粤教版高中物理选择性必修第一册课时练22光的全反射与光纤技术含答案（教师用）

课时素养评价22　光的全反射与光纤技术
(分值：68分　单选4分　多选6分)
A组　知识点分组练
1．一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图中描述的光路可能正确的是(　　)
解析：光从空气进入玻璃时，在分界面上会发生折射，且折射角小于入射角，B、D错误；光从玻璃进入空气时折射角应大于入射角，C错误；光从玻璃射向空气，若满足入射角大于等于临界角的情况，则会发生全反射，A正确．
答案：A
2．(多选)当光从光密介质射向光疏介质时(　　)
A．反射光线的强度随入射角的增大而减小
B．折射光线的强度随入射角的增大而减小
C．当入射角等于临界角时，折射光线的强度等于零
D．当入射角等于零时，反射光线的强度等于零
解析：当光从光密介质射向光疏介质时，反射光线的强度随入射角的增大而增大，折射光线的强度随入射角的增大而减小，当入射角等于临界角时，光线恰好发生全反射，故折射光线的强度等于零，B、C正确．
答案：BC
3．空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图所示．方框内有两个折射率n＝1.5的全反射玻璃棱镜．下列选项给出了两棱镜的四种放置方式的示意图．其中能产生图中效果的是(　　)
解析：四个选项的光路图如图所示．可知B正确．
答案：B
4．酷热的夏天，在平坦的柏油公路上你会看到一定距离之外，地面显得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎还能看到远处车、人的倒影，但当你靠近“水面”时，它也随你靠近而后退．对此现象的解释正确的是(　　)
A．出现的是“海市蜃楼”，是由于光的折射造成的
B．“水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉
C．太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率增大，发生全反射
D．太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率减小，发生全反射
解析：酷热的夏天地面温度高，地表附近空气的密度小，空气的折射率下小上大，远处车、人反射的太阳光由光密介质射入光疏介质发生全反射．D正确．
答案：D
5．关于光纤的说法正确的是(　　)
A．光纤是由高级金属制成的，所以它比普通电线容量大
B．光纤是非常细的特制玻璃丝，但导电性能特别好，所以它比普通电线衰减小
C．光纤是非常细的特制玻璃丝，由内芯和包层两层组成，光纤是利用全反射原理来实现光的传导的
D．在实际应用中，光纤必须呈笔直状态，因为弯曲的光纤是不能传导光的
解析：光导纤维的作用是传导光，它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝，且由内芯和包层两层组成，内芯的折射率比包层的大；载有声音、图像及各种数字信号的激光传播时，在内芯和包层的界面上发生全反射，光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强等特点；在实际应用中，光纤是可以弯曲的．
答案：C
6．如图所示，△ABC是一直角三棱镜的横截面，∠A＝30°，∠B＝90°.一细光束从AB边上的D点以与AB边成45°角射入三棱镜，AD长度为a，AC长度为a，三棱镜的折射率n＝，光在真空中的传播速度为c，光在三棱镜中传播的时间为(　　)
A． B．
C． D．
解析：光线在AB界面上发生折射，光路图如图所示．因n＝，故AB面折射角γ＝30°，因为∠A＝30°，在△ADE中，△ADE是等腰三角形，根据几何关系可得光束在AC界面上的入射角i2＝60°，大于临界角，因此光线在AC边发生全反射．根据光路图结合几何关系可知，由几何关系有AD＝DE＝a，AE＝2AD cos 30°，EF＝ (AC－AE) cos 30°，根据公式n＝，联立解得t＝＝，C正确．
答案：C
7．图为一固定的半圆形玻璃砖横截面，O点为圆心，OO′为直径MN的垂线．一足够大的光屏PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN.由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射光线与OO′夹角θ较小时，光屏NQ区域出现两个光斑，逐渐增大θ角，当θ＝α时，光屏NQ区域A光的光斑消失，继续增大θ角，当θ＝β时，光屏NQ区域B光的光斑消失，则(　　)
A．玻璃砖对A光的折射率比对B光的小
B．A光在玻璃砖中传播速度比B光的小
C．α<θ<β时，反射光和折射光在光屏上总共形成1个光斑
D．β<θ<时，反射光和折射光在光屏上总共形成2个光斑
解析：根据题意，当θ角逐渐增大时，A光的光斑先消失，则表明A光在MN界面发生了全反射，A光发生全反射的临界角较小，根据n＝可知玻璃砖对A光的折射率比对B光的大，A错误；玻璃砖对A光的折射率比对B光的大，根据v＝可知，A光在玻璃砖中传播速度比B光的小，B正确；当α<θ<β时，A光发生全反射，B光既有反射光也有折射光，光屏上有2个光斑，C错误；当β<θ<时，A、B光均发生全反射，光屏上仅有反射光，所以光屏上只有1个光斑，D错误．
答案：B
8.(多选)如图所示，ABCD是两面平行的透明玻璃砖，AB面和CD面是玻璃和空气的分界面，分别设为界面Ⅰ和界面Ⅱ.光线从界面Ⅰ射入玻璃砖，再从界面Ⅱ射出，回到空气中，如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角，则(　　)
A.只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象
B．只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象
C．不管入射角多大，光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象
D．不管入射角多大，光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象
解析：在界面Ⅰ，光由空气进入玻璃砖，是由光疏介质进入光密介质，不管入射角多大，都不能发生全反射现象，A错误，C正确；在界面Ⅱ，光由玻璃进入空气，是由光密介质进入光疏介质，但是，由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行，光由界面Ⅰ进入玻璃后再到达界面Ⅱ，在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角，入射角总是小于临界角，因此也不会发生全反射现象，B错误，D正确．
答案：CD
B组　促思提能训练
9.如图所示，一束单色光沿半圆柱形玻璃砖的半径垂直于ab面入射，有光线从ab面射出．以O点为圆心，将玻璃砖缓慢转过θ角时，恰好没有光线从ab面射出，则该玻璃砖的折射率为(　　)
A． B．
C． D．
解析：由题意，将玻璃砖缓慢转过θ角时，恰好没有光线从ab面射出，说明光线发生了全反射，此时在ab面的入射角恰好等于临界角，即有i＝ic，而入射角i＝θ，则临界角ic＝θ.由临界角公式sin ic＝得n＝＝，B正确．
答案：B
10．如图甲所示为“水下世界国际摄影大赛”的获奖作品，摄影师在水下对水上的景物进行拍摄，获得了美轮美奂、令人赞叹的美学效果．忽略镜头尺寸的影响，假设摄影师由水下竖直向上拍摄，光的传播路径如图乙所示，已知水的折射率为，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，空气中光速c＝3.0×108 m/s.下列说法正确的是(　　)
A．光线射入水中频率减小
B．摄影师看到的水上景物比实际位置偏低
C．光进入水中速度变为v＝2.25×108 m/s
D．进入镜头的光线与竖直方向的夹角θ最大为37°
解析：光线由水上射入水中时，光的频率不变，A错误；如图所示，光源成像的位置S′比S的位置偏高，B错误；根据光速与折射率关系有v＝＝2.25×108 m/s，C正确；当光线在水面的入射角为90°时，水中光线与竖直方向夹角达到最大值，即临界角ic，且sin ic＝＝>0.6，则ic>37°，D错误．
答案：C
11.(12分)光纤已普遍应用到通信领域，具有可弯曲、传输速度快、信息量大等优点．如图是一段弯成圆弧的光纤材料，一束光紧贴光纤材料内侧垂直射入材料一端，在A点恰好发生全反射，如图所示．已知光纤材料的直径为d，光纤材料内侧对应的半径为R，光在真空中的传播速度为c.求：
(1)光在光纤材料中的折射率；
(2)光在光纤材料中的传播速度大小．
解析：(1)光路图如图所示，根据全反射发生的条件有
sin θ＝
根据几何关系得sin θ＝，
联立解得n＝.
(2)光在光纤材料中的传播速度大小v＝＝.
答案：(1)　(2)
12.(12分)如图所示，一束平行于直角三棱镜截面ABC的单色光从真空垂直BC边从P点射入三棱镜，P点到C点的距离为1.6L，AB边长为3L，光线射入后恰好在AC边上发生全反射．已知∠C＝37°，光在真空中的传播速度为c，sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，求：
(1)该三棱镜的折射率n；
(2)光线从BC边传播到AB边所用的时间t(只考虑一次反射)．
解析：(1)作出光路图如图所示，根据几何关系可知，光在AC面上的临界角ic＝37°，则sin ic＝，
解得n＝＝.
(2)由几何关系得tan 37°＝＝，
tan 37°＝＝，
cos 37°＝＝，
AM＝AC－MC，
sin 37°＝，
由介质的折射率公式和运动学公式得n＝，
t＝，
解得t＝.
答案：(1)　(2)
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