邻水县第二中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-4：4.3光的全反射 巩固练习（含解析）

4.3光的全反射
1．潜水员在水深为h的地方向水面张望，发现自己头顶上有一圆形亮斑，如果水对空气的临界角为C，则此圆形亮斑的直径是　　
A．
B．
C．
D．
2．光线由某种媒质射向与空气的分界面，当入射角大于450时折射光线消失，由此可断定这种媒质的折射率是（　　）
A．
B．
C．
D．n=2
3．如图所示，用透明材料做成一长方体形的光学器材，要求从上表面射入的光线能从右侧面射出，那么所选的材料的折射率应满足（
）。
A．折射率必须大于
B．折射率必须小于
C．折射率可取大于1的任意值
D．无论折射率是多大都不可能
4．太阳照在平坦的大沙漠上，我们在沙漠中向前看去，发现前方某处射来亮光，好象太阳光从远处水面射来的一样，我们认为前方有水，但走到该处仍是干燥的沙漠，这种现象在夏天城市中太阳照在沥青路面时也能看到．对此有以下解释：()
①这是光的干涉现象；　　　　　　　　　②这是光的全反射现象；
③形成原因是越靠近地面处折射率越大；　④形成原因是越靠近地面处折射率越小．
其中正确的是：
A．①③；
B．①④；
C．②③；
D．②④．
5．单色光线由某种介质射向该介质与空气的交界面，当入射角为时，折射光线与反射光线刚好垂直，则该介质对该种色光的折射率为（
）
A．2
B．
C．
D．1.5
6．水的折射率为4/3,在水面下有一点光源,在水面上能看到一个圆形透光面,若看到透光面圆心位置不变而半径不断减小,则下面正确的说法是(
)
A．光源上浮
B．光源下沉
C．光源静止
D．以上都不对
7．某同学将一枚大头针从一边长为6cm的正方形不透光的轻质薄板正中心垂直于板插入，制作成了一个测定液体折射率的简单装置．他将该装置放在某种液体液面上，调整大头针插入深度，当插入液体中深度为4cm时，恰好无论从液面上方任何方向都看不到液体中的大头针，则该液体的折射率为（??
）
A．
B．
C．
D．
8．下述现象哪些是由于全反射造成的　　
A．露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下格外明亮
B．烈日下飞机看起来有时特别刺眼
C．用光导纤维传输光信号、图象信号
D．在盛水玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管，看到试管壁特别明亮
9．如图所示，一束光从空气射向折射率的某种玻璃的表面，代表入射角，则
(　　)
A．折射角随着入射角的增大而减小
B．当时，会发生全反射现象
C．无论入射角为多大，折射角都不会超过
D．当时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直
10．下列说法正确的是(
)
A．在水中的鱼斜向上看岸边的物体时,看到的物体将比物体所处的实际位置高
B．光纤通信是一种现代通信手段,光纤内芯的折射率比外壳的大
C．沙漠蜃景和海市蜃楼都是光的衍射现象
D．全息照相主要是利用了光的干涉现象
11．如图所示，足够长的平行玻璃砖厚度为d，底面镀有反光膜CD，反光膜厚度不计，一束光线以45°的入射角由A点入射，经底面反光膜反射后，从顶面B点射出(B点图中未画出)．已知该光线在玻璃砖中的传播速度为c，c为光在真空中的传播速度．求：
（1）入射点A与出射点B之间的距离xAB；
（2）为了使从A点以各种角度入射的光线都能从顶面射出，则底面反光膜CD至少多长?
12．如图所示，一细束单色光由空气斜射人平行玻璃砖，已知玻璃砖厚度为d，该玻璃砖对单色光的折射率为n，入射角为i。
（i）证明出射光束与入射光束平行；
（ii）计算出射光束相对入射光束的侧移s。
13．如图甲所示是用某种透明材料制成的半圆柱体的主截面，一单色细光束由真空沿半径方向且与AB成37°角射入后在AB面恰好发生全反射．图乙是这种透明材料制成的“玻璃砖”的主截面，左侧是半径为R的半圆，右侧是长为4R的长方形．一束该单色光从左侧沿半径方向与直径成60°角射入.已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，光在真空中的传播速度为c.求:
(i)该透明材料的折射率；
(ii)光线从入射到传播到“玻璃砖”最右端所用的时间．
14．如图所示，横截面为直角三角形的透明柱体，直角边（面）BC镀银。已知AB=6cm、∠C=300，一束红色激光从横截面AB边上的中点M点射入，入射角，从AC边上的N点平行BC边向右射出。
求:
①
透明物体的折射率。
②
射出点N距C点的距离。
15．一个折射率为的梯形玻璃砖，已知AD边长为4cm，CD边长为6cm，两底角分别为30°、60°，如图所示。一束单色光（纸面内）从AD边中点E入射，入射角为45°时。已知光速为。
①求该单色光从玻璃砖射出时光线与法线的夹角；
②求单色光在玻璃砖内传播时间。
参考答案
1．A
【解析】
在圆形亮斑边缘从空气射入水中的光线，折射角的大小等于临界角C，如图所示，
由几何知识可知：此圆形亮斑的直径是；故选A．
【点睛】
本题考查了光的折射定律，关键要理解全反射临界角的意义，知道临界角等于光从空气射入介质中最大的折射角，再结合几何关系进行求解．
2．B
【解析】
当入射角大于450时折射光线消失，临界角为450，则这种媒质的折射率．故B正确，ACD错误．
3．B
【解析】
设光线在一表面的入射角为i，折射角为θ1，在右侧面的入射角为θ2。由几何知识得：θ1+θ2=90°
要求从上表面射入的光线可能从右侧面射出，必须使θ2＜C；则得sinθ2＜sinC=；由sini=nsinθ1；得：sinθ1=；得：sinθ2=cosθ1=；解得：；解得n＜；因i最大值为90°，则得n＜；故选B。
【点睛】
此题要求从上表面射入的光线可能从右侧面射出，光线射到右侧面的入射角不大于临界角，根据折射定律和几何知识结合进行求解．
4．D
【解析】
口渴的沙漠旅行者，往往会看到前方有一潭晶莹的池水，是全反射的现象，当靠近时此现象会消失，对于夏天城市中太阳光照射沥青路面时也能观察到，这也是光的全反射现象导致的．要发生光的全反射，必须光从光密介质进入光疏介质，且入射角大于临界角．故②④正确，故D正确，ABC错误．
【点睛】
考查全反射现象的原理，注意全反射的条件，理解如何判定折射率的大小是解题的关键．
5．C
【解析】
当入射光线与界面间的夹角为30°时，入射角i=60°，折射光线与反射光线恰好垂直，则折射角r=90°-60°=30°，故折射率为，故C正确，ABD错误。
【点睛】
根据反射定律和几何知识求出入射角和折射角，再根据折射定律求出折射率．
6．A
【解析】
如图所示，当光从水中折射进入空气中且折射角等于90°时对应的半径最大，即恰好发生全反射时，透光水面对应的半径最大．
由于发生全反射时入射角的大小不变，故对应的入射光线的方向与原来的入射光线平行，如图，根据相似三角形知：透光面的半径R减小时，光源S到水面的距离减小，故光源在上浮．故选A．
【点睛】
本题考查对全反射现象的理解和应用能力，关键要运用作图法分析光源的运动情况．
7．A
【解析】
以大头针末端为研究对象，只要从大头针末端发出的光线射到薄板边缘界面处能够发生全反射，就从液面上看不到大头针，作出光路图，根据全反射的临界角公式求解液体的折射率．
【详解】
要在液面上各处均看不到大头针，要求光线射到薄板边缘界面处时恰好发生全反射，设临界角为C．
由临界角与折射率的关系得：
①；
由几何关系得：
②；
联立①②式可得：;故选A．
【点睛】
本题的关键要掌握全反射的条件和临界角的公式，要能画出光路图是解决此类问题的关键．同时注意几何知识的应用．
8．ACD
【解析】
A.露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下在部分位置发生全反射，所以格外明亮，故A正确．
B.飞机在阳光下作特技飞行时，有时会看到飞机变得非常明亮，是由于光的反射形成的故B错误．
C.由于光导纤维能全反射，故用来传输光信号、图象信号故C正确．
D.盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管，看到试管壁特别明亮，是由于发生了全反射故D正确．
故选ACD．
【点睛】
要发生光的全反射，必须光从光密介质进入光疏介质，且入射角大于临界角．例如光从水中进入空气，有可能发生全反射现象．我们在柏油路上常看到前方有一潭水，走进时即没有，这就是光的全反射导致．
9．CD
【解析】
A.
根据折射率，折射角随着入射角的增大而增大，故A错误；
B.
因为光是从空气进入玻璃，无论入射角多大，都不可能发生全反射．故B错误；
C.
当入射角i=90?时，折射角最大，根据，sinr=，得：r=45?，所以无论入射角i是多大，折射角r都不会超过45?，故C正确；
D.
当反射光线跟折射光线恰好互相垂直时，设入射角为i，折射角为r，有i+r=90?，
由=tani，故D正确．
故选CD
【点睛】
发生全反射的条件是：一、光必须从光密介质进入光疏介质，二、入射角大于或等于临界角．根据折射定律可求出折射角的大小．根据反射定律和几何知识分析反射光线与折射光线的关系．
10．ABD
【解析】
A．景物的光斜射到水面上，由光发生折射的条件知，会发生折射现象，当光进入水中后靠近法线，射入潜水员眼睛，而潜水员由于错觉，认为光始终沿直线传播，逆着光的方向看上去而形成的虚像，所以比实际位置高；故A正确．
B．发生全反射的条件是光从光密介质进入光疏介质，则光纤的内芯折射率大于外壳的折射率；故B正确．
C．海市蜃楼、沙漠蜃景都是由于光的折射和全反射而产生的；故C错误．
D．全息照相利用光的干涉现象；故D正确．
故选ABD．
【点睛】
本题考查了光的折射定律以及全反射的条件，掌握光的全反射与折射的区别，理解光的干涉原理及条件．
11．（1）
（2）2d
【解析】
（1）根据光的折射定律求解折射角，由几何关系求解入射点A与出射点B之间的距离；
（2）根据全反射的临界角结合几何关系求解底面反光膜CD的最小长度.
【详解】
（1）
则
解得β=300，
则
（2）
，则C=450，
则
12．（i）出射光束与入射光束平行（ii）
【解析】
光路如图所示，
（i）由折射定律得：n==
由于玻璃砖上下表面平行，r'=r
所以i′=i，即：出射光束与入射光束平行。
（ii）由图得，侧移量为：s=d（tani-tanr）cosi
将折射率n=代入，消去tanr得：
13．(1)
(2)
【解析】
(1)根据题意得：
解得：
(2)光在玻璃砖中的传播速度为
光在玻璃砖中的上下侧面都能发生全反射，则在长方体中的传播时间:
在半圆中的传播时间：
解得：
14．①
②
【解析】
画出光路图，根据几何关系以及光的折射定律解答.
【详解】
.①如图，透明物体内部的光路为折线MPN（P为光线反射点），N、N′点相对于底面BC对称，M、P和N′三点共线，设折射角为r，出射光线与法线夹角为i′，对应透明物体内入射角为。
由几何关系得：
根据折射定律有：
即有：
由几何关系得：
即有：
根据折射率公式有：
??
②由图中的几何对称关系可知：
所以：
15．①
0°
②s
【解析】
①如图，设光束经折射后到达玻璃砖底面上M点
由折射定律：
解得：
由几何关系可知
根据可知发生全反射的临界角为45°
β＞45°，故该单色光在底面M点发生全反射,所以
根据几何关系可知光线沿MN方向垂直BC边界出射，
故该单色光从玻璃砖射出时光线与法线的夹角为0°
②该单色光在玻璃砖内的光路如图所示，因E为AD中点，故DE=2cm，过E点做DC边垂线交DC于F点，在△EDF中可求得EF=1cm，DF=cm，
由几何关系可知∠EMF=30°，在△EMF中可求得FM=cm，EM=2cm
所以MC=DC－DF－FM=()cm，在△MNC中可求得MN=cm
根据
求得:m/s
又S=EM+MN=()cm，将数据代入
解得：s