4.2全反射与光导纤维 课时提升练（word版含答案）

4.2全反射与光导纤维 课时提升练（含解析）
一、选择题
1．两束不同频率的单色平行光束a、b从空气射入水中，发生了如图所示的折射现象，下列结论中正确的是（　　）
A．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小
B．在水中的传播速度，光束a比光束b小
C．若增大光束a的入射角，则可能发生全反射
D．若光束从水中射向空气，则光束b的临界角比光束a的临界角大
2．如图所示，夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰船舶、楼台、亭阁、集市等出现在远方的空中。沙漠里有时也会看到远处的水源、仙人掌近在咫尺，可望而不可即，这就是“蜃景”。下列有关蜃景的说法错误的是（　　）
A．海面上，上层空气的折射率比下层空气的折射率要小
B．沙面上，上层空气的折射率比下层空气的折射率要小
C．A是蜃景，B是景物
D．C是蜃景，D是景物
3．如图所示，为一长L的细长直的光导纤维（可简化为长直玻璃丝）的示意图，AB代表左侧端面，右侧未画出，红光与紫光的折射率分别是和，，光从左侧端面射入，入射角可以调节，光从右侧端面射出，已知真空中光速为c，下列说法中正确的是（　　）
A．光在其中传播的最长时间为
B．光在其中传播的最长时间为
C．光在其中传播的最短时间为
D．光在其中传播的最短时间为
4．如图所示，一个玻璃是由半径为2m、弧度为210°的优弧AB构成，其折射率为2。该玻璃有一特殊功能：在弧AB上不能射出玻璃的光线将自动被玻璃吸收，能射出的光线一部分从玻璃射出，另一部分发生反射；在线段AO上，若光线接触AO端，将立即被全部吸收。现在玻璃的正右端60°角射入一均匀水平的光线，则能够从弧AB上射出以及被AO段吸收的玻璃总边长为（　　）
A．m B．m C．m D．m
5．a、b、c三条平行光线垂直于半圆柱体玻璃砖的截面直径从空气射向玻璃砖，如图所示，光线b正好过圆心O，光线a、c从光线b的两侧对称入射，光线a、c从玻璃砖下表面进入空气后与光线b交于P、Q，则下列说法正确的是（　　）
A．玻璃对三种光的折射率关系为na>nb>nc
B．在相同条件下进行双缝干涉实验，a光的条纹间距比c光宽
C．a、c光分别从空气射入某种介质中，c光发生全反射时临界角较小
D．a光比c光穿过该半圆柱体玻璃砖所需时间长
6．有一块三角形棱镜ABC，其中∠A=60o，∠B=30o，∠C=90o，一束单色光沿着与BC平行的方向射到三棱镜的AB面上，光线发生折射后进入棱镜，若玻璃对光的折射率为，下面判断正确的是（　　）
A．光线在AB面折射角为30o
B．光线能从BC面透出
C．光线不能从AC面透出
D．照到AC面上的光线与AB垂直
7．“道威棱镜”是一种用于光学图像翻转的仪器。如图所示，将一等腰直角棱镜截去棱角，使其平行于底面，可制成“道威棱镜”，其横截面为底角的等腰梯形，为中点，为中点，光线1和光线2两条与平行的光线，分别从和点入射棱镜，均在面上发生一次全反射后从面射出，其中光线2的出射点为中点（未画出），已知棱镜对两光线的折射率，，光在真空中的传播速度为，，则（　　）
A．光线1在棱镜中的传播速度为
B．光线2在棱镜中的传播时间为
C．光线1在棱镜中经过的路程长为
D．光线1从边射出点到边的距离为
8．下列说法正确的是（　　）
A．一次闪电过后雷声能轰鸣不绝是波的干涉造成的
B．光导纤维传递信息利用了光的折射现象
C．围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音是波的衍射造成的
D．雷达测速利用了多普勒效应
9．如图所示，半径为12cm的半圆形透明柱体与屏幕MN接触于B点，MN垂直于直径AB，一单色光a以入射角53°射向圆心O，反射光线b与折射光线c恰好垂直。已知光在真空中的传播速度为3×108m/s，则下列说法正确的是（　　）
A．柱体的折射率为 B．两个光斑之间的距离为20cm
C．增大光束a的入射角，可以在O点发生全反射 D．光在介质中的传播速度v=2.25×108m/s
10．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
11．两束不同频率的单色光a、b从空气射入水中，发生了如图所示的折射现象（α>β）。下列结论中正确的是（　　）
A．光束b的频率比光束a低
B．在水中的传播速度，光束a比光束b小
C．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小
D．若光束从水中射向空气，则光束b的临界角比光束a的临界角大
12．如图所示，O1O2是半圆形玻璃砖过圆心的法线，a、b是关于O1O2对称的两束平行单色光束，两光束从玻璃砖右方射出后的光路如图所示，则下列说法正确的是（　　）
A．该玻璃砖对a光的折射率比对b光的折射率小
B．a光在玻璃中的传播时间比b光的长
C．在真空中，a光的波长比b光的波长短
D．将a、b两单色光光源分别放在水中同一点，水面上b光照亮的区域较大
13．关于光的传播现象及应用，下列说法正确的是（　　）
A．光导纤维内芯材料的折射率比外套材料的折射率大
B．海面上的海市蜃楼将呈现倒立的像，位置在实物的上方
C．一束色光从空气进入水中，波长将变短，色光的颜色也将发生变化
D．一束白光从空气斜射进入水中，将发生色散
14．截面为等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜，这种棱镜在光学仪器中广泛用于改变光的传播方向。如图所示，一束宽度为L的单色平行光束射向全反射棱镜面的部分，光束平行于面入射，由P点入射的光线恰好直接射到B点，其余光线经面发生一次全反射后从面射出。已知棱镜对该光的折射率为，光在真空中的传播速度为c，，则（　　）
A．光在棱镜中的传播速度为
B．光在棱镜中发生全反射的临界角为
C．从面出射的光，在棱镜中的传播时间均为
D．光束从面出射后仍平行，宽度变为
二、解答题
15．圆柱形透明体放在水平地面上，圆柱体的截面为半径为R的圆，O为圆心，在圆柱的侧面上A点（A与O等高）贴有一个点光源，点光源射入透明介质的光，经介质传播和折射后，照射在离圆心O距离为2R的竖直光屏上，已知透明介质对光的折射率为，光在真空中的传播速度为c。求：
（1）光以最短距离传播到光屏所用的时间；
（2）光屏上亮斑最高点离地面的高度。
16．如图所示为一折射率、边长为d 的正方体玻璃砖的横截面，一入射光线以45°入射角从EH的中点M射入玻璃砖，经过HG面反射后，光线从FG右侧N点（图中未画出）射出，求：
①判断是否有光线从底面HG面折射射出，并说明理由；
②若真空中的光速为c，求光线从M到N的运动时间。
参考答案
1．A
【详解】
A．根据已知条件，可知两束光入射角相等，折射角满足
根据折射定律
可知b光束的折射率较大，A正确；
B．根据
因b光的折射率较大，所以b光在水中的传播速率较小，B错误；
C．发生全反射的条件必须满足光从光密介质射到光疏介质，则光从空气射入水中不可能发生全反射，C错误；
D．根据临界角公式
因b光的折射率较大，则光束b的临界角比光束a的临界角小，D错误。
故选A。
2．B
【详解】
海面上，下层空气的温度比上层的低，密度比上层的大，故海面附近的空气折射率从下到上逐渐减小；沙面上，下层空气的温度比上层的高，密度比上层的小，故沙漠地表附近的空气折射率从下到上逐渐增大，故ACD正确，与题意不符；B错误，与题意相符。
故选B。
3．B
【详解】
AB．当光线发生全反射时，路程最长，对应时间最长，如图所示
则
传播速度
速度沿玻璃丝方向的分量为
则时间
因为
所以
故B正确，A错误；
CD．当光线垂直AB射入时，时间最短，由
得时间为
由于
所以
故CD错误。
故选B。
4．A
【详解】
由公式
解得：临界角，设入射光线从某位置P点入射的光线，照射到AB弧面上Q点时，入射角恰好等于临界角，则能射出的光线的区域对应的圆心角为，则能射出光线的部分AB面的弧长为
设从Q点反射的光线与OA交于S点，则△OQS为直角三角形，且，则被AO段吸收的玻璃的长度为
因此能够从弧AB上射出以及被AO段吸收的玻璃总边长为
故选A。
5．D
【详解】
ABCD．由图可知，a光和c光入射角相同，但a光折射角较小，根据折射率公式可知，玻璃对a光的折射率大于对c光的折射率，由于b光入射角为0°，故无法判断玻璃对b光的折射率大小，故A错误；由于a光的折射率大，波长较短，则在相同条件下进行双缝干涉实验，a光的条纹间距比c光窄，故B错误；a、c光分别从空气射入某种介质中时，不能发生全反射，故C错误；根据公式v＝，由于a光的折射率大，则a光在玻璃中的传播速度较小，又由图可知a光在玻璃砖中的传播路径较长，故a光比c光穿过该半圆柱体玻璃砖所需时间长，故D正确。
故选D。
6．A
【详解】
A．光路如图所示
设光线在AB面折射角为，则
解得
故A正确；
B．照射到BC光线入射角为，发生全反射时
因此
满足全反射条件，光线不能从BC面透出，故B错误；
C．照到AC上的光线入射角为，不满足发生全反射条件，光线能从AC面透出，故C错误。
D．光线在BC面上反射角为，反射光线与AB面平行，故D错误；
故选A。
7．C
【详解】
A．光线1在棱镜中的传播速度为
故A错误；
BC．光线1、2从AB入射时，光路图如图
设棱镜的临界角为C，由
解得
C=45°
光线2从P点入射时，由折射定律得
由几何关系知入射角为
i=45°
解得折射角为
r=30°
由几何关系可得，当光线2射到BC时，与BC的夹角为
∠PFB=15°
在△PBF中，由正弦定理得
据题有
解得
由几何关系得
所以
可得R为CQ的中点。由△BEO∽△BFP得
解得
故有
在△CFR中，由正弦定理得
其中
解得
光线2在棱镜中的传播时间为
联立解得
在光线1在棱镜中经过的路程长为
故B错误，C正确；
D．光线1从CD边射出点到BC边的距离为
故D错误。
故选C。
8．D
【详解】
A．闪电后雷声轰鸣是声音多次反射造成的，故A错误；
B．光导纤维传递信息利用了光的全反射现象，故B错误；
C．围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音是波的干涉造成的，故C错误；
D．雷达测速利用了多普勒效应，故D正确。
故选D。
9．D
【详解】
A．由b、c两束光线垂直，可得折射角为37°，折射率
A错误；
B．两个光斑之间的距离为
B错误；
C．由光疏介质进入光密介质，不会发生全反射，C错误；
D．光在介质中的传播速度
D正确。
故选D。
10．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。
11．C
【详解】
AC．根据图示和折射定律可知，b光的折射率较大，则b的频率较大。故A错误，C正确；
B．由可知，b光的折射率较大，在同种介质传播速度较小。即在水中的传播速度，光束a比光束b大，故B错误；
D．由临界角公式分析得到，b光的折射率较大，对同种介质的临界角较小，故D错误。
故选C。
12．BCD
【详解】
A．由图可知，由于出射光线的交点在中心线O1O2的下方，根据折射定律可知a光的折射率大于b光，故A错误；
B．因为a光的折射率大于b光，根据v＝ ，知a光在玻璃中的传播速度小于b光，两光在玻璃中的路程相同，所以a光在玻璃中的传播时间比b光的长，故B正确；
C．a光的频率比b光的频率高，由c＝λf知，在真空中a光的波长比b光的短，故C正确；
D．照亮水面边缘光刚好发生全反射，照亮的区域圆面积的半径r与临界角C满足tanC＝ ，C是临界角，由sinC＝ 知b的折射率小，临界角C大，b光照亮的区域较大，故D正确；
故选BCD。
13．AD
【详解】
A．由全反射的条件可知，光导纤维内芯材料的折射率比外套材料的折射率要大，A正确；
B．海面上的海市蜃楼将呈现正立的像，位置在实物的上方，B错误；
C．色光进入水中，光的频率不变，颜色不变，C错误；
D．白光斜射入水中，由于水对不同色光的折射率不同，各种色光将分开，D正确。
故选AD。
14．ABC
【详解】
A．光在棱镜中的传播速度为
A正确；
B．设光在棱镜中发生全反射的临界角为，则
因此光在棱镜中发生全反射的临界角为45°，B正确；
C．由几何关系可得
由光的折射定律可得
由于入射角，联立可得
，由正弦定理可得
解得
从BC面出射的光，在棱镜中的传播时间均为
C正确；
D．光束平行于AB面入射，由P点入射的光线恰好射到B点，光线经AB面发生一次全反射后从BC面射出，由几何关系可得，光束在BC面的入射角 ，由光的折射定律可得
解得
因此光束从BC面出射后仍平行，由对称性可得，宽度仍为，D错误；
故选ABC。
15．（1）；（2）
【详解】
（1）光以最短距离传播到光屏，光路图如下图所示
根据折射率与光速的关系得
则光在透明介质传播所用时间为
则光以最短距离传播到光屏所用的时间为
（2）当入射光逐渐向上偏移时，由于光从光密介质射入光疏介质，当光路图如图所示时，会发生全反射，此时的光路图为临界情况，即光屏上亮斑在最高点
根据几何关系，结合全反射的条件，根据得
根据几何关系，光屏上亮斑最高点离地面的高度为
16．①没有光线从HG面折射射出，理由见解析所示；②
【详解】
①光路图如图所示
入射角
由折射定律
折射角
临界角C
解得
在HG面反射，入射角
发生全反射，所以没有光线从HG面折射射出；
②光线从M到N的运动光程
光线从M到N的运动时间
由几何关系
由折射定律
联立解得