质时，若入射角大于或等于临界角，会发生全反射现象；光从光疏介质射向光密介质时，不会发生全反射现象，A正确，B错误；
CD．光只有从折射率大的介质射向折射率小的介质时，才可能发生全反射现象，C正确，D错误。
故选AC。
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．AD
【详解】
ABC．a光的照射面积比较大，知a光的临界角比较大，根据
知a光的折射率较小，折射率小，频率也小，由
可知a光的波长较大，根据
可得a光在水中传播的速度较大，故A正确，BC错误；
D．复色光圆形区域的半径由b光决定，则
则区域的半径
面积为
故D正确。
故选AD。
14．AD
【详解】
AB．根据光路可逆原理知，光线经AC面折射后垂直于BC，如下图所示。由几何关系知折射角为，又入射角为，根据折射定律得
故A项正确，B项错误；
CD．发生全反射的条件之一是光由光密介质进入光疏介质，故C项错误，D项正确。
故选AD。
15．（1）；（2）
【详解】
（1）结合放射原理做出光路图，由几何关系可知，光线在Р点的入射角
根据全放射原理有
即
解得
（2）光线在P点发生全放射后，将射到上的N点，由几何关系可知：
的长度
所以是等腰三角形，即
解得
16．（i）；（ii）见解析
【详解】
（i）如图所示，在圆心O左侧与圆心相距处的P点入射的光线恰从圆弧面的中点Q射出玻璃砖，由题意可知入射角的正弦值为
设折射角为β，根据几何关系可得
则
根据折射定律可得玻璃砖的折射率为
（ii）光线在圆弧面发生全反射的临界角C的正弦值为
设从M点入射的光线恰好在圆弧面的N点发生全反射， 在△MON中，根据正弦定理有
解得
设从E点入射的光线恰好在圆弧面的F点发生全反射，在△OEF中，根据正弦定理有
解得
根据几何关系可知，在M和E之间入射的光线在圆弧面上的入射角均小于全反射临界角，所以玻璃砖平面上关于O点对称、长度为的范围内入射的光线均能从圆弧面射出。
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页