第13 章光的折射　全反射 Word版含解析

1.酷热的夏天,在平坦的柏油公路上,你会看到在一定距离之外,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,它也随你的靠近而后退,对此现象解释正确的是(　C　)
A.此“水面”存在,但在较远的地方
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,使地表空气温度升高,折射率小,发生全反射
D.太阳辐射到地面,使地表空气温度升高,折射率大,发生全反射
解析:酷热的夏天,在平坦的柏油公路上,地表附近层的空气温度比上层高,密度比上层小,折射率也比上层小,光照射到地面时发生全反射,人在远处观察仿佛是一片水面,但此“水面”不存在,也不是人产生的幻觉。故选项A,B,D错误,C正确。
2.(多选)如图是在高山湖泊边拍摄的一张风景照片,湖水清澈见底,近处湖面水下的景物(石块、沙砾等)都看得很清楚,而远处则只看到对岸山峰和天空彩虹的倒影,其景物则根本看不到。下列说法中正确的是(　BC　)
A.远处山峰的倒影非常清晰,是因为山峰的光线在水面上发生了全
反射
B.光线由水射入空气,光的波速变大,波长变长
C.远处水面下景物的光线射到水面处,入射角很大,可能发生了全反射,所以看不见
D.近处水面下景物的光线射到水面处,入射角较小,反射光强而折射光弱,因此有较多的能量射出水面而进入人眼睛中
解析:山峰的光线在水面上发生了反射,逆着反射光线可以看到清晰的倒影,全反射只有在光从光密介质射入光疏介质时才可能发生,故选项A错误;光线由水射入空气,折射率n减小,光的波速v=变大,而频率不变,由波速公式v=λf知波长变大,故选项B正确;远处水面下景物的光线射到水面处(从光密介质射向光疏介质),入射角i很大,当入射角i大于等于全反射临界角C时会发生全反射,光线不能射出水面,因而看不见,故选项C正确;近处水面下景物的光线射到水面处,入射角较小,不易发生全反射,则反射光较弱而折射光较强,则射出水面而进入人眼睛中能量较多,故D错误。
3.如图是一段拉伸速度不均匀而形成的不合格光纤产品,呈圆台形。一单色光射到上边界O点并射出光纤,进入真空中时,入射角为30°,折射角为53°(sin 53°=0.8),则(　B　)
A.此光纤的折射率为0.625
B.该单色光在光纤中的传播速度为1.875×108 m/s
C.减小单色光在O点的入射角可以提高光的传输效率
D.同一单色光在此光纤内的全反射临界角比在圆柱形光纤中大
解析:单色光的折射率n==1.6,A错误;光在介质中的速度大小为v==1.875×108 m/s,B正确;如果要提高光的传输效率,就要减小光的折射率,应增大单色光在O点的入射角,C错误;全反射临界角由折射率和介质决定,入射光和光纤材料不变,只是形状发生改变时,全反射临界角保持不变,D错误。
4.如图,半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方。一束白光沿半径方向从A点射入玻璃砖,在O点发生反射和折射,折射光在光屏上呈现七色光带。若入射点由A向B缓慢移动,并保持白光沿半径方向入射到O点,观察到各色光在光屏上陆续消失。在光带未完全消失之前,反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是(　C　)
A.减弱,紫光 B.减弱,红光
C.增强,紫光 D.增强,红光
解析:同一介质对各色光的折射率不同,各色光对应的全反射的临界角也不同。七色光中紫光折射率最大,由n=可知,紫光的临界角最小,所以入射点由A向B缓慢移动的过程中,最先发生全反射的是紫光,折射光减弱,反射光增强,故C正确。
5.如图,a和b都是厚度均匀的平玻璃板,它们之间的夹角为,一细光束以入射角θ从P点射入,θ>。已知此光束由红光和蓝光组成,则当光束透过b板后(　D　)
A.传播方向相对于入射光方向向左偏转角
B.传播方向相对于入射光方向向右偏转角
C.红光在蓝光的左边
D.红光在蓝光的右边
解析:光线经a,b两平玻璃板的折射,光线只发生侧移,不发生偏转,A,B错误。红光在玻璃介质内的折射率小于蓝光在玻璃介质内的折射率,故红光在a,b玻璃板内的折射角较大,D正确。
能力提升
6.高速公路上的标志牌常用“回归反光膜”制成,夜间行车时,它能将车灯照射出去的光逆向返回,标志牌上的字特别醒目。这种“回归反光膜”是用球体反射元件制成的。如图所示,反光膜内均匀分布着直径为10 μm的细玻璃珠,所用玻璃珠的折射率为,为使入射的车灯光线经玻璃珠的折射、反射、再折射后恰好和入射光线平行,那么第一次入射时的入射角是(　A　)
A.60° B.45° C.30° D.15°
解析:将玻璃珠放大,作出光路图如图所示。
光线PC经折射后经过B点,由折射定律得=n
又由几何关系得α=2β,代入解得α=60°。
7.(多选)DVD光盘由塑料保护层和信息记录层组成。如图所示,激光束以入射角θ从空气入射到厚度为d、折射率为n的塑料保护层后,聚焦到信息记录层的光斑宽度为a,才能有效获取信息。在保证a不变的前提下,减小激光束照到塑料保护层的宽度l(l=a+2b),则(　AC　)
A.需满足sin θ= B.需满足sin θ=
C.在θ和n不变时,需减小d D.在θ和d不变时,需减小n
解析:设激光束以入射角θ入射到塑料保护层内的折射角为α,则由折射定律得=n,又根据几何关系有sin α=,即得sin θ=
,A正确,B错误;减小l,则聚焦到信息记录层的光斑宽度减小,若在θ和n不变时,减小d时,聚焦到信息记录层的光斑宽度将再增大,则C正确;若在θ和d不变时,减小n时,折射角α增大,则聚焦到信息记录层的光斑宽度将再减小,故D错误。
8.为了表演“隐形的大头针”节目,某同学在半径为r的圆形软木片中心垂直插入一枚大头针,并将其放入盛有水的水槽中(大头针朝下),如图所示。已知水的折射率为,为了保证表演成功(在水面上看不到大头针),大头针末端离水面的最大距离h为(　A　)
A.r B.r
C.r D.r
解析:当大头针末端的光线沿着圆形软木片的边沿射出时入射角最小,所以只要满足此时能发生全反射则从外面就看不到大头针了,即sin C===,得h=r,选项A正确。
[教师备用1]如图为“水流导光”实验装置。长直开口透明塑料瓶内装有适量清水,在其底侧开一小孔,水从小孔流出形成弯曲不散开的水流,用细激光束透过塑料瓶水平射向该小孔,观察到激光束没有完全被限制在水流内传播。下列操作有利于激光束完全被限制在水流内传播的是(　B　)
A.增大该激光的强度 B.向瓶内再加适量清水
C.改用频率更低的激光 D.改用折射率更小的液体
解析:当增大激光的强度时,不会改变光在水流中的入射角,光在水流中仍不会发生全反射,故选项A错误;当向瓶内加一些清水,则从孔中射出的水流速度会变大,水流轨迹会变得平直,激光在水和空气界面处的入射角会变大,则会有大部分光在界面处发生全反射,这种现象相当于光导纤维的导光现象,故选项B正确;若改用频率更低的激光或者折射率更小的液体,只能增大临界角,光从水中射向空气的入射角仍小于临界角,出现折射现象,故选项C,D错误。
[教师备用2]在透明均匀介质内有一球状空气泡,一束包含a,b两种单色光的细光束从介质射入气泡,A为入射点,之后a,b光分别从C,D点射向介质,如图所示,已知A点的入射角为30°,介质对a光的折射率na=。下列判断正确的是(　A　)
A.a光射出空气泡后相对于射入空气泡前的偏向角为30°
B.在该介质中,两单色光传播速度va>vb
C.光从该介质射向空气发生全反射时,临界角Ca>Cb
D.a,b光分别通过同一双缝干涉装置时,屏上相邻两干涉条纹的间距xa>xb
解析:设光线在A点的入射角为i,折射角分别为ra,rb,由折射定律=得sin ra=nasin i=sin 30°=,得ra=45°,根据光路可逆性和几何知识可知,a光线从C点射出时,入射角和折射角分别等于A点折射时的折射角和入射角,则偏向角为θ=2(ra-i)=2×(45°-30°)=
30°,故A正确。在A点可见,a光的折射角大于b光的折射角,所以a光的折射率大于b光的折射率,由v=得知,在该介质中,a光的传播速度比b光的传播速度小,即vaxb。故D错误。