4.2全反射与光导纤维 同步训练（Word版含答案）

4.2全反射与光导纤维
一、选择题（共15题）
1．如图所示，将半圆形玻璃砖放在竖直面内，它左方有较大的光屏P，线光源S可沿玻璃砖圆弧移动，它发出的光束总是射向圆心O。若S从图中A向B处移动，在P上先看到七色光带，以后各色光陆续消失．则此七色光带从上到下的排列顺序以及最早消失的光是( )
A．红光→紫光，红光 B．紫光→红光，红光
C．红光→紫光，紫光 D．紫光→红光，紫光
2．医院给病人做肠镜、胃镜、喉镜等检查时都要用到内窥镜，内窥镜应用到了光的（　　）
A．直线传播 B．衍射 C．干涉 D．全反射
3．水的折射率为4/3,在水面下有一点光源,在水面上能看到一个圆形透光面,若看到透光面圆心位置不变而半径不断减小,则下面正确的说法是( )
A．光源上浮 B．光源下沉 C．光源静止 D．以上都不对
4．某透明介质的横截面为半圆，一束平行单色光线垂直于半圆的直径射入透明介质，如图所示，在半圆弧上恰好有一半的弧长有光透出。则透明介质的折射率为（　　）
A．3 B．2 C． D．
5．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
6．如图所示，一束光从空气中射向折射率n＝的某种玻璃的表面，i表示入射角，则下列说法中不正确的是（　　）
A．当i＞45°时会发生全反射现象
B．无论入射角是多大，折射角r都不会超过45°
C．欲使折射角r＝30°，应以i＝45°的角度入射
D．当入射角tani ＝ 时，反射光线跟折射光线恰好垂直
7．某科技馆内有一个半径为R的半圆柱形透明体，其俯视图如图所示。为估测该透明体材料的折射率，某同学进行了如下实验:用激光笔从右侧沿垂直于直径AB方向朝透明体射入，保持入射方向不变，入射点由圆心O处缓慢向A处移动，观察到从圆弧面上射出的光逐渐减弱。当入射点到达C处时，恰好看不到光从圆弧面上D处射出，测得OC=0.6R。由此，可求出透明体材料的折射率为（　　）
A． B． C． D．
8．一潜水员在水深为h的地方向水面观察时，发现整个天空及远处地面的景物均呈现在水面处的一圆形区域内。已知水的折射率为n，则圆形区域的半径为 （　　）
A．nh B． C． h D．
9．在空气中，一条光线以60°的入射角射到一平行玻璃板的上表面ab上，已知该玻璃的折射率为，下列说法正确的是（　　）
A．光线可能在ab面上发生全反射而不能进入玻璃板
B．光线肯定能从ab面进入玻璃板且折射角为30°
C．光线可能在cd面上发生全反射而不能射出玻璃板
D．光线肯定能从cd面射出玻璃板且折射角为30°
10．如图所示，横截面为圆环的柱形容器由折射率为n的玻璃制成，其外径为R1，内径为R2，MN为一条直径。有两束光线，其中光线A在纸平面内传播，从P点射向容器，经一次折射后，恰好与容器内壁相切，另一束光线B平行于MN射向容器，经过一次折射后，恰好在容器内壁发生全反射，则（　　）
A．光线A入射角的正弦值
B．光线A射入柱形容器后折射出去的时间为
C．光线B的入射角的正弦值
D．光线B到MN的距离等于R2
11．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
12．如图所示，由不同频率的a、b两种单色光组成的复色光沿半圆形玻璃砖的半径MO方向以入射角射向玻璃砖的圆心O，其出射光束OP中只有a光，且出射光束的出射角。则下列说法正确的是（　　）
A．玻璃砖对a光的折射率比对b光的折射率小
B．ab两种单色光在玻璃砖中的传播速率之比为4：5
C．ON光束中只有b光
D．玻璃对a光的折射率为0.75
二、多选题
13．关于下列图片说法正确的是（　　）
A．如图甲，两人合作绘制振动图像，女同学的笔尖做曲线运动
B．如图乙，当驱动力的频率等于固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到最大值
C．如图丙，绳子中传播的波，质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，是纵波
D．如图丁，蜂鸣器在头顶快速转动，几米外的观察者会观测到声波的多普勒效应
E．如图戊，实用光导纤维由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
14．如图所示，足够长的平行玻璃砖厚度为d，底面镀有反光膜CD，反光膜厚度不计，一束光线以45°的入射角由A点入射，经底面反光膜反射后，从顶面B点射出（B点图中未画出）．已知该光线在玻璃砖中的传播速度为c，c为光在真空中的传播速度，则（ ）
A．平行玻璃砖的折射率为
B．入射点A与出射点B之间的距离为
C．平行玻璃砖的全反射临界角为30°
D．为了使从A点以各种角度入射的光线都能从顶面射出，则底面反光膜CD长度至少2d
15．如图所示，自左向右依次固定放置半圆形玻璃砖、足够长的竖立的长方体玻璃砖和光屏，BC、MN、PQ三个表面相互平行。一点光源可沿着圆弧BAC移动，从点光源发出的一束白光始终正对圆心O射入半圆形玻璃砖，经过长方体玻璃砖后，打在光屏上。已知玻璃对紫光的折射率为n=1.532，若不考虑光在各个界面的反射，则下列说法正确的是（　　）
A．点光源从B点移动到C点的过程中，光屏上总有彩色光斑
B．点光源从B点移动到C点的过程中，光屏上的红色光斑的移动范围比紫色光斑的大
C．点光源在A点时，光屏上的红色光斑在紫色光斑的上方
D．点光源在A点时，若撤去长方体玻璃砖，光屏上的红色光斑将向上移动
三、填空题
16．当光由___________射入___________时，当入射角增大到一定程度时，光线将全部反射回光密介质中，这种现象叫光的全反射。
17．我们常说的“光纤通信”是利用了光的______原理。
18．光导纤维的用途很大，医学上将其制成______，用来检查人体内脏的内部；
实际的内窥镜装有两组光纤，一组______，另一组______；
光导纤维的用途很大，通过它可以实现______；
光纤通信的主要优点是______、______、______；
一路光纤的传输能力理论值为______，______；
虽然光纤通信的发展历史只有20多年的，但是发展的速度是惊人的。
19．如图所示，扇形AOB为透明柱状介质的横截面，圆心角∠AOB=60°。一束平行于角平分线OM的单色光由OA射入介质，经OA折射的光线恰平行于OB。
(1)求介质的折射率______；
(2)折射光线中恰好射到M点的光线______（填“能”或“不能”）发生全反射，若平行入射光线的方向可调，则当入射光线与AO边的夹角______（填“越大”或“越小”），则越容易使折射光线在弧面AMB界面上发生全反射。
四、解答题
20．如图所示，两束不同单色光P和Q射向半圆形玻璃砖，入射角分别为45°和30°，它们的出射光线都是从圆心O点沿OF方向，OF与界面的夹角为30°，半圆形玻璃砖的半径为R，求：
（1）两束光穿过玻璃砖所用的时间差；
（2）将P光线绕O点旋转，使其刚好发生全反射，则其旋转的角度为多少？
21．有人在河面上游泳，头部露出水面，见河底有一物体，与他的眼睛在同一竖直线上，当他缓慢地再前进4m到达A点时，物体忽然不见了，已知水的折射率为4/3，不计眼睛与河面间的高度（结果可以保留根式或分数），求：
①物体距河面的距离
②从物体发出的光传播到A点所用的时间．
22．如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c，求：
（1）玻璃砖的折射率为？
（2）光从玻璃到空气的临界角为？
（3）OP之间的距离为 ？
23．如图所示，截面为半圆形玻璃砖的半径为R，一束单色平行光向右垂直直面射向玻璃砖，在玻璃砖右侧可看到圆弧面上有三分之一的区域被照亮。已知光在真空中的速度为c，求：
(1)该玻璃砖对此单色光的折射率；
(2)自不同点入射的光在玻璃砖中的传播时间不同，计算得出最短传播时间（不考虑光在玻璃砖内的多次反射）。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【解析】
【分析】
【详解】
光在O点发生折射，紫光折射率最大，偏折程度最大，故光屏最上方的是紫光，最下方的是红光，由
可知，紫光的临界角最小，最先发生全反射而从光屏上消失，D正确。
故选D。
2．D
【解析】
【分析】
【详解】
医用纤维式内窥镜利用了光的全反射。
故选D。
3．A
【解析】
【详解】
如图所示，当光从水中折射进入空气中且折射角等于90°时对应的半径最大，即恰好发生全反射时，透光水面对应的半径最大．
由于发生全反射时入射角的大小不变，故对应的入射光线的方向与原来的入射光线平行，如图，根据相似三角形知：透光面的半径R减小时，光源S到水面的距离减小，故光源在上浮．故选A．
【点睛】
本题考查对全反射现象的理解和应用能力，关键要运用作图法分析光源的运动情况．
4．D
【解析】
【分析】
【详解】
由题意可知，光线射入透明介质后，从圆弧面射出时，有部分光线发生全反射，因在面上恰好有一半的弧长透光，则恰好发生全反射时入射光对应的入射角为，公式
故选D。
5．C
【解析】
【详解】
A．从B点射出的光线在O点折射时光的传播方向偏折大，说明玻璃对从B点射出的单色光折射率大，频率高，即，，故A错误；
B．由光在介质中传播速度公式，，所以有，故B错误；
C．设光在O点折射时入射角、折射角分别为i，r，根据折射定律有
又根据几何关系，光从O到射出玻璃的光程
则折射光在玻璃中传播时间
可见时间与折射光线方向无关，故C正确。
D．发生全反射的必要条件之一是光从光密介质射向光疏介质，所以光线不会从空气射入玻璃时发生全反射，故D错误。
故选C。
6．A
【解析】
【详解】
A．光从空气中射向玻璃表面时，不可能发生全反射，故A错误，符合题意；
B．当入射角是90°时，根据折射定律
解得r=45°，所以无论入射角i是多大，折射角r都不会超过45°，故B正确，不符合题意；
C．欲使折射角r=30°，根据折射定律
解得i=45°，故C正确，不符合题意；
D．当，有，设入射角为i，折射角为r，根据折射定律
解得sinr=cosi，所以反射光线跟折射光线恰好互相垂直时，故D正确，不符合题意。
故选A。
7．D
【解析】
【分析】
【详解】
连接OD，设∠ODC=θ，透明物体的折射率为n，由题意，当入射点到达C处时，恰好看不到光从圆弧面上D处射出，是因C处发出的光线，在D点恰好发生了全反射， 则θ等于临界角
而
解得
故D正确。
故选D。
8．D
【解析】
【分析】
当光从水中进入空气，入射角大于临界角，会发生全反射，入射角小于临界角的范围即为圆形区域范围。
【详解】
如图，根据全反射定律
结合几何关系可得
解得
故选D。
9．B
【解析】
【详解】
解：AB.光从空气射到平行玻璃板上表面时，不可能发生全反射，一定能从ab面进入玻璃板．由
得折射角为r=30°，故A错误，B正确；
CD.由几何知识可知，光线射到cd面上入射角等于30°，根据光路可逆性原理判断可知，光线在cd面上不可能发生全反射，肯定能从cd面射出玻璃板且折射角为60°，故C错误，D错误。
故选：B。
10．D
【解析】
【详解】
A．光线与容器内壁相切，光路图如图1所示，设光线在M点的入射角为iA，折射角为r，由折射定律得
由几何关系得
解得
故A错误；
B．光线A在柱形容器中通过的距离为
光线A在柱形容器中传播速度为
则光线A射入柱形容器后折射出去的时间为
故B错误；
C．平行于MN的光线射向容器，在容器外壁的入射角为iB，折射角为r′，如图2所示，由折射定律得
光线恰好在容器内壁发生全反射，入射角等于临界角C，光路图如图所示，则
根据正弦定理可得
解得
即
故C错误；
D．设光线B到MN的距离为d，根据几何关系可得
d=R1siniB=R2
故D正确。
故选D。
11．A
【解析】
【详解】
AB．入射光线顺时针偏转时，经ac面的折射，光线以小于45°角射到ab面上。开始时，偏转角越大，ab面上光线的入射角就越小，当偏转到某一角度时，光线将垂直入射到ab面，入射角为0°；在此之后，光线的入射角将变大。按题目所给的条件，开始时ab面上没有光线射出，即棱镜的临界角小于或等于45°，因此在顺时针偏转过程中，当偏转到一定的程度时，光线对ab面的入射角会小于临界角，此时有光线穿出ab面。进一步考虑哪一种光线先射出ab面。在组成白光的七种色光中，玻璃对红光的折射率最小，红光经ac面后的方向改变最小，对ab面的入射角改变最大，即红光在几种色光中入射角最小。从折射率最小还可得出的另一结论，即光的全反射角最大。将这两点结合起来，可知在相同条件下，红光的全反射角最大而入射角最小，因此将最先射出。故A正确，B错误；
CD．入射光线逆时针偏转时，这时将发现偏转后光线对ab面的入射角增大了，根本不可能射出ab面，故CD错误。
故选A。
12．A
【解析】
【详解】
A．由于出射光束OP中只有a光，所以b光发生了全反射，则有
根据公式
可知
即玻璃砖对a光的折射率比对b光的折射率小，A正确；
B．根据折射率公式
可得
B错误；
C．根据光的反射特性可知，ON光束中即有a光，又有b光，C错误；
D．根据折射率公式得
D错误。
故选A。
13．BDE
【解析】
【分析】
【详解】
A．如图甲，两人合作绘制振动图像，女同学的笔尖做往返的直线运动，由于纸带的匀速运动，在纸带上留下的痕迹是正弦曲线。故A错误；
B．如图乙，当驱动力的频率等于固有频率时，物体做受迫振动的振幅达到最大值，发生共振。故B正确；
C．如图丙，绳子中传播的波，质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，是横波。故C错误；
D．如图丁，蜂鸣器在头顶快速转动，声源的位置在发生变化，所以几米外的观察者会观测到声波的多普勒效应。故D正确；
E．如图戊，实用光导纤维由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。故E正确。
故选BDE。
14．ABD
【解析】
【详解】
A．玻璃砖的折射率为
故A正确；
B．由折射定律得
可得
因此入射点与出射点之间的距离为
故B正确；
C．设临界角为，则有
可得
故C错误；
D．为了使从点以各种角度入射的光线都能从顶面射出，反射光线不能在顶面发生全反射，则底面反光膜至少为
故D正确；
故选ABD。
15．BC
【解析】
【分析】
【详解】
A．光线靠近玻璃砖的直边时，会发生全反射，没有光斑，且当入射光与BC垂直时，光线不发生偏折，在光屏上没有彩色光斑，故A错误；
C．由于红光的折射率比紫光的折射率小，红光通过半圆形玻璃砖后的折射角比紫光的小，则点光源在A点时，光屏上的红色光斑在紫色光斑的上方，故C正确；
B．由光的折射、全反射规律及几何关系分析可知，点光源从B点移动到C点的过程中，光屏上红色光斑的移动范围比紫色光斑的大，故B正确；
D．点光源在A点时，光线通过长方体玻璃砖后会向上发生移动，若撤去长方体玻璃砖，光屏上的红色光斑将向下移动，故D错误。
故选BC。
16． 光密介质 光疏介质
【解析】
【分析】
【详解】
[1][2]当光由光密介质射入光疏介质时，入射角增大到一定程度时，光线将全部反射回光密介质中，这种现象叫做光的全反射。
17．全反射
【解析】
【详解】
我们常说的“光纤通信”是利用了光的全反射原理。
18． 内窥镜 把光传送到人体内部进行照明 把体内的图像传出供医生观察 光纤通讯 容量大 衰减小 抗干扰能量强 二十亿路电话 一千万路电视
【解析】
【分析】
【详解】
略
19． 不能 越大
【解析】
【分析】
【详解】
(1)[1]作出光路图
由几何知识可知，入射角i=60°，折射角r=30°，根据折射定律得
(2)[2]
如图由几何关系可得，光线在M点的入射角为，由临界角的关系式可得
则，所以折射光线中恰好射到M点的光线不能发生全反射。
[3]折射光线在弧面AMB界面上发生全反射则需要入射角增大，所以入射光线与AO边的夹角越大则越容易使折射光线在弧面AMB界面上发生全反射。
20．（1）（2）
【解析】
【详解】
（1）光束P的入射角为450，折射角为600，因此玻璃对P光束的折射率为：
在玻璃中传播的时间为：
玻璃对Q光束的折射率为：
在玻璃中传播的时间为：
两束光穿过玻璃的时间差为：
（2）P光刚好发生全反射时的临界角C满足：
因此要使光线刚好发生全反射，可以逆时针旋转角度：
或顺时针旋转角度：
21．①②
【解析】
【详解】
①设水深为h，前进R=4m后的光路图如图所示，物体发出的光线在水面上发生了全反射，则此时人看不到物体了，根据几何知识可得
，代入数据可得
②由，，解得；
【点睛】解决光学问题的关键要掌握全反射的条件、折射定律、临界角公式、光速公式，运用几何知识结合解决这类问题．
22．（1）；（2）；（3）
【解析】
【分析】
【详解】
（1）（2）（3）作出两种情况下的光路图，如图所示 ，设，在A处发生全反射故有
由于出射光平行可知，在B处射出，故
由于
联立可得
23．(1)2；(2)
【解析】
【详解】
(1)如图所示，设光射到P点处恰好发生全反射，临界角为C
由几何分析可得此单色光在玻璃砖中全反射的临界角，又有
可得该玻璃砖对此单色光的折射率
(2)光在玻璃砖中的最短传播距离
又有
可得最短传播时间
答案第1页，共2页
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