4.2 全反射 章节练习（Word版含答案）

4.2、全反射
一、选择题（共15题）
1．如图，是一束由两种不同频率的可见光组成的复色光，射向三棱镜，折射后分为两束和，则下列说法正确的是（ ）
A．玻璃对光的折射率比对光的折射率大
B．光在玻璃中的传播速度比光在玻璃中的传播速度大
C．光在真空中的波长比光在真空中的波长大
D．若、两种单色光由玻璃射向空气时发生全反射，光的临界角大于光的临界角
2．如图所示，同种色光以相同的入射角从空气射入三种折射率不同的平行玻璃砖中，已知平行玻璃砖的大小相同，入射点在玻璃砖上的位置相同，则
A．①玻璃砖对该种色光的折射率最大
B．光线在③玻璃砖中的传播速度最大
C．入射光线都能从三块玻璃砖的下表面射出
D．只要增大入射角，其中一块玻璃砖的下表面肯定会发生全发射
3．两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
4．如图所示，一束绿光从水中的A点沿AO方向以入射角i射向空气，反射后通过B点，折射后通过C点（B、C在图中均未画出）．现从水中的A点沿AO方向发出一束红光，则
A．红光反射后不会通过B点
B．红光折射后可能通过C点
C．红光可能没有折射光线
D．红光不可能没有折射光线
5．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
6．如图所示为一个边长为a的实心透明正立方体，在正立方体底面正方形中心O点放置一个单色点光源，该点光源发出的部分光通过透明正立方体折射出来。已知该单色光在透明正立方体材料中的折射率为n=，真空中的光速为c。下列说法中正确的是（　　）
A．从O点发出的光传播到正立方体侧面ABB′A′各点所需时间相等
B．从O点发出的光传播到正立方体上表面需要的最短时间为
C．观察者从左向右观察，在ABB′A′面上看到的亮斑面积为
D．观察者从上向下观察，在ABCD面上看到的亮斑面积为
7．如图为一光导纤维（可简化为一长玻璃丝）的示意图，AB表示端面，某单色平行光束照射到端面，要使光线不从玻璃丝的侧面透射出来，已知玻璃丝对该光的折射率为n，则入射角的正弦值sini应满足的条件是（　　）
A． B．
C． D．
8．一种“光开关”的“核心区”如图虚框区域所示，其中1、2是两个完全相同的截面为等腰直角三角形的棱镜，直角边与虚框平行，两斜面平行，略拉开一小段距离，在两棱镜之间可充入不同介质以实现开关功能。单色光a从1的左侧垂直于棱镜表面射入，若能通过2，则为“开”，否则为“关”，已知棱镜对a的折射率为1.5，下列说法正确的是（　　）
A．单色光a在棱镜中的波长是在真空中波长的1.5倍
B．若不充入介质，则不能实现“开”功能
C．若充入的介质相对棱镜是光疏介质，有可能实现“开”功能
D．若充入的介质相对棱镜是光密介质，有可能实现“关”功能
9．雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹．设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是
A．紫光、黄光、蓝光和红光
B．紫光、蓝光、黄光和红光
C．红光、蓝光、黄光和紫光
D．红光、黄光、蓝光和紫光
10．宝石的折射率是鉴定宝石品质的指标之一，如图为某宝石的截面图，已知OP、OQ边与轴线间夹角为，光在真空中的传播速度为c。一条光线垂直M边入射，在OP边发生全反射后，又恰好在OQ边发生全反射，仅考虑第一次射到OP边并反射到OQ边的光线。则光在宝石中的传播速度为（　　）
A． B． C． D．
11．关于全反射，下列说法中正确的是（　　）
A．发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线
B．光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象
C．光从光疏介质射向光密介质时，也可能发生全反射现象
D．水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生全反射
12．如图所示，放在空气中的平行玻璃砖，表面M与N平行，一束光射到表面M上，(光束不与M平行)
①如果入射角大于临界角，光在表面M即发生反射．
②无论入射角多大，光在表面M也不会发生全反射．
③可能在表面N发生全反射．
④ 由于M与N平行，光只要通过M，则不可能在表面N发生全反射．
则上述说法正确的是( )
A．①③ B．②③ C．③ D．②④
13．一束单色光从真空斜射向某种介质的表面，光路如图1所示．下列说法中正确的是(　　)
A．此介质的折射率等于1.5
B．此介质的折射率等于
C．当光线从介质射向真空中时，入射角大于45°时可发生全反射现象
D．当光线从介质射向真空中时，入射角小于30°时可能发生全反射现象
E．光进入介质时波长变短
14．如图所示，A、B、C、D四块完全相同的半圆柱形玻璃砖如图对称放置玻璃的折射率为n。现在A玻璃砖底边中点S处有一点光源发出一细脉冲激光束，射向B玻璃砖的底边中点P，发现均无光线从底边射出，不计光在传播过程中的能量损失，则下列说法正确的是（　　）
A．半圆柱形玻璃砖的折射率一定等于
B．半圆柱形玻璃砖的折射率可能等于
C．如果该脉冲激光束为红光，则紫光也一定能经历相同传播路径
D．传播过程中，红脉冲光回到S点的时间与紫脉冲光回到S点的时间相同
15．如图所示，S为位于泳池底部的一点光源，当泳池注入部分水时，从泳池上方观察发现，被光源照亮的水面为一直径等于d的圆形区域，若想让被照亮区域的面积增大，则可采取的方法是（　　）
A．继续向泳池注水，增加水深
B．放出部分池水，减小水深
C．将水换成折射率比水大的某种液体
D．将水换成折射率比水小的某种液体
二、填空题
16．要发生全发射，必须同时具备两个条件：（1）光从________介质射入________介质，（2）入射角________临界角．
17．在“测定玻璃的折射率”的实验中，实验室少了一块平行玻璃砖，实验老师分发了一块三棱镜给最后一个小组的同学。该小组同学在插好大头针、后，无论如何都不能在三棱镜的BC边用第三枚大头针同时挡住、的像，根据下图分析其原因可能是____________________；
18．一束光从介质1通过两种介质的交界面进入介质2的光路如图所示，则该光在__（选填“介质1”或“介质2”）中的传播速度较大；光从_____（选填“介质1”或“介质2”）射向两种介质的交界面时，可能发生全发射现象．
19．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”）
三、综合题
20．如图所示，扇形BAC为透明柱状介质的横截面，半径为R，圆心角A为30°．现有一细束单色光MN平行于AC由N点从AB面射入介质．已知光束MN到AC的距离，且此光束从AB面射入介质后恰好在BC面上的P点发生全反射．求该介质的折射率．
21．如图所示，一底面半径为R的圆柱形透明体，O为圆心，一细光束在横截面内从AO边上的A点以θ=60°的入射角入射，经玻璃折射后到B点，B点到AO的距离为。已知光在真空中的传播速度为c，不考虑光线在射出透明体时的反射。求：
（1）圆柱形透明体的折射率n；
（2）光线从进入透明体到离开透明体所经历的时间t。
22．某透明物体的横截面如图所示，其中ΔABC为等腰直角三角形，直角边AB长为2L，ADC为一半圆圆弧，其圆心在AC边的中点，此透明物体的折射率n=2，一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入透明物体。求：
(1)该光从透明物体射向空气发生全反射的临界角C；
(2)光线从ADC区域射出的圆弧长度s(不考虑经ADC圆弧反射后的光线)。
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。
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．B
【详解】
A．根据光路图知，通过三棱镜后b光的偏折角比c光的大，则三棱镜对b光的折射率较大，故玻璃对b光的折射率比对c光的折射率大，故A错误；
B．根据知，c光在玻璃中的传播速度比b光在玻璃中的传播速度大，故B正确；
C．b光的频率较大，由c=λf知，b光在真空中的波长比c光在真空中的波长小，故C错误；
D．b光的折射率大于c光的折射率，根据公式sinC=分析知，b光的临界角小于c光的临界角，故D错误；
故选B。
2．C
【详解】
AB．因为③光的偏折程度大，则③光的折射率较大，根据，可得，在玻璃砖中③光的传播速度最小。故AB错误。
CD．光线通过玻璃砖发生了两次折射，第二次的入射角等于第一次的折射角，根据光路可逆性原理可知，光不可能在下表面发生全反射，一定能从下表面射出玻璃砖，故C正确D错误；
故选C。
3．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。
4．D
【详解】
红光与绿光的入射角相等，根据反射定律得知：反射角等于入射角，则知红光与绿光的反射角也相等，所以红光反射后必定能通过B点．故A正确．水对绿光的折射率大于对红光的折射率，根据折射定律n=，i相等，绿光的折射角大于红光的折射角，所以红光折射后不通过C点，故B错误．根据可知，绿光的临界角小于红光，绿光没有发生全反射，则红光一定不能发生全反射，则红光不可能没有折射光线，选项C错误，D正确；故选D.
5．D
【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。
6．C
【详解】
A．从O点发出的光传播到正立方体侧面ABB′A′各点的距离不相等，所以时间不相等，A错误；
B．单色光在透明介质中传播的速度为
光到达上表面需要的最短时间为
B错误；
C．由题意可知，观察者从左向右观察，在ABB′A′面上看到的亮斑形状为一个半圆，设半圆的半径为，全反射的临界角为，有
则
亮斑面积为
C正确；
D．观察者从上向下观察，在ABCD面上看到的亮斑面积为一个圆，半径为
面积为
D错误。
故选C。
7．B
【详解】
设激光束在光导纤维端面的入射角为i，折射角为，折射光线射向侧面时的入射角为，要保证不会有光线从侧壁射出来，其含义是能在侧壁发生全反射。由折射定律
由几何关系
，
恰好发生全反射临界角的公式
得
联立得
即要保证从端面射入的光线能发生全反射，应有
B正确ACD错误。
故选B。
8．C
【详解】
A．根据公式可知
频率不变，波长变为原来的三分之二，A错误；
B．单色光a从1的左侧垂直于棱镜表面射入，入射角为 ，根据全反射的条件，临界角为
不充入介质，即发生全反射，光不可以通过2，实现“关”功能，B错误；
CD．由光密进入光梳，可能发生全反射，可能无法进入2，处于关状态，从光疏进入光密，不会发生全反射，则一定处于开状态，C正确，D错误。
故选C。
9．B
【详解】
试题分析：由折射图象可知a光的偏折程度最大，说明水滴对a的折射率最大，故a的频率最大，由可知，a的波长最小，abcd偏折程度依次减小，故为紫光、蓝光、黄光和红光，B正确；
10．D
【详解】
光线从MN垂直入射，在OP边的入射角
则光线在OP边发生全反射后，有几何关系得在OQ边的入射角为
因为恰好在OQ边发生全反射，故
则光在宝石中的传播速度为
故ABC错误，D正确。
故选D。
11．D
【详解】
A．发生全反射时，所有光线全部反射，没有折射光线，A错误；
B．光线从光密介质射向光疏介质时，并且入射角大于临界角时，才会发生全反射现象，B错误；
C．光从光疏介质射向光密介质时，入射角大于折射角，不可能发生全反射现象，C错误；
D．水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生全反射，使反射的光线特不强，从而看起来特别明亮，D正确。
故选D。
12．D
【详解】
①、②、B产生全反射的必要条件是光必须从光密介质射入光疏介质，可知，光从空气进入玻璃砖时，不会产生光的全反射现象，无论入射角多大，光都能从界面ab进入玻璃砖．故①错误，②正确．③、④、由于ab与cd两个表面平行，根据几何知识得知，光线在ab面上的折射角等于在cd面上的入射角，根据光路可逆原理可知，光线一定从界面cd射出，故③错误，④正确．综上选D．
13．BCE
【详解】
根据光的折射定律，，选项A错、B对．当光线从介质中射向真空中时，随入射角增大折射角增大，当折射角等于90°时，即发生全反射，此时入射角为C，则有n＝＝解得C＝45°，即入射角大于等于45°时发生全反射现象，选项C对D错．因进入介质后光速变小，而频率不变，故E对；故选BCE．
14．BC
【详解】
AB．光可能在玻璃砖中恰好发生全反射，则此时有
也可能临界角小于，光也不会从玻璃砖中射出，故A错误，B正确；
CD．由光在均匀介质中均沿直线传播，则如果该脉冲激光束为红光，则紫光也一定能经历相同传播路径，但红光与紫光在玻璃砖中的折射率不同，由可知，两光的传播速度不同，则传播过程中，红脉冲光回到S点的时间与紫脉冲光回到S点的时间不同，故C正确，D错误。
故选BC。
15．AD
【详解】
A．设临界角为，为水的深度，液面上形成的光斑边缘光线恰好发生全反射，入射角等于临界角，根据几何关系知
继续向泳池注水，增加水深，临界角不变，被光源照亮的水面的直径增大，被照亮区域的面积增大，故A正确；
B．放出部分池水，减小水深，临界角不变，根据可知，被光源照亮的水面的直径减小，被照亮区域的面积减小，故B错误；
CD．根据可得
将水换成折射率比水大的某种液体，临界角减小，根据可知，被光源照亮的水面的直径减小，被照亮区域的面积减小；将水换成折射率比水小的某种液体，临界角增大，根据可知，被光源照亮的水面的直径增大，被照亮区域的面积增大，故C错误，D正确；
故选AD。
16． 光密； 光疏； 大于或等于
【详解】
要发生全发射，必须同时具备两个条件：（1）光从光密介质射入光疏介质，（2）入射角大于或等于临界角．
17．光在BC界面发生了全反射
【详解】
根据图分析其原因可能是：光从进入玻璃后在BC界面发生了全反射。
18． 介质1 介质2
【详解】
试题分析：光从光疏介质进入光密介质时，折射角小于入射角．则由图可知：介质1的折射率小于2的折射率．光在介质中速度，与成反比，则光在介质1中的传播速度较大，光只有从光密介质进入光疏介质才可能产生全反射，所以光从介质1射向两种介质的交界面时，不可能发生全反射现象，而光从介质2射向两种介质的交界面时，可能发生全反射现象．
19． 变小
【详解】
只有一半圆弧透光，如图所示：
临界角为C=45°，
折射率为
对于蓝光折射率更大，临界角变小，所以发光面减小。
20．
【详解】
根据题意作出光路图如下图所示，
可知AN=2R/3，AP=R，∠α=60°，在△ANP中，由正弦定理得，
① (2分)
② (2分)
③ (2分)
④ (2分)
联立①②③④式，得 (2分)
21．（1）；（2）
【详解】
（1）作出光路图如图：
由几何关系知
所以
则是等边三角形，有
由折射定律有
解得
（2）由于
则由透明体产生全反射时的临界条件知光线在B点产生全反射。
由光在介质中传播速度公式知
由几何关系知
则光在介质中的传播时间
22．（1）；（2）
【详解】
（1）由全反射定律有，解得
（2）作出两条边缘光线，光线射出的区域为EDF，如图所示，从圆弧ADC射出的边缘光线对应的入射角等于材料的临界角C，恰好发生全反射，故
由几何关系可得：圆弧EDF长度为
故此区域的圆弧长度为
23．
【详解】
根据全反射临界角公式得
所以
根据几何知识，光线在CD边的入射角为30°，发生全反射，在AB边的入射角为60°，发生全反射，然后垂直BC边射出。光路如图
答案第1页，共2页