江门市艺华高中2019-2020学年高中物理粤教版选修3-4：4.3光的全反射现象 质量检测（含解析）

4.3光的全反射现象
1．ΔABC是一直角三棱镜的横截面，∠A=90°，∠B=30°。一细光束从AB边以平行于BC边的方向入射后直接射到AC边，恰好在AC边发生全反射，则棱镜的折射率为（　　）
A．
B．
C．
D．
2．如图所示，上、下表面平行的玻璃砖放在空气中，光以入射角θ从玻璃砖的上表面A点射入，从下表面的B点射出的光线相对于入射光线的侧移距离为d，当θ增大一个小角度时，下列说法正确的是（　　）
A．侧移距离d增大
B．在A点可能发生全反射
C．在B点一定发生全反射
D．光在玻璃中的传播时间变短
3．光导纤维由“内芯”和“包层”两个同心圆柱体组成，其中心部分是内芯，内芯以外的部分为包层，光从一端进入，从另一端射出．下列说法正确的是（
）
A．内芯的折射率大于包层的折射率
B．内芯的折射率小于包层的折射率
C．不同频率的可见光从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用的时间相同
D．若紫光以如图所示角度入射时，恰能在内芯和包层分界面上发生全反射，则改用红光以同样角度入射时，也能在内芯和包层分界面上发生全反射
4．如图所示，红光对一长方体透明介质的折射率为1.8，一红色细光束以入射角射到AB面上的P点。若AD足够长，下列说法正确的是（　　）
A．当足够大时，在P点将发生全反射
B．当足够大时，光可以从AD面向外射出
C．当足够小时，光可以从AD面向外射出
D．无论多大，光都不能从AD面向外射出
5．如图所示，一束复合光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，入射角为θ。经折射后射出a、b两束光线，b光线的折射角为β。则(　　)
A．在玻璃中，a光的传播速度大于b光的传播速度
B．在真空中，a光的波长大于b光的波长
C．玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率
D．若改变光束的入射方向使入射角逐渐增大，则折射光线a首先消失
6．如图所示，P、Q是两种透明材料制成的两块相同的直角梯形棱镜，叠合在一起组成一个长方体，一单色光从P的上表面射入，折射光线正好垂直通过两棱镜的界面，已知材料的折射率nPA．光线有可能不从Q的下表面射出
B．光线若从Q的下表面射出时，出射光线与下表面的夹角一定等于θ
C．光线若从Q的下表面射出时，出射光线与下表面的夹角一定大于θ
D．光线若从Q的下表面射出时，出射光线与下表面的夹角一定小于θ
7．如图所示为宽度为d，折射率为n的足够大平行玻璃砖，其下表面镀有特殊的镀层，距离上表面位置有一光源P，PQ与上下表面垂直。以入射角射入玻璃上表面，经过上表面和下表面多次反射并从上表面出射后在PQ上生成多个像。其中第一次被下表面反射并出射所生成的像最明亮，称之为主像。则（　　）
A．主像到上表面的距离为
B．上表面出射的所有光线的反向延长线与PQ的交点间距相等
C．增大至一定值时经下表面反射的光线不会从上表面出射
D．沿PQ方向看到的主像到上表面的距离为
8．如图所示，一束光沿半径方向射向一块半圆形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为经折射后射出a、b两束光线，则______。
A．在真空中，a光的波长小于b光的波长
B．在玻璃中，a光的波长大于b光的波长
C．在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度
D．若改变光束的入射方向使角逐渐减小，则折射光线b首先消失
E.若改变光束的入射方向使角逐渐变大，则折射光线a首先消失
9．一空心玻璃球体外球面S1，内球面S2，球体外径r1，内径r2，如图所示为过球心的一截面，一单色光从外球面S1上的A点以等于角入射恰好在内球面S2上发生全反射（只考虑第一次全反射），则（　　）
A．空心球体内径外径之比为r2：r1=1：2
B．若角增加为时折射光线恰好与内球面S2相切，则折射率n=
C．若入射光改为频率更高的单色光，入射角仍为，则也恰好能在内球面S2上发生全反射
D．入射光频率越髙在玻璃球体内传播速度越大
10．如图所示，足够大的水面下有一点光源S。下列说法中正确的是（　　）
A．S发出的照到水面上的光，能够全部折射到水面上方
B．S发出的照到水面上的光，只有一部分能折射到水面上方
C．水面上方所有位置都可能有折射光线到达
D．水面上方只有部分区域可能有折射光线到达
11．图示为用某种透明材料制成的长方形透明体的横截面，，E为AB中点。现让一绿光沿纸面以与AB成角的方向从E点射入透明体，若第一次射出透明体的位置为Q，已知透明体的折射率，则Q、C两点间的距离为_______，第一次射出透明体时的折射角为_______，光在透明体中传播的时间为_________。(光速为c)
12．如图所示，一个棱镜的顶角为θ＝41.30°，一束白光以较大的入射角从棱镜的左侧面射入，在光屏上形成彩色光带，最上端是_____色，各色光在棱镜中的折射率和发生全反射的临界角见下表。当入射角逐渐减小到0°的过程中，光屏上最终剩下_____种色光。根据表格中数据，某同学认为折射率与临界角的乘积不变，他的观点_____（填“正确”、“错误”）。
色光
红
橙
黄
绿
蓝
紫
折射率
1.513
1.514
1.517
1.519
1.528
1.532
临界角/（°）
41.370
41.340
41.230
41.170
40.880
40.750
13．一束细光束由真空沿着径向射入一块半圆柱形透明体,如图(a)所示,对其射出后的折射光线的强度进行记录,发现折射光线的强度随着θ的变化而变化,如图(b)的图线所示,此透明体的临界角为_____,折射率为_____。
参考答案
1．A
【解析】
设光从AB边射入时折射角为α，射到AC面上N点时入射角为β，光路图如下所示
根据折射定律有
光在AC边上恰好发生全反射有
又由几何关系知
根据三角函数关系有
联立上式解得
故选A。
2．A
【解析】
A．当入射角增大时，折射角增大，由于出射光线与入射光线平行，侧移距离增大，故A正确；
B．在A点，光线从空气入射到玻璃砖，由光疏介质射到光密介质，所以在点不会发生全反射，故B错误；
C．在上表面，入射角小于度，折射角一定小于临界角，光到达下表面时的入射角与上表面的折射角相等，则此入射角小于临界角，不可能发生全反射，故C错误；
D．当增大时，折射角增大，光在玻璃中的传播路程增大，时间变长，故D错误；
故选A。
3．A
【解析】
发生全反射的条件是：1、光从光密介质进入光疏介质．2、入射角大于等于临界角．根据光在介质中的速度和路程求出光传播的时间，从而比较出时间的长短。
【详解】
AB．光线在内芯和包层的界面上发生全反射，知光从光密介质进入光疏介质，则内芯的折射率大于包层的折射率，A正确，B错误；
C．不同频率的光在界面上发生全反射，知经过的路程相同，根据
知光在介质中传播的速度不同，则传播的时间不同，C错误；
D．根据
知折射率越大，临界角越小，红光的折射率小，则临界角大，若紫光恰能发生全反射，则红光不能在分界面上发生全反射，D错误。
故选A。
4．D
【解析】
A．在P点时，光由空气射向介质，不可能发生全反射，选项A错误；
BCD．在P点由光的折射定律
设光射到AD面上时的入射角为i，则
则无论θ多大，光线在AD面一定能发生全反射，即光都不能从AD面向外射出，选项BC错误，D正确。
故选D。
5．CD
【解析】
AC．光线a的偏折程度大，根据折射定律公式，θ是入射角，r是折射角，可知a光的折射率大；再根据公式，知a光在玻璃中的传播速度小，故A错误，C正确；
B．a光的折射率大，说明a光的频率高，根据c=λf，a光在真空中的波长较短，故B错误；
D．若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，则折射光线a的折射角先达到90°，故a光先发生全反射，折射光线先消失，故D正确。
故选CD。
6．AD
【解析】
A．P光线正好垂直通过两棱镜的界面，沿直线射到Q的下表面，由于入射角与临界角关系不清楚，光线在Q的下表面可能发生全反射，不从Q的下表面射出；也可能不发生全反射，从Q的下表面射出，故A正确；
BCD．如果光线从Q的下表面射出，光路如图
根据折射定律有
，
由几何知识知
由题知
nP联立得
根据几何知识得，故BC错误，D正确。
故选AD。
7．ABD
【解析】
A．
如图
主像位置为O，设折射角为r，则有
根据几何关系可知，主像到上表面的距离
将折射率关系代入解得
故A正确；
B．
因为每次成像在上表面均向左移动距离2dtanr，故根据几何关系可知，上表面出射的所有光线的反向延长线与PQ的交点间距相等，故B正确；
C．根据光路可逆性可知，光线不会在上表面发生全反射，故C错误；
D．
沿PQ方向时，即
，所以看到的主像到上表面的距离为，故D正确。
故选ABD。
8．ACE
【解析】
A．光线a的偏折程度大，则a光的折射率大，说明a光的频率高，根据，a光在真空中的波长较短，故A正确；
BC．由可知，由于a光的折射率大，则在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度，由可知，由于在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度且a光的频率高，则在玻璃中，a光的波长小于b光的波长，故B错误，C正确；
D．若改变光束的入射方向使角逐渐减小，则两光都不能发生全反射即都不会消失，故D错误；
E．由公式可知，由于a光的折射率大，则a光的临界角小，所以改变光束的入射方向使角逐渐变大，则折射光线a首先消失，故E正确。
故选ACE。
9．ABC
【解析】
A．设光在A点发生折射的折射角为，发生全反射的入射角为，则有
发生全反射时有
如图1，在三角形ANO中由正弦定理得
联立解得
故A正确；
B．若角增加为时折射光线恰好与内球面S2相切，如图2，由几可关系可知
折射率为
故B正确；
C．若入射光改为频率更高的单色光，入射角仍为，设此时的折射角为，射到内球面上的入射角为，则有
且
联立解得
则说明恰好发生全反射，故C正确；
D．由公式可知，入射光频率越髙在玻璃球体内传播速度越小，故D错误。
故选ABC。
10．BC
【解析】
AB．S发出的照到水面上的光，当入射角大于临界角时会发生全反射而反射回水中，则只有一部分能折射到水面上方，选项A错误，B正确；
CD．由图可知，水面上方所有位置都可能有折射光线到达，选项C正确，D错误。
故选BC。
11．
60°
【解析】
[1].光线在E点的入射角i=60°，则根据
解得
r=30°
因
，
则C<45°，光线射到BC边上的F点时发生全反射，然后射到CD边上的Q点，则第一次射出透明体的位置Q与C两点间的距离为：
[2].因射到Q点时的入射角为30°，则根据可得，折射角为60°；
[3].光线在介质中的传播速度
，
光在透明体中传播的距离：
则光在透明体中传播的时间为
12．红
两
错误
【解析】
第一空.因红光的折射率最小，经过三棱镜后偏折程度小，则最上面是红光；
第二空.由表格数据看出，紫光的折射率最大，临界角最小，当入射角θ逐渐减小到零的过程中，光线射到棱镜右侧面的入射角减小，紫光的入射角最先达到临界角，发生全反射，最先消失。当入射角θ减小到零时，光线射到棱镜右侧面的入射角等于α＝41.30°，小于红光与橙光的临界角，所以这两种光不发生全反射，仍能射到光屏上。故最后光屏上只剩下红、橙两种色光。
第三空.由表格中的数据可知折射率与临界角的乘积是变化的，他的观点是错误的。
13．45°
【解析】
由图乙可知，θ=45°时，折射光线开始出现，说明此时对应的入射角应是发生全反射的临界角，即：C=90°-45°=45°
根据全反射临界角公式sinC=1/n，得：