第4章 第2节 全反射（word版含答案）

人教版高中物理选修一 第4章 第2节 全反射 能力
一、单项选择题（共5小题；共20分）
1. 很多公园的水池底部都装有彩灯，当一束由红、蓝两色光组成的灯光从水中斜射向空气时，下列光路图中可能存在的一种情况是
A. B.
C. D.
2. 回归反光膜是由高折射率透明陶瓷圆珠、高强度黏合剂等组成的复合型薄膜材料。在夜间，它能使各种角度车灯射出的光线逆向返回，使标志牌上的字特别醒目。一束平行光（宽度远大于陶瓷圆珠直径和圆珠间距）沿垂直基板方向照射到圆珠上，为使折射入陶瓷圆珠的光能发生全反射，则制作陶瓷圆珠材料的折射率 至少为
A. B. C. D.
3. 酷热的夏天，在平坦的柏油公路上，你会看到在一定距离处，地面显得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎还能看到远处车、人的倒影。但当你靠近“水面”时，它却随你靠近而后退。对此现象，下列解释正确的是
A. 出现的是“海市蜃楼”，是光的折射造成的
B. “水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉
C. 太阳光辐射到地面，使地表温度升高，折射率变大，发生全反射
D. 太阳光辐射到地面，使地表温度升高，折射率变小，发生全反射
4. 如图所示，某单色光 以 的入射角射向半圆形玻璃砖的下表面，经折射后光束 与法线的夹角为 ，已知光在真空中的传播速度 。下列说法正确的是
A. 玻璃砖对 光的折射率为
B. 玻璃砖对 光的折射率为
C. 光在玻璃砖中的传播速度为
D. 光在玻璃砖下表面发生全反射的临界角为
5. 如图所示， 是介质Ⅰ和介质Ⅱ的交界面，介质Ⅰ中的光源 发出的一束光照射在交界面的 点后分成两束光 和 ，若保持入射点 不动，将入射光 顺时针旋转至 的位置，则在旋转过程中下列说法正确的是
A. 光线 逆时针旋转且逐渐减弱 B. 光线 逆时针旋转且逐渐减弱
C. 光线 逐渐减弱且可能消失 D. 介质Ⅰ可能是光疏介质
二、双项选择题（共2小题；共8分）
6. 如图所示，边长为 正方形 为一玻璃砖的横截面，此玻璃的折射率 。一束强光从 的中点 以入射角 （）射向玻璃砖。下列说法正确的是
A. 改变 的大小，可以使光线在 面发生全反射而不能射入玻璃砖
B. 改变 的大小，可以使光线在 面发生全反射
C. 改变 的大小，可以有部分光线能到达 面
D. 无论取何值，都有光线从 面射出
7. 截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。 为嵌在三棱镜内部紧贴 面的线状单色可见光光源， 与三棱镜的 面垂直， 位于线段 的中点。图乙为图甲中 面的正视图。三棱镜对该单色光的折射率为 ，只考虑由 直接射向侧面 的光线。下列说法正确的是
A. 光从 面出射的区域占该侧面总面积的
B. 光从 面出射的区域占该侧面总面积的
C. 若 发出的单色光频率变小， 面有光出射的区域面积将增大
D. 若 发出的单色光频率变小， 面有光出射的区域面积将减小
三、多项选择题（共1小题；共4分）
8. 如图所示，一束平行光从真空射向一块半圆形的折射率为 的玻璃砖，正确的是
A. 只有圆心两侧 范围外的光线能通过玻璃砖
B. 只有圆心两侧 范围内的光线能通过玻璃砖
C. 通过圆心的光线将沿直线穿出不发生偏折
D. 圆心两侧 范围外的光线将在曲面上产生全反射
四、解答题（共3小题；共39分）
9. 如图所示，某种透明物质制成的直角三棱镜 ， 等于 。一束光线在纸面内垂直 面射入棱镜，发现光线刚好不能从 面射出，而是最后从 面射出.求：
（1）透明物质的折射率 .
（2）光线从 面射出时的折射角.
10. 光纤公司规定光纤内芯玻璃材料的折射率大于等于 。在抽制光纤时，为检测材料是否合格，将样品材料用模具制成半径为 的半圆柱体，如图所示，再用一束可以转动的光束 沿截面半径射向材料的 点，当 时屏上只有一个光点，就说明材料合格。
（1）写出质检人员推断的原理；
（2）写出公司规定“光纤内芯玻璃材料的折射率大于等于 ”的原因。
11. 如图所示，过中心线的截面为矩形的圆柱形棒是用折射率 的透明材料制成的。圆柱形棒的直径为 ，一光束从左侧端面中心射入圆柱形棒，在柱体内发生多次全反射最终由棒的右侧端面中心射出。若要使折射光在上下侧面恰好发生全反射，，则
（1）这束光在左侧端面的入射角的正弦值应为多少
（2）若要使出射光与入射光平行，棒的长度应该满足什么条件
答案
第一部分
1. C
【解析】光射到水面时一定发生反射，所以反射光中红光和蓝光都有，故B 、D图不可能。由于水对红光的折射率比对蓝光的小，由全反射的临界角公式 可知，红光的临界角比蓝光的大，所以在水面处蓝光发生全反射时，红光可能不会发生全反射，C可能。当两种色光都能折射到空气中时，根据折射定律 可知，由于水对红光的折射率比对蓝光的小，两色光从水中射入空气中的入射角相等时，红光的折射角小，故A不可能。选C。
2. B
【解析】考虑临界情况，光路如图所示，
设折射角为 ，
则有 ，
由几何关系可得 ，
解得 ，
故选B。
3. D
【解析】酷热的夏天，在平坦的柏油公路上，地面附近的空气温度比上层空气的高，密度比上层空气的小，折射率也比上层空气的小，光照射时发生全反射，出现“水面”，D正确，A、B、C错误。
4. A
【解析】由图知入射角 ，折射角 ，由于光线从玻璃射入空气，则玻璃砖对 光的折射率为 ，故A正确，B错误；
光在玻璃砖中的传播速度为 ，故C错误；
由公式 得全反射的临界角 ，故D错误。
5. C
第二部分
6. C， D
【解析】发生全反射的条件必须是光从光密介质进入光疏介质，所以不可能再 面上发生全反射．故A错误；因为光经过 面折射到达 面上的入射角与在 面上的折射角相等，所以 无论取何值，都有光线从 面射出．故B错误，D正确；玻璃的折射率 改变 角，光线可以在 面上发生全反射，反射后到达 面．故C正确．
7. A， C
【解析】AB．由题可知
可知临界角为 ，因此从 点发出的光，竖直向上从 点射出的光线恰好是出射光线的边缘，同时 点也恰好是出射光线的边缘，如图所示，因此光线只能从 段射出，根据几何关系可知， 恰好为 的中点，因此在 平面上有一半的面积有光线射出，A正确，B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小，折射率也会变小，导致临界角会增大，这时 点上方也会有光线出射，因此出射光线区域的面积将增大，C正确，D错误。故选AC。
第三部分
8. B， C， D
第四部分
9. （1）
【解析】由题意可知，光线从 面垂直射入，恰好在 面发生全反射，光线最后从 面射出，光路图如图所示.
设该透明物质的临界角为 ，由几何关系可知
，
解得：
（2） ，且
【解析】由几何关系知：
由折射定律得
解得：
10. （1） 光束 射向 点后，当 较大时，在 点同时发生折射和反射，在屏上出现 和 两个光斑；减小 时， 逐渐变大，由折射定律可知 也增大；当 增大到临界角时折射光线消失，屏上只有光斑 ；由临界角公式 得 。因此，在 时，屏上只有一个光点，就说明材料是合格的。
（2） 取一段光纤，若任意一束光 从端面中心 点以 角入射，经端面折射后到达 点，若能在 点发生全射，就可实现光信号的传输。
在 点，有
在 点刚好发生全反射时，有
由于 ，可得
当 角接近 时折射光还能在 点发生全反射，需要 。
11. （1）
【解析】光在柱面上恰好发生全反射时，设临界角为 ，则：
解得：
设光从圆柱棒的左侧端面中心射入时入射角为 ，折射角为 ，
由折射定律有：
由几何关系知：
解得：（）
（2） （ 、 、 ）
【解析】由图可知：要想出射光与入射光平行，光必须在上下侧面全反射总次数为偶数次，
设全反射总次数为 次（ 、 、 ）
则
棒的长度 （ 、 、 ）
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