2019-2020学年人教版选修3-4 13.2全反射 课时对点练（解析版）
文档属性
| 名称 | 2019-2020学年人教版选修3-4 13.2全反射 课时对点练（解析版） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 225.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2019-12-09 13:20:28 | ||
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文档简介
课时对点练
一、选择题
考点一 对全反射的理解
1．关于全反射，下列叙述中正确的是( )
A．发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非常弱
B．光从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象
C．光从光密介质射向光疏介质时，可能不发生全反射现象
D．光从光疏介质射向光密介质时，可能发生全反射现象
答案 C
解析 发生全反射时折射光线消失，所以选项A错误；发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角，二者缺一不可，所以选项B、D错误，选项C正确．
2．(多选)酷热的夏天，在平坦的柏油公路上你会看到在一定的距离之外，地面显得格外的明亮，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，它也随你的靠近而后退，对此现象的正确解释是( )
A．同海市蜃楼的光学现象具有相同的原理，是由于光的全反射作用造成的
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，折射率大，发生全反射
D．太阳辐射到地面，使地面温度升高，折射率小，发生全反射
答案 AD
3.(多选)(2018·厦门一中高二下学期期中)夏天，海面上的下层空气的温度比上层低．我们设想海面上的空气是由折射率不同的许多水平气层组成的，远处的景物发出的光线由于不断被折射，越来越偏离原来的方向，以至发生全反射．人们逆着光线看去就出现了蜃景，如图1所示，下列说法中正确的是( )
图1
A．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要小
B．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要大
C．A是蜃景，B是景物
D．B是蜃景，A是景物
答案 AC
解析 由题意，夏天海面上的下层空气的温度比上层低，下层空气的密度比上层大，折射率也比上层大，故A正确，B错误；我们可以把海面上的空气看作是由折射率不同的许多水平气层组成的．远处的景物发出的光线射向空中时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入上层的入射角不断增大，以致发生全反射，光线反射回地面，人们逆着光线看去，就会看到远方的景物悬在空中，而产生了“海市蜃楼”现象．可见，题图中A是全反射形成的蜃景，B是景物，故C正确，D错误．
4．(多选)如图2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( )
图2
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
答案 CD
解析 在界面Ⅰ上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，都不可能发生全反射现象，则选项C正确；在界面Ⅱ上光由玻璃进入空气，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，选项D正确．
5．(2018·北京101中学高二下学期期中)如图所示，将一个半圆形玻璃砖置于空气中，当一束单色光入射到玻璃砖的圆心O时，下列情况不可能发生的是( )
答案 B
解析 当光由空气射入半圆形玻璃砖时，折射角应小于入射角，所以A可能发生，B不可能发生；当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角小于临界角，既有反射又有折射，折射角大于入射角，C是可能发生的；当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角大于或等于临界角，会发生全反射，光线就不能进入空气，D可能发生．
考点二 全反射棱镜
6．自行车尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间行驶时，从后面开来的汽车发出的强光照在自行车尾灯上，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车．尾灯由透明介质做成，其外形如图3所示．下列说法中正确的是( )
图3
A．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
B．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射
C．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射
D．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
答案 B
考点三 光导纤维
7．光导纤维的结构如图4所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播，以下关于光导纤维的说法正确的是( )
图4
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．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折射
D．内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用
答案 A
解析 光导纤维内芯的折射率大于外套的折射率，光由内芯射向外套时，在其界面处发生全反射，从而使光在内芯中传播，A对．
8．光导纤维技术在现代生产、生活与科技方面得以广泛应用．如图5所示是一个质量分布均匀的有机玻璃圆柱的横截面，B、C为圆上两点，一束单色光沿AB方向射入，然后从C点射出，已知∠ABO＝127°，∠BOC＝120°，真空中光速c＝3×108 m/s，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6.则( )
图5
A．光在该有机玻璃中传播速度为1.875×108 m/s
B．光在该有机玻璃中的折射率为1.8
C．光在该有机玻璃中发生全反射的临界角为53°
D.若将该材料做成长300 km的光导纤维，此单色光在光导纤维中传播的最短时间为1×10－3 s
答案 A
解析 根据折射定律得：n＝＝＝1.6，则光在该有机玻璃中传播的速度为v＝＝ m/s＝1.875×108 m/s，故A正确，B错误；根据sin C＝得，sin C＝＝0.625考点四 全反射的应用
9．如图6所示，光液面传感器有一个像试管模样的玻璃管，中央插一块两面反光的玻璃板，入射光线在玻璃管内壁与反光板之间来回发生反射，进入玻璃管底部，然后在另一侧反射而出(与光纤原理相同)．当透明液体的折射率大于管壁玻璃的折射率时，就可以通过光液面传感器监测出射光的强弱来判定玻璃管是否被液体包住了，从而了解液面的高度．以下说法正确的是( )
图6
A．玻璃管被液体包住之后，出射光强度增强
B．玻璃管被液体包住之后，出射光消失
C．玻璃管被液体包住之后，出射光强度减弱
D．玻璃管被液体包住之后，出射光强度不变
答案 C
解析 玻璃管被液体包住之前，由于玻璃管之外是光疏介质空气，光线发生全反射，没有光线从玻璃管中射出．当玻璃管被透明液体包住之后，因为液体的折射率大于玻璃的折射率，光线不再发生全反射，有一部分光线进入液体，反射光的强度会减弱，故C项正确．
10．如图7所示，一个透明玻璃球的折射率为，一束足够强的细光束在过球心的平面内，以45°入射角由真空射入玻璃球后，在玻璃球与真空的交界面处发生多次反射和折射，从各个方向观察玻璃球，能看到从玻璃球内射出的光线的条数是( )
图7
A．2 B．3 C．4 D．5
答案 B
解析 设光在该玻璃球中发生全反射的临界角是C，则sin C＝＝，解得C＝45°；光在玻璃球中的折射率n＝，解得θ＝30°.光路图如图所示，所以共3条光线射出玻璃球．
二、非选择题
11．如图8所示，一段横截面为正方形的玻璃棒，中间部分弯成四分之一圆弧状，一细束单色光由MN端面的中点垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射，然后垂直PQ端面射出．
图8
(1)求该玻璃棒的折射率；
(2)若将入射光向N端平移，当第一次射到弧面EF上时________(填“能”“不能”或“无法确定能否”)发生全反射．
答案 (1) (2)能
解析 (1)因为一细束单色光由MN端面中点垂直射入，如图所示，可知光到达弧面EF界面时入射角为45°，又因为恰好发生全反射，所以临界角C＝45°，由sin C＝可知，该玻璃棒的折射率n＝＝.
(2)若将入射光向N端平移，第一次射到弧面EF上的入射角将增大，即大于临界角45°，所以能发生全反射．
12.图9为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图，玻璃丝长为L，折射率为n，AB代表端面．已知光在真空中的传播速度为c.
图9
(1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光线在端面AB上的入射角应满足的条件；
(2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间．
答案 (1)sin i≤ (2)
解析 (1)设光线在端面AB上C点的入射角为i，折射角为r，光路图如图所示
由折射定律有sin i＝nsin r①
设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为α，为了使该光线可在此光导纤维中传播，应有α≥θ②
式中θ是光线在玻璃丝内发生全反射的临界角，它满足nsin θ＝1③
由几何关系得α＋r＝90°④
由①②③④得sin i≤ ⑤
(2)光在玻璃丝中传播速度的大小为v＝⑥
光速在玻璃丝轴线上的分量为vx＝vsin α⑦
光线从玻璃丝端面AB传播到另一端面所需时间为
t＝⑧
光线在玻璃丝中传播，在刚好发生全反射时，光线从端面AB传播到另一端面所需的时间最长，此时
sin α＝⑨
由⑥⑦⑧⑨得tmax＝.
13.(2017·全国卷Ⅲ)如图10，一半径为R的玻璃半球，O点是半球的球心，虚线OO′表示光轴(过球心O与半球底面垂直的直线)．已知玻璃的折射率为1.5.现有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)．求：
图10
(1)从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值；
(2)距光轴的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离．
答案 (1)R (2)2.74R
解析 (1)如图甲，从底面上A处射入的光线，在球面上发生折射时的入射角为i，当i等于全反射临界角C时，对应入射光线到光轴的距离最大，设最大距离OA为l.
i＝C①
设n是玻璃的折射率，由全反射临界角的定义有
nsin C＝1②
由几何关系有sin i＝③
联立①②③式并利用题给条件，得l＝R④
(2)如图乙，设与光轴相距的入射光线在球面B点发生折射时的入射角和折射角分别为i1和r1，
由折射定律有nsin i1＝sin r1⑤
设折射光线与光轴的交点为D，在△OBD中，由正弦定理有＝⑥
由几何关系有∠BDO＝r1－i1⑦
sin i1＝⑧
联立⑤⑥⑦⑧式及题给条件得
OD＝R≈2.74R.
一、选择题
考点一 对全反射的理解
1．关于全反射，下列叙述中正确的是( )
A．发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非常弱
B．光从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象
C．光从光密介质射向光疏介质时，可能不发生全反射现象
D．光从光疏介质射向光密介质时，可能发生全反射现象
答案 C
解析 发生全反射时折射光线消失，所以选项A错误；发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角，二者缺一不可，所以选项B、D错误，选项C正确．
2．(多选)酷热的夏天，在平坦的柏油公路上你会看到在一定的距离之外，地面显得格外的明亮，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，它也随你的靠近而后退，对此现象的正确解释是( )
A．同海市蜃楼的光学现象具有相同的原理，是由于光的全反射作用造成的
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，折射率大，发生全反射
D．太阳辐射到地面，使地面温度升高，折射率小，发生全反射
答案 AD
3.(多选)(2018·厦门一中高二下学期期中)夏天，海面上的下层空气的温度比上层低．我们设想海面上的空气是由折射率不同的许多水平气层组成的，远处的景物发出的光线由于不断被折射，越来越偏离原来的方向，以至发生全反射．人们逆着光线看去就出现了蜃景，如图1所示，下列说法中正确的是( )
图1
A．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要小
B．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要大
C．A是蜃景，B是景物
D．B是蜃景，A是景物
答案 AC
解析 由题意，夏天海面上的下层空气的温度比上层低，下层空气的密度比上层大，折射率也比上层大，故A正确，B错误；我们可以把海面上的空气看作是由折射率不同的许多水平气层组成的．远处的景物发出的光线射向空中时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入上层的入射角不断增大，以致发生全反射，光线反射回地面，人们逆着光线看去，就会看到远方的景物悬在空中，而产生了“海市蜃楼”现象．可见，题图中A是全反射形成的蜃景，B是景物，故C正确，D错误．
4．(多选)如图2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( )
图2
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
答案 CD
解析 在界面Ⅰ上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，都不可能发生全反射现象，则选项C正确；在界面Ⅱ上光由玻璃进入空气，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，选项D正确．
5．(2018·北京101中学高二下学期期中)如图所示，将一个半圆形玻璃砖置于空气中，当一束单色光入射到玻璃砖的圆心O时，下列情况不可能发生的是( )
答案 B
解析 当光由空气射入半圆形玻璃砖时，折射角应小于入射角，所以A可能发生，B不可能发生；当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角小于临界角，既有反射又有折射，折射角大于入射角，C是可能发生的；当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角大于或等于临界角，会发生全反射，光线就不能进入空气，D可能发生．
考点二 全反射棱镜
6．自行车尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间行驶时，从后面开来的汽车发出的强光照在自行车尾灯上，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车．尾灯由透明介质做成，其外形如图3所示．下列说法中正确的是( )
图3
A．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
B．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射
C．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射
D．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
答案 B
考点三 光导纤维
7．光导纤维的结构如图4所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播，以下关于光导纤维的说法正确的是( )
图4
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．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折射
D．内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用
答案 A
解析 光导纤维内芯的折射率大于外套的折射率，光由内芯射向外套时，在其界面处发生全反射，从而使光在内芯中传播，A对．
8．光导纤维技术在现代生产、生活与科技方面得以广泛应用．如图5所示是一个质量分布均匀的有机玻璃圆柱的横截面，B、C为圆上两点，一束单色光沿AB方向射入，然后从C点射出，已知∠ABO＝127°，∠BOC＝120°，真空中光速c＝3×108 m/s，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6.则( )
图5
A．光在该有机玻璃中传播速度为1.875×108 m/s
B．光在该有机玻璃中的折射率为1.8
C．光在该有机玻璃中发生全反射的临界角为53°
D.若将该材料做成长300 km的光导纤维，此单色光在光导纤维中传播的最短时间为1×10－3 s
答案 A
解析 根据折射定律得：n＝＝＝1.6，则光在该有机玻璃中传播的速度为v＝＝ m/s＝1.875×108 m/s，故A正确，B错误；根据sin C＝得，sin C＝＝0.625
9．如图6所示，光液面传感器有一个像试管模样的玻璃管，中央插一块两面反光的玻璃板，入射光线在玻璃管内壁与反光板之间来回发生反射，进入玻璃管底部，然后在另一侧反射而出(与光纤原理相同)．当透明液体的折射率大于管壁玻璃的折射率时，就可以通过光液面传感器监测出射光的强弱来判定玻璃管是否被液体包住了，从而了解液面的高度．以下说法正确的是( )
图6
A．玻璃管被液体包住之后，出射光强度增强
B．玻璃管被液体包住之后，出射光消失
C．玻璃管被液体包住之后，出射光强度减弱
D．玻璃管被液体包住之后，出射光强度不变
答案 C
解析 玻璃管被液体包住之前，由于玻璃管之外是光疏介质空气，光线发生全反射，没有光线从玻璃管中射出．当玻璃管被透明液体包住之后，因为液体的折射率大于玻璃的折射率，光线不再发生全反射，有一部分光线进入液体，反射光的强度会减弱，故C项正确．
10．如图7所示，一个透明玻璃球的折射率为，一束足够强的细光束在过球心的平面内，以45°入射角由真空射入玻璃球后，在玻璃球与真空的交界面处发生多次反射和折射，从各个方向观察玻璃球，能看到从玻璃球内射出的光线的条数是( )
图7
A．2 B．3 C．4 D．5
答案 B
解析 设光在该玻璃球中发生全反射的临界角是C，则sin C＝＝，解得C＝45°；光在玻璃球中的折射率n＝，解得θ＝30°.光路图如图所示，所以共3条光线射出玻璃球．
二、非选择题
11．如图8所示，一段横截面为正方形的玻璃棒，中间部分弯成四分之一圆弧状，一细束单色光由MN端面的中点垂直射入，恰好能在弧面EF上发生全反射，然后垂直PQ端面射出．
图8
(1)求该玻璃棒的折射率；
(2)若将入射光向N端平移，当第一次射到弧面EF上时________(填“能”“不能”或“无法确定能否”)发生全反射．
答案 (1) (2)能
解析 (1)因为一细束单色光由MN端面中点垂直射入，如图所示，可知光到达弧面EF界面时入射角为45°，又因为恰好发生全反射，所以临界角C＝45°，由sin C＝可知，该玻璃棒的折射率n＝＝.
(2)若将入射光向N端平移，第一次射到弧面EF上的入射角将增大，即大于临界角45°，所以能发生全反射．
12.图9为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图，玻璃丝长为L，折射率为n，AB代表端面．已知光在真空中的传播速度为c.
图9
(1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光线在端面AB上的入射角应满足的条件；
(2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间．
答案 (1)sin i≤ (2)
解析 (1)设光线在端面AB上C点的入射角为i，折射角为r，光路图如图所示
由折射定律有sin i＝nsin r①
设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为α，为了使该光线可在此光导纤维中传播，应有α≥θ②
式中θ是光线在玻璃丝内发生全反射的临界角，它满足nsin θ＝1③
由几何关系得α＋r＝90°④
由①②③④得sin i≤ ⑤
(2)光在玻璃丝中传播速度的大小为v＝⑥
光速在玻璃丝轴线上的分量为vx＝vsin α⑦
光线从玻璃丝端面AB传播到另一端面所需时间为
t＝⑧
光线在玻璃丝中传播，在刚好发生全反射时，光线从端面AB传播到另一端面所需的时间最长，此时
sin α＝⑨
由⑥⑦⑧⑨得tmax＝.
13.(2017·全国卷Ⅲ)如图10，一半径为R的玻璃半球，O点是半球的球心，虚线OO′表示光轴(过球心O与半球底面垂直的直线)．已知玻璃的折射率为1.5.现有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)．求：
图10
(1)从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值；
(2)距光轴的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离．
答案 (1)R (2)2.74R
解析 (1)如图甲，从底面上A处射入的光线，在球面上发生折射时的入射角为i，当i等于全反射临界角C时，对应入射光线到光轴的距离最大，设最大距离OA为l.
i＝C①
设n是玻璃的折射率，由全反射临界角的定义有
nsin C＝1②
由几何关系有sin i＝③
联立①②③式并利用题给条件，得l＝R④
(2)如图乙，设与光轴相距的入射光线在球面B点发生折射时的入射角和折射角分别为i1和r1，
由折射定律有nsin i1＝sin r1⑤
设折射光线与光轴的交点为D，在△OBD中，由正弦定理有＝⑥
由几何关系有∠BDO＝r1－i1⑦
sin i1＝⑧
联立⑤⑥⑦⑧式及题给条件得
OD＝R≈2.74R.