4.2全反射与光导纤维基础巩固（Word版含答案）

4.2全反射与光导纤维基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）选择性必修第一册
一、选择题（共15题）
1．如图所示，abc为一全反射棱镜，它的横截面是等腰直角三角形，一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上发生全反射.若光线入射点O的位置保持不变，改变光线的入射方向（不考虑自bc面反射的光线），则有（ ）
A．使入射光线按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有光线射出ab面，则紫光将首先射出
B．使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，红光将首先射出ab面
C．使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，紫光将首先射出ab面
D．使入射光线按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有光线射出ab面，则红光将首先射出
2．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
3．已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光（　　）
A．在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大
B．从该玻璃中射入空气发生全反射时，红光临界角较大
C．以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较大
D．在同种介质中，蓝光的波长比红光的波长长
4．如图所示，MN是位于竖直平面内的光屏，放在水平面上的半圆柱形玻璃砖的平面部分ab与屏平行。由光S发出的一束白光从半圆沿半径射入玻璃砖，通过圆心O再射到屏上。在水平面内以O点为圆心沿逆时针方向缓缓转动玻璃砖，在光屏上出现了彩色光带。当玻璃砖转动角度大于某一值时，屏上彩色光带中的某种颜色的色光首先消失。有关彩色的排列顺序和最先消失的色光是（　　）
A．左紫右红，紫光 B．左红右紫，紫光
C．左紫右红，红光 D．左红右紫，红光
5．如图所示，在平静的水面下深h处有一单色点光源S，它发出的光在水面上形成了一个有光线射出的圆形区域，已知该单色光的折射率为n，则下列说法正确的是（ ）
A．该单色光在水中的波长比空气中长
B．圆形区域的面积为
C．当点光源S竖直向下匀速运动时，圆形区域的边缘向外做匀速运动
D．当点光源S竖直向下匀速运动时，圆形区域的边缘向外做加速运动
6．光纤主要由折射率较大的纤芯与折射率较小的外套组成。在光纤中传输的信号是脉冲光信号。当一个光脉冲从光纤中输入，经过一段长度的光纤传输之后，其输出端的光脉冲会变宽，这种情况较严重（脉冲变宽到一定程度）时会导致信号不能被正确传输。引起这一差别的主要原因之一是光通过光纤纤芯时路径长短的不同，如图所示，沿光纤轴线传输的光纤用时最短，在两种介质界面多次全反射的光线用时最长。为简化起见，我们研究一根长直光纤，设其内芯折射率为n1，外套折射率为n2。在入射端，光脉冲宽度（即光持续时间）为，在接收端光脉冲宽度（即光持续时间）为，且，则（　　）
A．为了保证光脉冲不从外套“漏”出，内芯和包套材料折射率的关系应满足：n1B．内芯材料的折射率n1越大，光脉冲将越不容易从外套“漏”出
C．为了尽可能减小和的差值，应该选用波长更短的光
D．光在内芯与包套界面处的临界角
7．如图所示，一束复色光从空气中沿半圆玻璃砖半径方向射入，从玻璃砖射出后分成 a、b两束单色光，则（　　）
A．玻璃砖对 a 光的折射率为1.5
B．玻璃砖对 a 光的折射率为
C．b 光在玻璃中的传播速度比 a 光大
D．b 光在玻璃中发生全反射的临界角比a光小
8．如图所示，点为半圆柱形玻璃砖截面的圆心，直径与屏垂直，半径与屏平行，，黄光在玻璃砖中发生全反射的临界角。不考虑光在玻璃砖中的多次反射。下列说法正确的是（　　）
A．若紫光沿方向射入玻璃砖，则在屏上形成两个光斑
B．若红光沿方向射入玻璃砖，则在屏上形成一个光斑
C．若紫光沿方向射入玻璃砖，则对应的折射角为
D．若红光沿方向射入玻璃砖，则对应的折射角大于
9．如图所示，为两束不同频率的单色光，以相同的入射角射到玻璃砖的上表面，入射点分别为A、B。经玻璃砖上表面折射后两束光相交于P点，已知，下列说法正确的是（　　）
A．在真空中，a光的传播速度大于b光的传播速度
B．玻璃对a光的折射率大于玻璃对b光的折射率
C．a光的频率小于b光的频率
D．b光在玻璃砖下表面发生全反射的临界角大于a光
10．某同学想用以下方法测液体的折射率，取一个半径的薄软木塞，在它的圆心处插上一枚大头针，让软木塞浮在液面上，调整大头针插入软木塞的深度，使它露在外面的长度，这时从液面上方的各个方向向液体看，恰好看不到大头针，则下列说法正确的是（　　）
A．液体的折射率
B．光在液体中传播的速度是
C．液体发生全反射的临界角C满足
D．恰好看不到大头针的原因是发生了光的折射现象
11．如图所示，AOB为扇形玻璃砖，一细光束照射到AO面上的C点，入射光线与AO面的夹角为30°，折射光线平行于BO边，圆弧的半径为R，C点到BO面的距离为，AD⊥BO，∠DAO=30°，光在空气中的传播速度为c，下列说法正确的是（　　）
A．玻璃砖的折射率
B．光线在AB圆弧面上出射时的折射角30°
C．光线会在AB圆弧面上发生全反射
D．光在玻璃砖中传播的时间为
12．如图所示，一截面为直角三角形的三棱镜ABC置于真空中，AC边水平，BC边竖直，，D为BC边的中心，三棱镜右侧有一束单平色平行光沿AC方向射到AB边上，光线宽度与BC边高度相等。已知棱镜对该光的折射率为，则从D点会有两束不同的光线射出，C这两束光线的夹角为（　　）
A．60° B．90° C．120° D．150°
13．abc为一全反射棱镜，它的横截面是等腰直角三角形。一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上发生全反射，若光线入射点O的位置不变，改变光线的入射方向（不考虑自bc面反射的光线），则(　　 )
A．使入射光线按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则红光将首先射出
B．使入射光线按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则紫光将首先射出
C．使入射光线按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，红光将首先射出ab面
D．使入射光线按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，紫光将首先射出ab面
14．如图所示，一截面为直角三角形的玻璃砖，，一细激光束自中点垂直射入玻璃砖，在面恰好发生全反射。光线第一次射到边时，自边折射出的光线与边夹角为，则为（　　）
A． B． C． D．
15．如图所示，有三块等腰直角三角形的透明材料（图中的I、II、III）恰好拼成一个长方形。从A点垂直于底边射入的单色光在B处发生全反射，在C、D处连续发生两次折射后射出。若该单色光在三块材料的传播速率依次为v1、v2、v3，下列关系式中正确的是（　　）
A． B．
C． D．
二、填空题（共4题）
16．光纤通信中，光导纤维传递光信号的物理原理是利用光的全反射现象，要发生这种现象，必须满足的条件是：光的入射方向应该是___________（填“从光密介质到光疏介质”或“从光疏介质到光密介质”），且入射角___________临界角（填“≤”或“≥”）。
17．(1)如图所示，质量为m的物块放在水平木板上，木板与竖直弹簧相连，弹簧另一端固定在水平面上，今使m随M一起做简谐运动，且始终不分离，则物块m做简谐运动的回复力是由____________提供的，当振动速度达最大时，m对M的压力为____________．
(2)如图所示，一半圆形玻璃砖外面插上P1、P2、P3、P4四枚大头针时，P3、P4恰可挡住P1、P2所成的像，则该玻璃砖的折射率n＝________．有一同学把大头针插在P1′和P2′位置时，在P3、P4一侧怎么也看不到大头针的像，其原因是_____________．
18．为测量液体折射率，某兴趣小组采用了如下装置。将半径为R的半球形空心玻璃罩置于液体中，半球与水平桌面相切于A点。利用激光笔从球心O点照射玻璃球，发现当入射角大于时，水平桌面上看不到光斑。当入射角为时，在桌面B处有光斑形成。不计玻璃罩的厚度，由此可计算出液体的折射率n=___________；AB之间的距离d=___________。
19．如图所示为某同学利用插针法测定半圆形玻璃砖折射率的实验，在一半圆形玻璃砖外面插上、、、四枚大头针时，、恰可挡住、所成的像，关于该实验：
（1）以下说法正确的是__________________；
A．、及、之间的距离适当大些，可以提高准确度
B．、及、之间的距离取得小些，可以提高准确度
C．入射角适当大些，可以提高准确度
D．、的间距及入射角的大小均与实验的准确度无关
（2）该玻璃砖的折射率______，另一同学将大头针插在和位置时，沿着、的方向看不到大头针的像，其原因可能________________________。
三、综合题（共4题）
20．内表面只反射而不吸收光的圆筒内有半径为R的黑球，距球心2R处有一点光源S，球心O和光源S皆在圆筒轴线上，如图所示。若使点光源向右半边发出的光最后全被黑球吸收，则筒的内半径r最大为多少
21．如图所示，ABC为直角三棱镜的截面，∠B=90°，∠C=30°，D为AB边上的一点，E为AC边上一点，AD=AE=L，一束光线照射在D点，改变入射的角度，使光线刚好从E点射出，光线从E点射出后，刚好与BC平行，光在真空中的传播速度为c，求：
①光线通过玻璃后的偏向角；
②光线从D点传播到E点所用的时间。
22．某器件由图甲所示的透明圆柱体和顶角为的倒立透明圆锥体构成，圆柱体和圆锥的中心轴重合，二者底面半径均为，圆柱体高为，器件置于水平桌面上，其截面如图乙所示，圆锥轴线与桌面垂直，现让一半径也为的圆柱形平行光束垂直入射到圆柱体的底面上，且使光束的中心轴与圆锥的轴重合，已知该单色光在透明材料中的波长是真空中波长的倍，求：
（1）该透明材料的折射率；
（2）光束在桌面上形成的光斑的面积（取，计算结果用根式表达）。
23．如图是一个用折射率的透明介质做成的四棱柱的横截面图，其中，，现有一束光从图示的位置垂直入射到棱镜的面上，画出光路图，确定射出光线。注意：每个面的反射光线和折射光线都不能忽略。
参考答案
1．D
2．B
3．B
4．B
5．C
6．B
7．D
8．D
9．C
10．B
11．D
12．C
13．A
14．A
15．A
16．从光密介质到光疏介质 ≥
17．m的重力和M对m的弹力的合力 mg 光线发生全反射
18．
19．AC 发生了全反射
20．
21．①60° ②
22．（1）；（2）
23．