4.3光的全反射与光纤技术基础巩固（word 含答案）

4.3光的全反射与光纤技术基础巩固2021—2022学年高中物理粤教版（2019）选择性必修第一册
一、选择题（共15题）
1．关于全反射及其应用的认识，下列说法正确的是（　　）
A．光纤通信利用了光的折射
B．全反射是反射光线与折射光线重合的一种现象
C．光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射
D．光线从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射
2．如图所示，在透明均匀介质内有一个半径为R的球状空气泡，单色平行光从左侧水平射入，其中的一束细光束在A点以入射角从介质射入气泡，射出气泡时光线方向偏转了30（不考虑多次反射的情况），则在介质中能射入气泡的平行光的面积是（　　）
A． B． C．πR2 D．
3．夏天，海面上下层空气的温度比上层空气的温度低。可以设想海面上的空气是由折射率不同的许多水平气层组成的。景物发出的光线由于不断被折射，越来越偏离原来的方向、人们逆着光线看去就出现了蜃景。则下列说法正确的是（　　）
A．蜃景是景物由于海平面对光的反射所成的像
B．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率大
C．海市蜃楼是光在密度不均匀的空气中传播时发生折射而产生的
D．海面上的蜃景，成正立的像，位置在实物的上方
4．小明同学利用插针法测量半圆柱形玻璃砖的折射率，他在白纸上作一直线MN以及它的垂线AB，将玻璃砖（底边圆心为O）的底边与直线MN对齐，在垂线AB上插两枚大头针P1和P2，如图所示。实验时，小明在半圆柱形玻璃砖右侧区域内观察，均无法透过半圆柱形玻璃砖同时看到P1、P2的像。为了同时看到P1、P2的像。下列说法正确的是（　　）
A．半圆柱形玻璃砖沿MN向M平移适当距离
B．半圆柱形玻璃砖沿MN向N平移适当距离
C．半圆柱形玻璃砖平行MN向左平移适当距离
D．半圆柱形玻璃砖平行MN向右平移适当距离
5．如图所示。AOB为透明扇形玻璃砖，圆心角，OM为AOB的角平分线，一束平行于OM的单色光在空气中由OA边射入玻璃砖，经OA面折射后的光线恰平行于OB。则下列说法中正确的是（　　）
A．该玻璃的折射率为2
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玻璃砖中的波长相等
D．该入射光在空气中的频率与玻璃砖中的频率相等
6．如图所示是一玻璃球体，其半径为R，O为球心，AB为水平直径。M点是玻璃球的最高点，来自B点的光线BD从D点射出，出射光线平行于AB，已知ABD=，光在真空中的传播速度为c，则（　　）
A．此玻璃的折射率为2
B．光线从B传播到D的时间为
C．若增大ABD，光线不可能在DM段发生全反射现象
D．若减小ABD，从AD段射出的光线仍平行于AB
7．如图所示，P、Q是两种透明材料制成的两块直角梯形的棱镜，叠合在一起组成一个长方体。某单色光沿与P的上表面成θ角的方向斜射向P，其折射光线正好垂直通过两棱镜的界面。已知材料的折射率nPA．一定没有光线从Q的下表面射出
B．从Q的下表面射出的光线一定与入射到P的上表面的光线平行
C．如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定大于θ
D．如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定小于θ
8．如图所示，三棱镜ABC的横截面为等腰直角三角形，底边AB水平，右侧的光屏MN竖直。一条单色光线自AC边上的D点水平射向三棱镜，此光线进入三棱镜后首先到达底边AB，棱镜材料对该光线的折射率为。光线进入三棱镜后，仅考虑在各界面上的第一次反射或折射，对此以下说法正确的是（　　）
A．光线到达AB边时会有部分能量射出三棱镜
B．光线到达BC边时发生全反射
C．光线自BC面射出三棱镜后水平射向光屏MN
D．光线白BC面射出三棱镜后斜向上射向光屏MN
9．折射率的透明材料做成的柱形光学元件，其横截面为图中的阴影部分ABC。AC是半径为R的四分之一圆弧，O为圆心，ABCO构成正方形。在O处有一点光源，若只考虑首次从圆弧AC直接射向AB、BC的光线。从点光源射入圆弧AC的光中，有一部分不能从AB、BC面直接射出，则这部分光照射的圆弧的弧长（　　）
A．πR B．πR C．πR D．πR
10．如图所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为r，外圆半径为R，。现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出，设透明柱体的折射率为 n，光在透明柱体内传播的时间为t，若真空中的光速为c，则（　　）
A．n可能为 B．n可能为2
C．t可能为 D．t可能为
11．一束可见光射向半圆形玻璃砖的圆心O，经折射后分为两束单色光a和b。下列判断正确的是（　　）
A．a光的频率大于b光的频率
B．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率
C．在真空中a光的波长大于b光的波长
D．发生全反射时，a光的临界角大于b光的临界角
12．如图所示，一束白光沿半径方向射向半圆形玻璃砖的圆心O，折射后发生了色散，a、b为最外侧的两束光，下列说法错误的是（　　）
A．a为紫光、b为红光
B．a光的折射率小于b光的折射率
C．a光在玻璃中的传播速度小于b光
D．逐渐增大入射角，a光先发生全反射
13．有一个长为10cm的竖直线状光源AB，其表面可以向各个方向发射光线，将光源封装在一个半球形的透明介质中，整个装置放在水平地面上，如图。线状光源的B端与半球的球心O重合，封装用的透明介质的折射率为1.5，为使光源发出的所有光均能射出介质球，不考虑二次反射，试分析介质球的半径R至少为（　　）
A．15cm B．cm C．10cm D．20cm
14．如图所示，OBCD为半圆柱体玻璃的横截面，OD为直径，一束由紫光和红光组成的复色光沿AO方向从真空射入玻璃，分两束分别射到圆柱面的B、C两点。下列说法正确的是（　　）
A．从B、C两点射出的光分别是红光、紫光
B．入射光线AO向右平移，红光会先发生全反射
C．光从O传到B与光从O传到C的时间相等
D．若两束光均能使某金属发生光电效应，则C光照射时逸出的光电子动能一定小
15．一半圆形玻璃砖的横截面如图所示，半圆的半径为R、圆心为O。一光线DE沿横截面从直径AB上的E点以入射角经玻璃砖折射后，射到圆弧AB上的F点（图中未画出）恰好发生全反射。已知玻璃砖对该光线的折射率，则O、E两点间的距离为（　　）
A． B． C． D．
二、填空题（共4题）
16．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．
17．观察全反射现象
如图让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，在这个边与空气的界面上会发生反射和折射。逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化。
实验现象
随着入射角的逐渐增大的过程中
折射角逐渐___________；
折射光线亮度逐渐___________；
反射角逐渐___________；
反射光线亮度逐渐___________；
当入射角增大到某一角度时，折射光线消失，___________。
全反射的定义
全反射：___________，___________，光线全部被反射回原光密介质的现象。
临界角：当光从光密介质射入光疏介质时，折射角等于90°角时的入射角叫做临界角。用C表示。
发生全反射的条件
（1）光从光密介质射入光疏介质；
（2）入射角等于或大于临界角；
临界角C的大小由折射率可得：___________
临界角的正弦值：___________
18．横截面积为圆的扇形的玻璃砖，O为圆心，OB竖直，OA水平。一束红色激光宽度与OB等宽，水平射向OB，在弧面AB上只有一半有光线射出，则该玻璃砖对红光的折射率n=__________；若改为蓝色光照射，有光射出的面积比原来__________（填写“变大”或“变小”）
19．利用软木塞插针法测水的折射率实验步骤如下：
(1)如图，取一厚度可忽略不计的圆形软木塞，在它的圆心处插上一枚大头针，让软木塞浮在水面上；
(2)调整大头针插入软木塞的深度，使得从软木塞周围向液体中观察，恰好在此时看不到大头针；
(3)需要测量的物理量 A：_____；B：_______；(写出物理量符号和相应的物理意义)
(4)水的折射率表达式 n=_______。(用步骤(3)中的物理量符号表示)
三、综合题（共4题）
20．如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，∠A=30°，∠B=90°。一束光线平行于底边AC射到AB边上并进入棱镜，然后垂直于AC边射出。
(1)求此棱镜的折射率；
(2)保持AB边上的入射点不变，逐渐改变入射角的大小，通过计算说明，光进入棱镜后是否能从BC边射出？
21．某半圆柱形玻璃砖截面半径为R，O点为圆心，AB为直径，CO与AB垂直，左侧为一足够大的光屏．如图所示，相互平行的同种单色光a和b以与竖直方向成45°角入射到玻璃砖上，光线a在O点恰好发生全反射．光在真空中传播速度为c．求：
①玻璃砖的折射率；
②单色光b在玻璃砖中传播时间；
③单色光b打在光屏上位置到A点的距离．
22．如图，两等腰三棱镜ABC和CDA腰长相等，顶角分别为∠A1=60°和∠A2=30°。将AC边贴合在一起，组成∠C=90°的四棱镜。一束单色光平行于BC边从AB上的O点射入棱镜，经AC界面后进入校镜CDA。已知棱镜ABC的折射率，棱镜CDA的折射率n2=，不考虑光在各界面上反射后的传播，求：(sin15°=，sin75°=)
(i)光线在棱镜ABC内与AC界面所夹的锐角θ；
(ii)判断光能否从CD面射出。
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．A
3．D
4．A
5．D
6．B
7．D
8．C
9．A
10．B
11．A
12．B
13．A
14．C
15．A
16． 能
17．增大 变暗 增大 变亮 光线将全部反射回光密介质中 当入射角增大到某一角度时 折射光线消失
18． 变小
19．木塞的半径R 大头针在水面下的长度h
20．(1)；(2)不能
21．①；②；③
22．(i)45°；(ii)不能从DC面射出
23．