广州市第六十五中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-4：4.3光的全反射现象 课时训练（含解析）

4.3光的全反射现象
1．如图甲所示，为研究一半圆柱形透明新材料的光学性质，用激光由真空沿半圆柱体的径向射入，入射光线与法线成θ角，由光学传感器CD可以探测反射光的强度。实验获得从AB面反射回来的反射光的强度随θ角变化的情况如图乙所示。光在真空中传播速度为c，则该激光在这种透明新材料中（　　）
A．折射率为
B．传播速度为c
C．θ=0°时，反射光强度为0
D．反射光的强度随θ角的增大而增大
2．在空气中，一条光线以60°的入射角射到一平行玻璃板的上表面ab上，已知该玻璃的折射率为，下列说法正确的是（　　）
A．光线可能在ab面上发生全反射而不能进入玻璃板
B．光线肯定能从ab面进入玻璃板且折射角为30°
C．光线可能在cd面上发生全反射而不能射出玻璃板
D．光线肯定能从cd面射出玻璃板且折射角为30°
3．如图所示，一个三棱镜的截面为等腰直角△ABC，∠A为直角．此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能发生全反射．该棱镜材料的折射率为(
)
A．
B．
C．
D．
4．一束复色光射入玻璃砖（上、下两表面平行）后分成两束单色光①和②，已知入射光与玻璃砖上表面的夹角为，光束①与上表面的反射光（图中未画出）相互垂直。若玻璃砖对光束②的折射率为n，光束②在玻璃砖里发生全反射的临界角为C，则下列说法正确的是（　　）
A．
B．
C．光束①能在玻璃砖的下表面发生全反射
D．光束②能在玻璃砖的下表面发生全反射
5．如图所示，三角形
ABC
为某透明介质的横截面，O
为
BC
边的中点，∠BAO
为θ。位于截面所在平面内的一束光线以角
i
入射，第一次到达
AB
边恰好发生全反射。则该介质的折射率
n
为（
）
A．
B．
C．
D．
6．下列关于光学现象的说法正确的是（
）
A．海市蜃楼是因为光的色散
B．雨后的彩虹是由于七色光对水滴的折射率不同发生了光的色散的结果
C．红光进入水中，其频率和传播速度都会变小
D．用于传输信号的光纤利用了光的全反射，且内芯的折射率要小于外套的折射率
7．一束可见光射向半圆形玻璃砖的圆心O，经折射后分为两束单色光a和b。下列判断正确的是（　　）
A．a光的频率大于b光的频率
B．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率
C．在真空中a光的波长大于b光的波长
D．发生全反射时，a光的临界角大于b光的临界角
8．明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b，下列说法正确的是（　　）
A．若增大入射角i，则b光先消失
B．在该三棱镜中a光波长小于b光
C．a光能发生偏振现象，b光不能发生
D．若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则a光的遏止电压低
9．频率不同的两束单色光1和2
以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如右图所示，下列说法正确的是
A．单色光1的波长小于单色光2的波长
B．在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2
的传播速度
C．单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间
D．单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角
10．下列四个图片均来自课本中的实验、仪器、实际应用，相应的现象、原理及应用的说法相一致的是(????)
A．甲图“水流导光”的原理是光的全反射
B．乙图“CT”是利用射线能够穿透物质来检查人体内部器官
C．丙图“灯泡发光”是学生电源中交流或直流通过变压器的互感现象
D．丁图“环流器”是仪器利用磁场来约束参加反应的物质等离子体
11．如图所示，有一截面为半圆的玻璃柱体水平放置，右侧有一竖直屏幕，半圆的半径为10cm。由红光和紫光两种单色光组成的复色光沿半径方向射向圆心，已知玻璃对这两种色光的折射率分别为、，逐渐增大入射光与竖直方向的夹角θ，投射到屏幕上的折射光首先消失的是___________色光，此时入射角等于___________，屏幕上剩下的两个光斑之间的距离为___________。
12．如图所示，两光线a、b从水下射向水面上的A点，光线经折射后合成一束光c。水对a光的折射率____________（选填“大于”“小于”或“等于”）水对b光的折射率；从水中射向空气时，a光发生全反射的临界角____________
（选填“大于”“小于”或“等于”）b光发生全反射的临界角。
13．物理实验室新进来一批由某种透明材料做成的棱镜，其横截面由一直角三角形和一半径为R的圆柱组成，如图所示。已知三角形BC边的长度为R，∠BAC=30°。现让一单色细激光束从AB边上距A点为R的D点沿与AB边成=45°斜向右上方的方向人射，激光束经AC反射后刚好能垂直BC边进入圆柱区域。单色细激光束从圆弧上的E点(图中未画出)射出时的折射角γ=_____，单色细激光束在棱镜中传播的时间t=_______(光在真空中的速度为c)。
参考答案
1．B
【解析】
A.根据图像可得当时激光发生全反射，根据折射定律得
故A错误；
B.根据速度公式
故B正确；
C.θ=0°时大量的激光从O点射出，少量激光反射经过C点，故C错误；
D.根据图像可得当时激光发生全反射，反射光的强度不变，故D错误。
故选B。
2．B
【解析】
解：AB.光从空气射到平行玻璃板上表面时，不可能发生全反射，一定能从ab面进入玻璃板．由
得折射角为r=30°，故A错误，B正确；
CD.由几何知识可知，光线射到cd面上入射角等于30°，根据光路可逆性原理判断可知，光线在cd面上不可能发生全反射，肯定能从cd面射出玻璃板且折射角为60°，故C错误，D错误。
故选：B。
3．A
【解析】
三棱镜的截面为等腰直角ABC，光线沿平行于BC边的方向射到AB边，则第一次折射时的入射角等于45°，射到AC边上，并刚好能发生全反射．则有．由折射定律可得：
；所以由上两式可得：n=，故选A.
点睛：临界角其实也是入射角，对于同一介质它是特定的．当光垂直入射时，由于入射角为零，所以折射角也为零，由于已知三棱镜的顶角，当光再次入射时，由几何关系可知折射角角，最后由折射定律可求出折射率．
4．A
【解析】
AB．光束①与上表面的反射光相互垂直，可知其折射角为30°，由光的折射定律可知，玻璃砖对光线①的折射率
由光路图可知，玻璃对光线②的折射率小于对光线①的折射率，可知
因
选项A正确，B错误；
CD．光线在下表面的入射角都等于在上表面的折射角，可知两束光线均不能在下表面发生全反射，选项CD错误。
故选A。
5．B
【解析】
如图所示，设光线在BC面上的折射角为r．
由折射定律得
根据全反射规律可知
?
由几何关系得
90°-θ=C+r
所以该介质的折射率为
故B正确，ACD错误。
故选B。
6．B
【解析】
A．“海市蜃楼”是因为光的折射原理导致的，故A错误；
B．雨后彩虹是太阳光传播中被空气中的水滴色散而产生的，是由于七色光对水滴的折射率不同发生了光的色散的结果，故B正确；
C．红光从空气进入水中后，其频率不变，根据传播速度会减小，故C错误；
D．用于传输信号的光纤利用了光的全反射的原理，要求光线从光密介质射向光疏介质，则光纤内芯的折射率比外套的折射率大，故D错误。
故选B。
7．A
【解析】
B．因为a光的偏折程度大于b光，所以玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率．故B错误；
AC．事实表明，折射率大的光，对应的光的频率也大，波长却短。因为a光的折射率大于光的折射率，即可以判断出a光的频率大于b光的频率，a在真空中的波长小于光在真空中的波长，故A正确，C错误；
D．根据全反射临界角公式
因为a光的折射率大于光的折射率，光的临界角小于光的临界角，故D错误；
故选A。
8．D
【解析】
A．设折射角为α，在右界面的入射角为β，如图所示：
根据几何关系有
根据折射定律：，增大入射角i，折射角α增大，β减小，而β增大才能使b光发生全反射，故A错误；
B．由光路图可知，a光的折射率小于b光的折射率（），则a光的波长大于b光的波长（），故B错误；
C．光是一种横波，横波有偏振现象，纵波没有，有无偏振现象与光的频率无关，故C错误．
D．根据光电效应方程和遏止电压的概念可知：最大初动能，再根据动能定理：，即遏止电压，可知入射光的频率越大，需要的遏止电压越大，，则a光的频率小于b光的频率（），a光的遏止电压小于b光的遏止电压，故D正确。
故选D。
【点睛】
本题考查的知识点较多，涉及光的折射、全反射、光电效应方程、折射率与波长的关系、横波和纵波的概念等，解决本题的关键是能通过光路图判断出两种光的折射率的关系，并能熟练利用几何关系．
9．AD
【解析】
试题分析：由折射光路可知，单色光1的折射率大于单色光2，则单色光1的频率大于单色光2，单色光1的周期小于单色光2，根据，所以单色光1的波长小于单色光2的波长
，选项A正确；根据在玻璃中单色光1的传播速度小于单色光2的传播速度，选项B错误；根据，所以单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角，选项D正确；设光线由空气射向玻璃时的入射角是а折射角为θ，则，设玻璃的厚度为d，则光线在玻璃中的路程为，穿过玻璃的时间为，联立以上各式可得：，特殊的，当а=00时，n越大则t越大，所以单色光1通过玻璃板所需的时间大于单色光2通过玻璃板所需的时间，选项C错误．
考点：此题考查了光的折射定律、全反射现象及光在介质中的传播规律．
10．AD
【解析】
甲图“水流导光”的原理是光的全反射，故A正确；乙图“CT”是利用x射线能够穿透物质来检查人体内部器官，故B错误；
“灯泡发光”是学生电源中交流通过变压器的互感现象，故C错误；丁图“环流器”是仪器利用磁场来约束参加反应的物质，故D正确。故选AD。
11．紫
45°
【解析】
[1]作出光路图，如图所示
因紫光折射率较大，根据
可知紫光的全反射临界角较小，所以当增大入射角时，紫光先发生全反射，其折射光线先消失；
[2]设紫光的临界角为C2，根据
解得C2=45°
[3]根据几何关系，可知此时入射角i=C2=45°，对红光，根据折射定律有
解得
根据几何关系，可得红光两亮斑PQ的间距
12．小于
大于
【解析】
[1]
由图知，a光的偏折程度小于b光的偏折程度，所以根据折射定律得知，a光的折射率小于b光的折射率；
[2]
根据全反射临界角公式，当折射率大时临界角变小，故a光发生全反射的临界角大于b光发生全反射的临界角。
13．
【解析】
[1][2]细激光束在棱镜和圆柱中的光路图如图所示
由几何关系可知
根据折射定律得
代入数据解得
由几何关系可知
故在中，由几何关系可得
又因为，故
解得
由几何关系可知
故激光束在棱镜中传播的路程为
传播速度
在棱镜中传播的时间为