上海市北虹高中2019-2020学年物理沪科版选修3-4：4.6全反射与光导纤维 课时作业（含解析）

4.6全反射与光导纤维
1．abc为一全反射棱镜，它的横截面是等腰直角三角形。一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上发生全反射，若光线入射点O的位置不变，改变光线的入射方向（不考虑自bc面反射的光线），则(　　 )
A．使入射光线按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则红光将首先射出
B．使入射光线按图中所示的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则紫光将首先射出
C．使入射光线按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，红光将首先射出ab面
D．使入射光线按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，紫光将首先射出ab面
2．关于全反射，下列说法中不正确的是（?? ）
A．光从光密介质射向光疏介质时可能产生全反射
B．光从光疏介质射向光密介质时可能产生全反射
C．光从折射率大的介质射向折射率小的介质可能产生全反射
D．光从传播速度小的介质射向传播速度大的介质时可能产生全反射
3．已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别是1.33、1.55、1.60和1.63．如果光按下面几种情况传播，可能发生全反射的是（?? ）
A．从玻璃射入水中
B．从水晶射入玻璃中?
C．从水射入水晶中?
D．从水射入二硫化碳中
4．如图所示，a、b两种单色光沿不同方向射向玻璃三棱镜，经三棱镜折射后沿同一方向射出，下列说法中正确的是（ ）
A．在玻璃中，a光传播速度较大
B．若a为绿光，则b可能为黄光
C．光从玻璃射向空气时，a光发生全反射的临界角较小
D．在玻璃中，b光波长较长
5．如图所示，将一个折射率为n的透明长方体放在空气中，矩形ABCD是它的一个截面，一单色细光束入射到P点，入射角为θ．，则( )
A．若要使光束进入长方体后能射至AD面上，角θ的最小值为arcsin
B．若要使光束进入长方体后能射至AD面上，角θ的最小值为arcsin
C．若要此光束在AD面上发生全反射，角θ的范围应满足arcsin＜θ≤arcsin
D．若要此光束在AD面上发生全反射，角θ的范围应满足arcsin＜θ≤arcsin
6．关于光现象及其应用，下列说法正确的有(　　)
A．白光只有通过三棱镜的折射，才能产生光的色散现象
B．光经过大头针尖儿时，大头针尖儿边缘轮廓会模糊不清，这是光的衍射现象
C．光导纤维利用全反射的原理，其内芯的折射率大于外套的折射率
D．拍摄玻璃橱窗中的物品时，为消除玻璃表面反射光的干扰，需要在照相机镜头前加装偏振片，该装置利用的是薄膜干涉原理
E.利用光的干涉现象可以检查平面的平整度
7．下列关于光学现象的说法，正确的是（?? ）
A．单缝衍射条纹的特征是明暗相间平行等距
B．肥皂泡呈现彩色条纹是由光的干涉现象造成的
C．光纤传导利用光的全反射原理，光纤由芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的小
D．用同一台双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，黄光相邻的亮条纹间距大于蓝光的相邻亮条纹间距
E.拍摄玻璃橱窗内的物品时，要在镜头前加装一个偏振片以过滤橱窗玻璃的反射光
8．如图，半圆形玻璃砖按图中实线位置放置，直径与BD重合．一束激光沿着半圆形玻璃砖的半径从圆弧面垂直BD射到圆心O点上．使玻璃砖绕O点逆时针缓慢地转过角度θ(0°<θ<90°)，观察到折射光斑和反射光斑在弧形屏上移动．在玻璃砖转动过程中，以下说法正确的是
A．折射光斑在弧形屏上沿C→D方向移动
B．折射光斑的亮度逐渐变亮
C．折射光线消失前，折射角一定大于反射角
D．反射光线转过的角度为θ
E.当玻璃砖转至θ=45°时，恰好折射光线消失，则此玻璃砖的折射率n=
9．以下说法中正确的是_________
A．光导纤维是应用了光的全反射
B．电子表的液晶显示是利用了光的偏振现象
C．照相机镜头在阳光下呈现淡紫色是光的折射现象
D．电视机遥控器是利用发出红外线脉冲信号来变换频道的
E.电磁波具有反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象，但不会发生多普勒效应
10．下列说法错误的是
A．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
B．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变宽
C．两列水波发生干涉时，如果两列波的波峰在P点相遇，质点P的位移始终最大
D．在光导纤维束内传送图像是利用光的色散现象
E.用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象
11．湖面上有一伸向水面的混凝土观景台，如图所示是其截面图．观景台下表面恰好和水面相平，A为观景台右侧面在湖底的投影，水深h＝4 m．在距观景台右侧面x＝4 m处的水面上方的P处，有一单色点光源，P处距水面的高度为3 m．现光源正对平台方向发出多束光线照向水面，观景台正下方的湖底被照亮的最远处与A距离为3m．求：
①该单色光在水中的折射率．
②若将此光源竖直向下移动到接近水面时，观景台正下方的湖底被照亮的最远处与A的距离又是多少．
12．如图所示，直角三角形ABC是三角形玻璃砖的横截面，其中∠A＝30°，一条光线从AB边上的O点射入，折射光线如图所示。已知该玻璃砖的折射率n＝，BC边的长度是l，OB的长度是AB边长度的四分之一。求：
(ⅰ)光线的入射角i；
(ⅱ)出射点到A点间的距离d。
13．如图所示，有一横截面为四分之一圆的玻璃棱镜，圆心为O,半径为R．以O为原点建立直角坐标系xOy,两个半径恰好与两个坐标轴重合，单色光在0(i)光线在棱镜AB弧上发生全反射的临界角；光在棱镜中传播的速度．
(ii)在AB弧面上刚好发生全反射的光线，从y轴射入的坐标是多少；该光线离开棱镜的位置坐标．
14．如图所示，某工件由截面为直角三角形的三棱柱与半径为R的圆柱两个相同的透明玻璃材料组成，已知三角形BC边的长度为R，∠BAC＝30°.现让一细束单色光从AB边上距A点为R的D点沿与AB边成α＝45°斜向右上方的方向入射，光线经AC边反射后刚好能垂直于BC边进入圆柱区域．
（1）试计算光线从圆弧上的E点(图中未画出)射出时的折射角；
（2）试计算该细束光在玻璃中传播的时间(光在真空中的速度为c)．
参考答案
1．A
【解析】
【分析】
【详解】
AB．入射光线顺时针偏转时，经ac面的折射，光线以小于45°角射到ab面上。开始时，偏转角越大，ab面上光线的入射角就越小，当偏转到某一角度时，光线将垂直入射到ab面，入射角为0°；在此之后，光线的入射角将变大。按题目所给的条件，开始时ab面上没有光线射出，即棱镜的临界角小于或等于45°，因此在顺时针偏转过程中，当偏转到一定的程度时，光线对ab面的入射角会小于临界角，此时有光线穿出ab面。进一步考虑哪一种光线先射出ab面。在组成白光的七种色光中，玻璃对红光的折射率最小，红光经ac面后的方向改变最小，对ab面的入射角改变最大，即红光在几种色光中入射角最小。从折射率最小还可得出的另一结论，即光的全反射角最大。将这两点结合起来，可知在相同条件下，红光的全反射角最大而入射角最小，因此将最先射出。故A正确，B错误；
CD．入射光线逆时针偏转时，这时将发现偏转后光线对ab面的入射角增大了，根本不可能射出ab面，故CD错误。
故选A。
2．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．光从光密介质射向光疏介质时，若入射角大于或等于临界角，能产生全反射，故A不符合题意；
B．光从光疏介质射向光密介质时不可能产生全反射，故B符合题意；
C．折射率大的介质是光密介质，折射率小的介质是光疏介质，则光从折射率大的介质射向折射率小的介质可能产生全反射，故C不符合题意；
D．由n=c/n知，传播速度小的介质折射率大，则光从传播速度小的介质射向传播速度大的介质时可能产生全反射，故D不符合题意。
故选B．
3．A
【解析】光的全反射产生条件：光从光密介质进入光疏介质，且入射角大于或等于临界角，由水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为1.33、1.55、1.60和1.63，因此从玻璃射入水中，有可能发生全反射，故A正确，BCD错误，故选A。
点睛：此题考查能发生全反射的条件，注意根据折射率来确定光密介质还是光疏介质，是解题的关键．
4．A
【解析】A、由图可以看出b光偏折程度较大，则b光的折射率较大，根据知b光的传播速度较小，故A正确。B、b光的折射率较大，但黄光的折射率小于绿光的折射率，故B错误。C、光从玻璃射向空气时，由临界角公式，则b光的临界角较小，故C错误。D、a光的折射率小于b光的折射率，说明a光的频率小于b光的频率，由知，a光的波长大于b光的波长，故D错误。故选A。
【点睛】本题光的色散现象，对于色散研究得到的七种色光排列顺序、折射率大小等等要记牢，同时，要记住折射率与波长、频率、临界角的关系，这些都是考试的热点．
5．B
【解析】
A、B、当光束进入长方体后恰好射至AD面上D点时，角θ的值最小．设此时光线在AB面的折射角为α．
根据几何知识得：，由已知条件代入解得：，由得：，可得，故A错误，B正确．C、D、设光束射AD面上的入射角为β，若要此光束在AD面上发生全反射，则必须有β≥C，得到，由几何知识得：α+β=90°，可得：，又由得，则，所以若要此光束在AD面上发生全反射，角θ的范围应满足：，故C、D均错误．故选B．
【点睛】本题是全反射、折射定律、临界角等知识的综合应用，首先要正确作出光路图，运用几何知识研究折射角的正弦．
6．BCE
【解析】
A．同一介质对于不同频率的光折射率不同，白光经过介质后，都会产生光的色散现象，故A错误；
B．光的衍射现象就是光绕过障碍物进入到阴影中的现象，故B正确；
C．发生全反射的条件是光从光密介质进入光疏介质，且入射角大于临界角，故C正确；
D．消除玻璃表面反射光的干扰，需要在照相机镜头前加装偏振片，该装置利用的是偏振光的原理，故D错误；
E．利用光的干涉现象可以检查平面的平整度，故E正确．
故选：BCE
7．BDE
【解析】
单色光通过某一狭缝形成的衍射条纹为间距不等的亮条纹；故A错误．肥皂泡呈现彩色是光在前后膜的反射光叠加产生的干涉形成的，故B正确．光在光纤中的传输利用了全反射的原理，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大，故C错误．黄色光的波长大于蓝色光的波长，根据△x=λ知，黄光的波长大，则黄色光条纹间距大，故D正确．反射光属于偏振光，拍摄玻璃橱窗内的物品时，要在镜头前加装一个偏振片以过滤橱窗玻璃的反射光．故E正确．故选BDE．
点睛：解决本题的关键知道衍射、干涉、偏振光的原理等，解决本题的突破口在于通过光电效应比较出两光的频率大小，知道频率、折射率、波长等大小关系．
8．ACE
【解析】
A、玻璃砖绕O点逆时针缓慢地转过角度θ的过程中，入射角增大，由折射定律可知折射角也随之增大，而且法线也逆时针旋转，所以折射光斑在弧形屏上沿C→D方向移动，故A正确．B、随着入射角增大，反射光增强，而折射光减弱，故折射光斑的亮度逐渐变暗，故B错误．C、根据0°<θ<90°及折射定律可知，在玻璃砖转动过程中，折射角一定大于入射角，而反射角等于入射角，则折射角一定大于反射角，故C正确．D、根据反射定律和几何知识知，玻璃砖转过θ角，则反射光线转过2θ角，故D错误．E、当玻璃砖转至θ=45°时，恰好看不到折射光线，恰好发生了全反射，则临界角C=45°，由临界角公式，解得折射率，故E正确．故选ACE．
【点睛】本题考查对折射定律、反射定律的理解能力．要知道当光从光密介质进入光疏介质折射时，入射角小于折射角，随着入射角的增大，反射光增强，折射光减弱，折射光线与入射光线同向旋转．
9．ABD
【解析】
【分析】
【详解】
A．光导纤维是应用了光的全反射，选项A正确；
B．电子表的液晶显示是利用了光的偏振现象，选项B正确；
C．照相机镜头在阳光下呈现淡紫色是光的干涉现象，选项C错误；
D．遥控器是利用发出红外线，波长较长，来变换頻道的，故D正确；
E．电磁波具有反射、折射、干涉、衍射和偏振等现象，也会发生多普勒效应，选项E错误；故选ABD.
10．CDE
【解析】
【详解】
A、光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，故A不符合题意；
B、在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，因红光的波长大于绿光，根据可知，干涉条纹间距变宽，故B不符合题意；
C、两列水波发生干涉时，如果两列波的波峰在P点相遇，则P点的振动是加强的，振幅最大，但P的位移不是始终最大，故C符合题意；
D、在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象，故 D符合题意；
E、用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射造成的色散现象，故E符合题意；
11．①;②
【解析】
【详解】
①光源在P处时，设最远照射到B处：
，根据几何关系：，，解得
②光源接近水面时，设最远照射到M处
，根据几何关系：，解得：
12．(ⅰ)45°　(ⅱ)
【解析】
【详解】
(ⅰ)光路图如图所示：
根据折射定律有，由几何关系知折射角r＝30°
解得：i＝45°
(ⅱ)根据几何关系知，光线第一次射到BC上的入射角为60°，根据临界角的定义sin C＝，得光线的临界角为45°，可知入射角大于临界角，光在BC面发生全反射。
发生全发射的光线又射到AC面上，根据几何关系可知，反射光线垂直于AC射出，设出射点为E，根据题意和几何关系可得
OB＝AB＝BCtan 60°＝l
同理BD＝OBtan 60°＝l，CD＝l－BD＝l，CE＝CDsin 30°＝l，AE＝2l－l＝l
故出射点到A点间的距离d＝AE＝l
13．（ⅰ）45°；2.12×108m/s（ⅱ）（0，），（，）
【解析】
【分析】
【详解】
（i）当光射到圆弧面上的入射角等于临界角C时刚好发生全反射，则
??解得 C=45°；
根据
（ii）由图可知，在AB弧面上刚好发生全反射的光线，从y轴射入的坐标是：；该光线离开棱镜的位置坐标：.

14．（1）45°（2）
【解析】
【详解】
（1）光线在三棱柱和圆柱中的光路图如图所示．
由几何关系可知，β＝30°，故由折射定律可得该玻璃对该单色光的折射率为n＝
解得n＝
由几何关系可知，

故在△GEB中，由几何关系可得∠GEB＝30°
又因为n＝ ，故sin γ＝nsin∠GEB＝
即γ＝45°
（2）由几何关系可知
故光在玻璃中的传播路程为
光在该玻璃中的传播速度为v＝
故光在玻璃中传播的时间为t＝
解得