高中物理教科版选修3-4 全反射 假期作业 Word版含解析

高中物理教科版选修3-4 全反射 假期作业
[基础练]
一、选择题
1．光线在玻璃和空气的分界面上发生全反射的条件是(　　)
A．光从玻璃射到分界面上，入射角足够小
B．光从玻璃射到分界面上，入射角足够大
C．光从空气射到分界面上，入射角足够小
D．光从空气射到分界面上，入射角足够大
2．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 的玻璃全反射棱镜。选项中给出了两棱镜四种放置方式的示意图，能产生图中光路效果的是(　　)
3．华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理奖，他被誉为“光纤通讯之父”。光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。下列关于光导纤维的说法中正确的是(　　)
A．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
B．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
C．波长越短的光在光纤中传播的速度越大
D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大
4．介质Ⅰ中光速为v1＝c，介质Ⅱ中的光速为v2＝，如果光线a、b如图中所示射到Ⅰ、Ⅱ两介质的分界面上，那么正确的是(　　)
A．a、b均不能发生全反射
B．a、b均能发生全反射
C．a能发生全反射
D．b能发生全反射
二、非选择题
5．如图所示为一半圆形玻璃砖，一足够大的光屏MN与直径PQ平行，圆心O到MN的距离为d，一束由两种单色光组成的复色光沿与竖直方向成θ＝30° 角射入玻璃砖的圆心，在光屏上出现了两个光斑，玻璃对两种单色光的折射率分别为n1＝和n2＝。求：
(1)离A点最远的光斑与A点之间的距离x；
(2)为使光屏上的光斑消失，复色光的入射角最小值。
[提能练]
一、选择题
1．[多选]如图所示，一束平行光从真空射向一块半圆形的折射率为n＝1.5的玻璃砖，其半径为R。下列说法中正确的是(　　)
A．只有圆心两侧  范围内的光线不能通过玻璃砖
B．只有圆心两侧  范围内的光线能通过玻璃砖
C．通过圆心的光线将沿直线穿过，不发生偏折
D．圆心两侧  范围外的光线将在圆面上产生全反射
2．(2016·济南高二检测)如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球，则(　　)
A．小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球
B．小球所发的光能从水面任何区域射出
C．小球所发的光从水中进入空气后频率变大
D．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大
3．一束红色的细光束由真空沿着径向射入一块半圆柱形透明体，如图(a)所示，对其射出后的折射光线的强度进行记录，发现折射光线的强度随着θ的变化而变化，如图(b)的图线所示。下列说法正确的是(　　)
A．透明体对红光的折射率为
B．红光在透明体中的速度大小与在真空中的相同
C．红光的折射光线的频率会随着折射光线强度的增大而增大
D．红光在透明体内发生全反射的临界角为30°
二、非选择题
4．如图所示，是一种折射率n＝1.5的棱镜，用于某种光学仪器中，现有一束光线沿MN方向射到棱镜的AB面上，入射角的大小i＝arcsin 0.75，求：
(1)光在棱镜中传播的速率；
(2)画出此束光线射出棱镜后的方向，要求写出简要的分析过程。(不考虑返回到AB和BC面上的光线)
5．半径为R的半圆柱形玻璃，横截面如图所示，O为圆心，已知玻璃的折射率为 ，一束与MN平面成45°角的平行光射到玻璃的半圆柱面上，经玻璃折射后，有部分光能从MN平面上射出，求在MN平面上射出的光束的宽度为多少？
答 案
[基础练]
1．解析：选B　发生全反射的条件：光由光密介质射入光疏介质，入射角大于或等于临界角，B正确。
2．解析：选B　四个选项产生光路效果如图所示。
可知，B正确。
3．解析：选A　光从光密介质射向光疏介质才能发生全反射，所以内芯的折射率比外套的大，A正确，B错误；频率越大(波长越短)，折射率越大，根据v＝，折射率大的光在光纤中传播的速度小，C、D错误。
4．解析：选D　光从光密介质射向光疏介质时，当入射角大于或等于临界角时会发生全反射。根据题意可知，介质Ⅱ为光密介质，介质Ⅰ为光疏介质，所以由Ⅱ射向Ⅰ才有可能发生全反射现象，B、C错误；又因为介质Ⅱ中的光速为v2＝，所以光在介质Ⅱ中的临界角满足n＝＝＝2，故临界角为30°，所以光束b能发生全反射，A错误，D正确。
5．解析：(1)作出光路图如图所示，折射率为n2＝的光折射后在光屏上形成的光斑离A点最远，根据折射定律得n2＝，x＝dtan α＝d；
(2)当复色光的入射角大于或等于两种单色光的临界角时，光屏上的光斑消失。单色光的折射率越小，临界角越大，由全反射条件sin C＝，可得C＝45°，即复色光的入射角最小为45°。
答案：(1)d　(2)45°
[提能练]
1．解析：选BCD　设光线1进入玻璃砖后恰能在界面上发生全反射，如图所示，则θ1应等于临界角C，即sin θ1＝sin C＝＝；比光线1更靠近圆心的光线入射到圆面的入射角小于θ1，故能折射出玻璃砖；比光线1更远离圆心的光线入射到圆面的入射角大于θ1，大于临界角，故将发生全反射而不能折射出玻璃砖；故光线能通过玻璃砖的范围是半径为r的圆面，而r＝Rsin θ1＝，B、C、D正确。
2．解析：选D　只要不发生全反射，小球放在缸底什么位置都可以从侧面看到，选项A错误；只有小于临界角的光才能从水面射出，选项B错误；光的频率是由光源决定的，光从水中射入空气后频率不变，选项C错误；由公式n＝知，光在空气中的传播速度较大，选项D正确。
3．解析：选A　由图(b)得θ＝30°时发生全反射，故全反射的临界角C＝60°，故n＝＝＝，故A正确，D错误；根据v＝，红光在透明体中的光速小于真空中的光速，故B错误；光线的频率与介质的折射率无关，故红光的折射光线的频率不变，故C错误。
4．解析：(1)光在棱镜中传播的速率v＝＝m/s＝2×108 m/s
(2)由折射率n＝得AB面上的折射角r＝30°
由几何关系得，BC面上的入射角 θ＝45°
全反射临界角C＝arcsin<45°，光在BC面上发生全反射，然后垂直AC面射出棱镜，光路如图所示。
答案：(1)2×108 m/s　(2)见解析
5.解析：如图所示，过O点作与MN成45°角的半径，沿该半径方向入射的光线AO，刚好与圆柱面垂直，不发生折射，沿直线射到O点，它与过O点的法线夹角刚好等于临界角45°，故AO是刚好能发生全反射的临界光线，在O点的左侧，如光线BC，它在圆柱面上要发生折射，入射到MN上时的入射角要大于45°，肯定能发生全反射，故在MO之间不会有光线射出。在AO右侧的光线，经圆柱面折射，入射到ON之间时入射角小于45°，因此能从ON面射出，其右边界应是和圆柱面相切的光线，该光线与圆柱面的切点刚好在O′处，设入射角为θ1，折射角为θ2，由n＝得sin θ2＝，当θ1等于90°时，θ2＝45°，即图中θ2＝45°，O′E⊥ON，所以射出的光线在MN上的宽度OE＝Rsin 45°＝R。
答案：R