4.3光的全反射与光纤技术基础巩固（word版含答案）

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．导光管采光系统是一套采集天然光，并经管道传输到室内的采光系统，如图为过装置中心轴线的截面。上面部分是收集阳光的半径为R的某种均匀透明材料的半球形采光球，O为球心，下面部分是内侧涂有反光涂层的导光管，MN为两部分的分界面，M、N为球面两点。若一束平行MN且与MN相距的细光束从空气入射到采光球表面时，经折射绿光恰好照射到N点。则（　　）
A．绿光在采光球中的传播速度为
B．红光一定能从N点上方射出
C．紫光有可能直接折射经过O点
D．要使光束在导光管中发生全反射，涂层折射率应小于管壁折射率
2．高速公路的标志牌常贴有“逆反射膜”，夜间行车时，它能使车灯射出的光逆向返回，使标志牌上的字特别醒目。这种“逆反射膜”的内部均匀分布着一层直径为10ym的细玻璃球。下面分析单个微小球体对光的作用，如图所示，真空中的细光束以i=60°从A点入射到玻璃球表面，进入球内后在B点发生反射，然后从C点射出。下列说法正确的是（　　）
A．当折射率n=时，从C点射出的光线与A点的入射光线平行
B．若仅减小球的半径，从外部进入球内的光在球内可能发生全反射
C．若仅增大球的折射率，从外部进入球内的光在球内可能发生全反射
D．若仅增大入射光的频率，C点与A点的距离变大
3．(2011年双十中学月考)下列说法正确的是(　　)
A．太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，这是光的干涉的结果
B．用光导纤维传送图像信息，这是光的衍射的应用
C．眯着眼睛看发光的灯丝时能观察到彩色条纹，这是光的偏振现象
D．在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时水面下的景物，可使景像清晰
4．潜水员在水深为h的地方向水面观望时，发现整个天空及远处地面的景物均呈现在水面处的圆形区域内，已知水的临界角为θ，则所观察到的圆形半径为
A．htanθ B．hsinθ C． D．
5．如图所示，光线由空气透过半圆形玻璃砖，或光线由玻璃砖射入空气的光路图中，正确的是（玻璃的折射率为1.5）（ ）
A．图乙、丙、丁 B．图乙、丁
C．图乙、丙 D．图甲、丙
6．光纤通信是一种现代化的通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务．为了研究问题的方便，我们将光导纤维简化为一根长直的玻璃棒，如图所示，设此玻璃棒长为L，折射率为n且光在玻璃内界面上恰好发生全反射，若光在真空中的传播速度为c，则光通过此段玻璃棒所需的时间为（ ）
A． B． C． D．
7．为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图，，由a、b两种单色光组成的细光束从空气垂直于射入棱镜，经两次反射后光线垂直于射出，且在、边只有a光射出，光路图如图所示，则a、b两束光（　　）
A．a光的频率比b光的频率大
B．b光比a光更容易发生明显的衍射现象
C．在真空中，a光的传播速度比b光的大
D．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小
8．三角形AOB为直角三棱镜的横截面，棱镜的折射率，∠A＝60°，∠O＝90°，空气中一束平行于斜边AB的平行光从OB边射入，棱镜内部只考虑一次反射，下列说法错误的是(　　)
A．从OB进入棱镜的光若从AB边射出，则一定会垂直于AB
B．从OB进入棱镜的光若从OA边射出，则一定会垂直于OA
C．光进入三棱镜后传播速度变大，波长变长
D．OB边中点以下的入射光会垂直于OA边射出
9．如图所示，一束白光以入射角射向三棱镜，在光屏上形成彩色光带，则（　　）
A．处光的波长小于处光的波长
B．在棱镜中，处光的传播速度小于处光的传播速度
C．增大，处的光可能在面上发生全反射
D．减小，处的光可能在面上发生全反射
10．半径为R的半圆柱形介质截面如图所示，O为圆心，AB为直径，Q是半圆O上的一点，QO垂直于AB。相互平行的同种单色光a和b从不同位置进入介质，光线a沿直线射向O点，在O点恰好发生全反射，光线b从Q点射入介质，入射角为45°，b光经介质折射后交于直径AB上的P点，则P点距O点的距离为（　　）
A． B． C． D．
11．如图，半径为R的半圆柱玻璃体置于水平桌面上，半圆柱玻璃体的上表面水平，半圆柱玻璃体与桌面相切于A点。一细束单色光经球心O从空气中射入玻璃体内（入射面即纸面），入射角为60°，出射光线射在桌面上B点处。测得AB之间的距离为，则下列说法正确的是（　　）
A．该玻璃体的折射率为
B．该玻璃体折射率为
C．若将入射光束在纸面内向左平移，移到距O点位置时射入玻璃体的光线在玻璃体下表面处恰好发生全反射
D．若用同样频率、宽度为R的光束CO沿与玻璃体上表面成入射，从玻璃体下表面折射出的弧长占圆柱体弧长的
12．如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为θ=，E、F分别为AB、BC的中点，则（　　）
A．该棱镜的折射率为
B．光在F点发生全反射
C．光从空气进入棱镜，波长变大
D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行
13．如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点。已知入射方向与边AB的夹角为，E、F分别为边AB、BC的中点，则下列说法正确的是（　　）
A．该棱镜的折射率为2
B．光在F点发生全反射
C．光从空气进入棱镜，光速变小
D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行
14．图示为半圆柱体玻璃的横截面，为直径。一束复色光沿方向从真空射入玻璃，光线分别从、点射出。下列说法正确的是（　　）
A．光线的频率
B．光线在玻璃中传播速度
C．光线在玻璃中传播时间
D．增大复色光入射角，光线将会在半圆面上发生全反射
15．如图，光导纤维由内芯和外套两部分组成，内芯折射率比外套的大，光在光导纤维中传播时，光在内芯和外套的界面上发生全反射。假设外套为空气，一束红光由光导纤维的一端射入内芯，红光在内芯与空气的界面上恰好发生全反射，经时间t1从另一端射出；另让一束绿光也从光导纤维的一端射入，绿光在内芯与空气的界面上也恰好发生全反射，经时间，t2从另一端射出。下列说法正确的是（　　）
A．内芯对红光的折射率n1与对绿光的折射率n2之比为
B．内芯对红光的折射率n1与对绿光的折射率n2之比为
C．红光在内芯中的传播速度v1与绿光在内芯中的传播速度v2之比为
D．红光在内芯中的传播速度v1与绿光在内芯中的传播速度v2之比为
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．如图所示，是一直角梯形棱镜的横截面，位于截面所在平面内的一束光线由点垂直边射入。已知棱镜的折射率，。画出光线第一次射出棱镜时出射光线的方向________，第一次的出射点距点_________cm。
18．观察光在弯曲的有机玻璃棒中传播的路径
如图激光笔发出的光射入一根弯曲的有机玻璃棒的一端，观察光传播的路径有什么特点。
当光在有机玻璃棒内传播时，如果从有机玻璃射向空气的入射角大于临界角，___________，于是光在有机玻璃棒内沿着锯齿形路线传播。这就是___________的原理。
实用光导纤维的直径只有几微米到一百微米。因为很细，一定程度上可以弯折。它由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大，___________
19．如图所示，半圆形玻璃砖按图中实线位置放置，直边与BD重合。一束激光沿着半圆形玻璃砖的半径从圆弧面垂直BD射到圆心O点上，使玻璃砖绕O点逆时针缓慢地转过角度θ（θ<90°），观察到折射光斑和反射光斑在弧形屏上移动。
(1)在玻璃砖转动过程中，以下说法正确的一项是____；
A．折射光斑在弧形屏上沿C→F→B方向移动
B．折射光斑的亮度逐渐变暗
C．折射角一定小于反射角
D．反射光线转过的角度为θ
(2)当玻璃砖转至θ＝45°时，恰好看不到折射光线．则此玻璃砖的折射率n=__________。
三、综合题（共4题）
20．如图所示，在平静的水面下深H处有一个点光源A，由点光源A发出的某条光线射出水面时入射角为30°，其折射光线与水面的夹角也为30°，已知光在真空中的传播速度为C，求：
(1)水面上有光线射出区域的面积S；
(2)从水面上射出的光线在水中传播的最长时间t。
21．如图所示为某玻璃砖的截面图，ABCE部分为梯形，AB垂直于上、下两底.CD是ED圆弧所在圆的直径，O为圆心，直径CD长为d，∠ECO=60 ，一束单色光从AB的中点斜射入玻璃砖，在AE面上刚好发生全反射，经AE面反射后反射光刚好垂直平分CE，求：
①光在AB面的入射角的正弦值及玻璃对单色光的折射率；
②光在玻璃砖中运动的时间.(已知光在真空中的传播速度为c)
22．如图所示，一细光束从空气垂直射到直角三棱镜的AB界面上，在BD界面的中点E发生全反射，并从AD界面射出（不考虑光束在AD界面上发生反射的光线），出射光线与BD界面平行。已知AB长为2L，∠A=90°， ∠B =60°，光在真空中传播速度为c，求：
①棱镜材料的折射率n；
②光在棱镜中传播所用时间t。
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．B
2．A
3．D
4．A
5．B
6．A
7．D
8．C
9．D
10．A
11．C
12．A
13．C
14．C
15．A
16．从光密介质到光疏介质 ≥
17．
[1]设发生全反射的临界角为，由折射定律得
代入数据得
光路图如图所示。
[2]由几何关系可知光线在边和边的入射角均为，均发生全反射。设光线在边的入射角为，折射角为，由几何关系得，小于临界角，光线第一次射出棱镜是在边，由折射定律得
代入数据得，结合几何知识可知出射点距离点的距离为。
18．发生全反射 光导纤维 光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
19．B
20．（1）；（2）
21．（1）（2）
22．①；②
23．