绵阳市普明中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-4：4.3光的全反射 课时训练（含解析）

4.3光的全反射
1．如图所示，平行厚玻璃板放在空气中，一束复色光斜射向玻璃板上表面，出射光分成a、b两束单色光．对于a、b两束光，下面说法正确的是(　　)
A．玻璃对a光的折射率较小
B．a光在玻璃中的传播速度较大
C．若a、b光从同一介质斜射入真空时，a光的全反射临界角较小
D．出射光线ab不能确定是否平行
2．如图所示，一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45°，下面四个光路图中，正确的是(
)
A．
B．
C．
D．
3．已知一束单色光在水中的速度是真空中的3/4,
则(
)
A．这束光在水中的波长为真空中的3/4
B．这束光在水中的频率为真空中的3/4
C．对这束光,
水的折射率为3/4
D．从水中射向水面的光线,
一定可以进入空气
4．下列说法中正确的是（
）
A．光导纤维传送光信号是利用了光的全反射现象
B．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的衍射现象
C．照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的衍射现象
D．泊松亮斑是光的干涉现象
5．如图所示，让光线沿半圆形玻璃砖的半径射到平直边上，在这个界面发生了反射和折射．逐渐增大入射角，下列对观察到的现象的描述中正确的是（
）
A．反射光线和折射光线的夹角逐渐增大
B．折射角和入射角的比值不变
C．反射光线和折射光线都逐渐减弱
D．折射光线逐渐减弱，直至完全消失
6．下列说法正确的是
A．在真空中传播的电磁波，频率越大，波长越短
B．让蓝光和绿光通过同一双缝干涉装置，绿光形成的干涉条纹间距较大
C．光纤通信、全息照相及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理
D．要确定雷达和目标的距离需要直接测出电磁波从发射到被目标接收的时间
E.
拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃反射光的影响
7．有一种称为手性材料的光介质，当激光从空气射入这种材料的时候，将会分离出两种光，一种是左旋圆偏振光，其折射率为；另一种是右旋圆偏振光，其折射率为，其中no为选定材料的折射率，k为大于零的参数（和大于1），则
（
）
A．在这种介质中左旋光的速度大于右旋光的速度
B．入射角一定的情况下（大于零），左旋光的偏折程度比右旋光大
C．入射角一定的情况下（大于零），k越大，左旋光与右旋光分离的现象越明显
D．当左、右旋光从该材料射向空气时，左旋光的临界角小于右旋光的临界角
8．如图所示，一束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的a、b、c三束单色光。比较a、b、c三束光，可知（）
A．当它们在真空中传播时，c光的波长最短
B．当它们在玻璃中传播时，c光的速度最大
C．若它们都从玻璃射向空气，c光发生全反射的临界角最大
D．对同一双缝干涉装置，c光干涉条纹之间的距离最小
9．下列关于科学技术应用的说法中正确的是
A．全息照片的拍摄利用了光的干涉现象
B．交通警察用监视器测量汽车的速度时可利用多普勒效应
C．光导纤维利用了光的折射现象
D．照相机的镜头表面镀有一层膜使照相效果更好，是利用了光的衍射现象
E.
用声呐探测水中的暗礁、潜艇，利用了波的反射现象
10．2018年1月31日，天空中上演了一场万众瞩目、被称为“超级满月、蓝月亮、红月亮”的月全食大戏，这次月全食历时近5小时．最精彩之处是在发生月全食阶段月亮呈现红色，下列有关月食的说法，其中正确的是______．
A．当地球处于太阳和月亮中间时才会出现月食现象
B．当月亮处于太附和地球中间时才会出现月食现象
C．月食可能是太阳光经月亮反射到地球大气层时发生全反射形成的
D．出现月食现象，是因为月亮处于地球的“影子”中
E.“红月亮”是太阳光中的红光经地球大气层折射到月球时形成的
11．如图所示，一容器内装有深为h的某透明液体,底部有一点光源k,可向各个方向发光，该透明液体的折射率为n,液面足够宽．已知真空中光的传播速度为c．求：
（1）能从液面射出的光，在液体中经过的最短时间t；
（2）液面上有光射出的区域的面积S．
12．如图所示为一上、下表面面积足够大的玻璃砖，玻璃砖内有一圆锥真空区，圆锥顶角∠ACB=
90°，圆锥底面与玻璃砖上、下表面平行，圆锥底面AB的中点O处有一红色点光源，光线只射向AB上方区域．O点离玻璃砖上表面距离5d，圆锥顶点C离玻璃砖上表面的距离为dtan75°．已知玻璃对红光的折射率n=
，求玻璃砖上表面有光线射出的区域的面积．（不考虑光线的反射）
13．如图所示，AB为空气与某种介质的界面，直线MN垂直于界面AB。某单色光以i=60°的入射角从空气射到界面上，折射角r=30°。设光在空气中的传播速度约为c=3×108m/s。求：
（1）光在这种介质中的传播速度大小v；
（2）若光由这种介质射向空气，发生全反射的临界角的正弦值sinC
14．如图所示为一块半圆柱形玻璃砖，半圆形截面的圆心为O，半径为R．现有平行光束平行ABD入射角射到长度为L宽为2R方形截面ABEF上，最终从下表面射出玻璃砖．已知玻璃的折射率．求
①光在ABEF界面的折射角及全反射临界角C
②玻璃砖下表面有光线射出部分的面积S
15．泉州光伏产业非常发达，拥有国家级博士后科研工作站及国家级企业技术中心。街道上的很多电子显示屏，其最重要的部件就是发光二极管。有一种发光二极管，它由半径为R的半球体介质ABC和发光管芯组成，管芯发光区域是半径为r的圆面PQ，其圆心与半球体介质的球心O
重合，如图所示。图中发光圆面发出的某条光线射向D点，入射角为30°，折射角为45°。
（i）求半球体介质对光的折射率n；
（ii）为使从发光圆面PQ射向半球面上所有的光都能直接射出，管芯发光区域面积最大值为多少？
参考答案
1．C
【解析】
根据光路图知，a光的偏折程度大于b光，则a光的折射率大于b光，故A错误；a光的折射率大，根据v＝c/n知，a光在介质中传播的速度较小，故B错误；根据sinC＝1/n知，a光的折射率大，则a光全反射的临界角较小，故C正确；根据折射定律可知，经过平行的玻璃砖后，出射光线和入射光线一定平行，所以出射光线a、b一定平行，故D错误，故选C．
2．A
【解析】
设玻璃的临界角为C．由得，，则C＜45°．由图光线从玻璃射入空气时入射角为i=45°＞C，所以光线将在玻璃与空气的界面上发生全反射，光线全部反射回玻璃，则A正确．故选A
点睛：当光比光密介质进入光疏介质时，要考虑能否发生全反射，判断的依据是根据入射角与临界角的大小关系．
3．A
【解析】
光的频率由光源决定，光在不同介质中的传播速度不同，但频率相同，由v=λf，得知波速与波长成正比，而单色光在水中的传播速度是真空中的3/4，则这束光在水中传播时的波长为真空中的3/4，故A正确，B错误；由n=c/v，得知光在介质中的波速与折射率成反比．因为单色光在水中的传播速度是真空中的3/4，所以对于这束光，水的折射率为，故C错误；从水中射向水面的光线，若入射角大于等于临界角会发生全反射，将不能进入空气中．故D错误．故选A．
点睛：解决本题的关键要明确光的频率与介质无关，光在其他介质中的传播速度比在真空中的速度小．要掌握全反射的条件，并能用来分析实际问题．
4．A
【解析】光导纤维传送光信号是利用了光的全反射现象，A正确；标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉，B错误；面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的干涉现象，C错误；泊松亮斑是光绕过障碍物继续传播的现象，因此属于光的衍射现象，D错误．
5．D
【解析】
A．逐渐增大入射角，反射角增大，反射光线沿逆时针方向转动，由折射定律知折射角逐渐增大，折射光线沿顺时针方向转动，故反射光线和折射光线的夹角逐渐减小，A错误；
B．折射角和入射角满足折射定律为，故B错误；
CD．在还未发生全反射过程中，反射光越来越强，折射光越来越弱，最终发生全反射，折射光完全消失，反射光不消失，故C错误，D正确。
故选D。
【点睛】
解决本题的关键是掌握反射和折射的实验规律，知道入射角增大时，反射角和折射角都随之增大，而反射光增强，折射光减弱。
6．ABE
【解析】根据
在真空中传播的电磁波速度相同，频率越大，波长越短，选项A正确；绿光的波长大于蓝光，让蓝光和绿光通过同一双缝干涉装置，根据
可知，绿光形成的干涉条纹间距较大，选项B正确；光纤通信及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理；全息照相是光的干涉原理，选项C错误；要确定雷达和目标的距离需要测出电磁波从发射到被雷达接收的时间t，再根据求解距离，选项D错误；拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃反射光的影响，选项E正确；故选ABE.
7．AC
【解析】
A、由左旋圆偏振光折射率和右旋圆偏振光折射率表达式可知：nL＜nR．根据知，在这种介质中左旋光的速度大于右旋光的速度，故A正确．B、由左旋圆偏振光折射率和右旋圆偏振光折射率表达式可知nL＜nR．则右旋光的偏折比左旋光明显，故B错误．C、k越大，左旋光与右旋光的折射率相差越大，分离的现象越明显，故C正确．D、由左旋圆偏振光折射率和右旋圆偏振光折射率表达式可知nL＜nR．根据知，左旋偏振光的临界角大于右旋光的临界角，故D错误．故选AC．
【点睛】本题是信息给予题，要能读懂题意，根据已知的折射率表达式，分析它们之间的关系，掌握光速、偏折程度等等与折射率的关系，是解决本题的关键．
8．AD
【解析】由光路图可知，c光的偏转程度最大，则c光的折射率最大，频率最大，根据知，c光的波长最小，A正确；c光的折射率最大，根据知，c光在玻璃中传播的速度最小，B错误；根据知，c光的折射率最大，则c光发生全反射的临界角最小，C错误；c光的频率最大，则波长最小，根据知，c光干涉条纹之间的距离最小，D正确．
【点睛】光的波长越长，频率越小，折射率越小，这个逻辑关系要掌握，另外需要灵活掌握公式、、．
9．ABE
【解析】
全息照片的拍摄利用了光的干涉现象，选项A正确；交通警察用监视器测量汽车的速度时可利用多普勒效应，选项B正确；光导纤维利用了光的全反射现象，选项C错误；照相机的镜头表面镀有一层膜使照相效果更好，是利用了光的干涉现象，选项C错误；用声呐探测水中的暗礁、潜艇，利用了波的反射现象，选项E正确；故选ABE.
10．ADE
【解析】
当太阳、地球和月亮处在同一条直线上，且地球处于太阳和月亮中间时，如左图，如果月球全部处在地球的阴影区，那么在地球上的人们就看不到月亮，这种现象就是月全食；若月球有一部分处在地球的阴影区，另一部分处在有光线的区域，如右图，那么在地球上的人们就看到部分月亮，这种现象就是月偏食，因此，月食的产生是由于月亮处在地球的阴影区而形成的；
而“红月亮”是太阳光中的红光经地球大气层折射到月球时形成的，同理“蓝月亮”是太阳光中的蓝光经地球大气层折射到月球时形成的。故ADE正确、BC错误。
故选ADE。
11．(i)
t＝
(ii)
S＝
【分析】
根据全反射的临界角结合几何知识求解．
【详解】
(1)
光在液体中的速度为
在液体中经过的最短时间t
，则有：
解得：
；
(2)
液面上有光射出的范围是半径为r的圆
光在液面发生全反射的临界角为C
，有
由几何关系可知，
，
所以液面上有光射出的面积S
．
12．
【解析】
光线由玻璃射向真空，临界角满足
解得C=45°
如图，光源O发出的临界光线1的光路如图，由折射率公式：
解得θ=30°
由几何关系，光线到达玻璃砖上表面的入射角为α=15°
又α如图所示，光源O发出的临界光线2的光路如图，且光线2恰好在玻璃砖上表面发生全反射，由几何关系r2=5d
综上，光线射出玻璃砖上表面的形状是环形，其面积为
13．（1）
（2）
【解析】
（1）根据折射率的公式可知，光在这种介质中的传播速度为
（2）全反射临界角正弦值为
14．30°，45°
【解析】
①作出光路图，如图所示，
由折射定律，有：
得：sinβ=，
解得：β=30°
根据解得，则C=450
（2）如果光线AC刚好在C点发生全反射，则有：nsin∠ACO=sin90°，而n=．
即有∠ACO=sin45°，
则∠AOC=75°
同理在右侧发生全反射的光线入射点为D，可解得∠BOD
=15°
故能够从半圆柱球面上出射的光束范围限制在CD区域上，对应的角度为180°-75°-15°=90°，所以底面透光部分的弧长为：L′=×2πR=
玻璃砖下表面有光线射出部分的面积
点睛：本题关键要掌握光的折射定律及全反射条件，要注意分析发生全反射时边界光线的确定，作出光路图，结合几何知识研究这类问题．
15．（1）（2）
【解析】
（1）根据折射定律，解得
（2）从P到Q点垂直于圆面发出的光射到球面的入射角的最大为a，则
，设光发生全翻身的临界角为C，则，不发生全反射应满足，解得，管芯发光区域面积应满足