惠阳区第三中学2019-2020学年高中物理粤教版选修3-4：4.3光的全反射现象 课时练（含解析）

4.3光的全反射现象
1．右图是一个圆柱体棱镜的截面图,图中E?F?G?H将半径OM分成5等份,虚线EE1?FF1?GG1?HH1平行于半径O
N,O
N边可吸收到达其上的所有光线.已知该棱镜的折射率n=,若平行光束垂直入射并覆盖OM,则光线(
　　
)
A．不能从圆弧射出
B．只能从圆弧射出
C．能从圆弧射出
D．能从圆弧射出
2．一束单色光从真空斜射向某种介质的表面，光路如图所示。下列说法中正确的是（　　）
A．此介质的折射率等于1.5
B．此介质的折射率等于
C．入射角小于45°时可能发生全反射现象
D．入射角大于45°时可能发生全反射现象
3．如图所示，一光束包含两种不同频率的单色光，从空气射向两面平行的玻璃砖上表面，玻璃砖下表面有反射层，光束经两次折射和一次反射后，从玻璃砖上表面分为、两束单色光射出。下列说法正确的是（　　）
A．a光的频率小于光的频率
B．光束a在空气中的波长较大
C．出射光束a、一定相互平行
D．a、两色光从同种玻璃射向空气时，a光发生全反射的临界角大
4．如图所示，AB为一直光导纤维，A、B之间距离为s，使一光脉冲信号从光导纤维中间入射，射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射，由A点传输到B点所用时间为t，已知光在真空中的传播速度为c。则光导纤维所用材料的折射率为（　　）
A．
B．
C．
D．
5．如图，两束单色光A、B分别沿半径方向由空气射入半圆形玻璃砖，出射时合成一束复色光P，下列说法正确的是
A．A光的频率小于B光的频率
B．在玻璃砖中A光的传播速度小于B光的传播速度
C．玻璃砖对A光的折射率大于对B光的折射率
D．两种单色光由玻璃射向空气时，A光的临界角较小
6．光导纤维由很细的内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯和外套的界面发生全反射，如图所示。为了研究简单，现设外套为空气，内芯的折射率为n，一束光线由空气射入内芯，在内芯与空气的界面恰好发生全反射。若光速为c，则光线通过边长为L的光导纤维所用的时间为（　　）
A．
B．
C．
D．
7．以下哪些现象是由光的全反射造成的（　　）
A．在岸上能看见水中的鱼
B．夜晚，湖面上映出了岸上的彩灯
C．夏天，海面上出现的海市蜃楼
D．用光导纤维传输光信号
8．一玻璃砖横截面如图所示，其中ABC为直角三角形（AC边末画出），AB为直角边ABC=45°；ADC为一圆弧，其圆心在BC边的中点．此玻璃的折射率为1.5．P为一贴近玻璃砖放置的、与AB垂直的光屏．若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入玻璃砖，则
A．从BC边折射出束宽度与BC边长度相等的平行光
B．屏上有一亮区，其宽度小于AB边的长度
C．屏上有一亮区，其宽度等于AC边的长度
D．当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时，屏上亮区先逐渐变小然后逐渐变大
9．如图所示，两块半径均为R的半圆形玻璃砖正对放置，折射率均为n=；沿竖直方向的两条直径BC、B′C′相互平行，一束单色光正对圆心O从A点射入左侧半圆形玻璃砖，知∠AOB=60°。若不考虑光在各个界面的二次反射，下列说法正确的是（　　）
A．减小∠AOB，光线可能在BC面发生全反射
B．BC、B′C′间距大小与光线能否从右半圆形玻璃砖右侧射出无关
C．如果BC、B′C′间距大于，光线不能从右半圆形玻璃砖右侧射出
D．如果BC、B′C′间距等于，光线穿过两个半圆形玻璃砖的总偏折角为15°
10．如图所示，一块上、下表面平行的玻璃砖的厚度为L，玻璃砖的折射率n=，若光从上表面AB射入的入射角i=60°，光在真空中的光速为c，则（　　）
A．折射角r=30°
B．光在玻璃中传播的时间为
C．光在玻璃中传播的时间为
D．改变入射角i，光在下表面CD可能发生全发射
11．如图所示，横截面为矩形ABCD的玻璃砖竖直放置在水平面上，其厚度为d，AD面镀有银。现用一束与BC面成角的单色光斜向下照射在BC面上，在C点右边的水平面上出现两个光斑，其间距离为d，光在真空中的传播速度为c。求：
(1)玻璃砖的折射率；
(2)光在玻璃砖内传播的速度。
12．由某种透明材料制成的棱镜的横截面如图所示，直角△ABC的AC边为半圆的直径，∠B=30°，一束光线从AB边上的M点以平行于BC的方向射入棱镜，经BC边一次反射后，反射光线与AB边平行。已知AC=L，，真空中的光速为c，求：
（1）该棱镜的折射率n；
（2）光线在棱镜中传播的时间t。
13．一块用折射率的玻璃制作的透明体，其横截面如图所示，ab是一半径为R的圆弧，ac边与bc边垂直，，当一束平行光线垂直照射到ac边时点没有光线射入部分和bc部分的外表面只有一部分是亮的，而其余是暗的，求：
部分的外表面是亮的部分的弧长；
部分的外表面是亮的部分的弧长．
参考答案
1．B
【解析】
由折射率n=知该棱镜的全反射临界角为C=37°(sinC=),刚好从G点入射的光线垂直进入棱镜后,在G1点恰全反射,则圆弧上所有入射光线均发生全反射,不会从中射出,只有圆弧上入射的光线折射后射出棱镜.所以只有B正确,A?C?D错误。
故选B。
2．B
【解析】
AB．折射率
选项A错误，B正确；
CD．全发射必须从光密介质射入光疏介质,真空射向介质不可能发生全反射，选项CD错误。故选B。
3．C
【解析】
A．作出光路图如图所示，可知光从空气射入玻璃时a光的偏折程度较大，则a光的折射率较大，频率较大，故A错误；
B．a光的频率较大，则波长较小，故B错误；
C．因为a、b两光在上表面的折射角与反射后在上表面的入射角分别相等，根据几何知识可知出射光束一定相互平行，故C正确；
D．因为a光的折射率较大，由临界角公式，则知a光的临界角小，故D错误。
故选C。
4．A
【解析】
由于恰好在界面发生全反射，因此可知
设光在介质中传播的路程中L，可得
光在质介中传播的速度
又由于
联立可得
A正确，BCD错误。
故选A。
5．A
【解析】
由题图可知，玻璃砖对B光的折射程度大，则nB＞nA，故B光的频率较大，故A正确、C错误；由v=c/n知，在玻璃砖中，vB＜vA，故B错误；两种单色光由玻璃射向空气时，由于sinC=1/n，所以，CB＜CA，故D错误；故选A。
6．C
【解析】
一束光线由空气射入内芯，在内芯与空气的界面恰好发生全反射，设临界角为C，则光的传播方向与光导纤维的方向之间的夹角为90°-C，光通过长度为L的光导纤维时的路程为
光导纤维的折射率为n，则光在光导纤维中的传播速度
又由于
所以光的传播的时间
故C正确，ABD错误。
故选C。
7．D
【解析】
A．在岸上能看见水中的鱼，是光的折射，A错误；
B．夜晚湖面上映出了岸上的彩灯，是光的反射，B错误；
C．夏天海面上出现的海市蜃楼，是光的折射产生的，C错误；
D．用光导纤维传输光信号，是利用了光的全反射原理，D正确。
故选D。
8．BD
【解析】
A．作光路图可知平行光从边AB射入后不发生折射，射到边BC上时，由临界角公式可得：sin
C＝＝＝，得∠C＝arcsin<45°，故全部光线发生全反射，选项A错误；
BC．边BC反射的光射向弧形边后，由于对平行光有会聚作用，可知B对C错；
D．当屏向下移动时，屏上亮区将先变小后变大，所以选项D也正确．
9．AD
【解析】
A.玻璃砖的临界角为
解得
C=45°
所以减小∠AOB，光线可能在BC面发生全反射，故A正确；
D.由折射定律可得∠O′OD=45°，则
OO′=O′D=，∠O′DE=120°
在△O′DE中，由正弦定理可得
又
代入数据可得∠O′ED=30°，由折射定律可得∠FEG=45°，所以光线EF相对于光线AO偏折了15°，故D正确；
BC.BC、B′C′间距越大，从右半圆圆弧出射光线的入射角就越大，可能超过临界角，所以BC、B′C′间距大小与光线能否从右半圆形玻璃右侧射出有关，且当入射角小于45°时均可从右侧面射出，故BC错误。
故选BC。
10．A
【解析】
A．由得
得
r=30°
故A正确。
BC．光在玻璃中传播的速度为，由几何知识可知光在玻璃中传播的路程为
则光在玻璃中传播的时间为
故B错误，C错误。
D．由于光在CD面上的入射角等于光在AB面上的折射角，根据光路可逆性原理得知光一定能从CD面射出，不可能在下表面CD发生全发射，故D错误。
故选A。
11．(1)；(2)
【解析】
(1)作出光路图，由光的反射定律和光路可逆性可知，反射光线OH与FG平行，且OH与水平面的夹角为
由几何关系得
OF=GH=d
IE=
由折射率，由以上各式解得
(2)根据折射率得，光在玻璃砖内传播的速度
12．（1）；（2）
【解析】
（1）根据题意，作出光路图，如图所示
根据几何关系可知，光线在M点的入射角为i=60°，折射角为r=30°，根据折射定律有
解得
（2）光在棱镜中传播的速度为
根据几何知识可得
，，
则光线在棱镜中传播的路程为
则光在棱镜中传播的时间为
13．部分的外表面是亮的部分的弧长为；部分的外表面是亮的部分的弧长为
【解析】
由题意作光路图如图所示，
该介质的临界角是则有：
在时，均发生全反射，图中d点为入射角等于临界角的临界点，所以在ab部分表面只有bd部分有光透射出，平行光部分弧长为：
在bc部分，如图所示，也只有eb部分有光发出，eb长度为：