上海市海滨高中2019-2020学年物理沪科版选修3-4：4.6全反射与光导纤维 课时练（含解析）

4.6全反射与光导纤维
1．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
2．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
3．如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ON，ON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．只能从圆孤NF1射出
B．只能从圆孤NG1射出
C．可能从圆孤G1H1射出
D．可能从圆孤H1M射出
4．关于光的现象，说法正确的是______________.
A．若光从空气射入液体中，它的传播速度一定增大
B．发生全反射时，折射光线完全消失，反射光的能量几乎等于入射光的能量
C．光的偏振现象说明了光是一种横波
D．用同一单色光经双缝干涉后的明条纹距两缝的距离之差为该单色光波长的整数倍
E.用同一单色光经双缝干涉后的明条纹距两缝的距离之差一定为该单色光波长的奇数倍
5．如图甲，可以用来测定半圆柱形玻璃砖的折射率n，O是圆心，MN是法线．一束单色光线以入射角i=30°由玻璃砖内部射向O点，折射角为r，当入射角增大到也为r时，恰好无光线从玻璃砖的上表面射出．让该单色光分别通过宽度不同的单缝a、b后，得到图乙所示的衍射图样（光在真空中的传播速度为c）．则下列说法正确的是（ ）
A．此光在玻璃砖中的全反射临界角为
B．玻璃砖的折射率n=
C．此光在玻璃砖中的传播速度
D．单缝b宽度较大
E.光的偏振现象说明光是一种纵波
6．下列说法正确的是______________
A．未见其人先闻其，是因为声波波长较长，容易发生衍射现象
B．机械波的频率越高，传播速度越大
C．在双缝干涉实验中，同等条件下用紫光做实验比用红光做实验得到的条纹更窄
D．与平面镜的反射相比，全反射的反射率更高
E.在同一地点，当摆长不变时，摆球质量越大，单位做简谐振动的周期越小
7．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
8．abc为一个全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，如图所示，一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上发生全反射．若光线的入射点O的位置保持不变，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顺时针方向逐渐偏转，如果有光线射出ab面，则一定含有红光
B．使入射光线按图中所示顺时针方向逐渐偏转，如果有光线射出ab面，则一定含有紫光
C．使入射光线按图中所示逆时针方向逐渐偏转，折射到bc面上且有光线射出时一定含有红光
D．当紫光对该棱镜的折射率为时，使入射光线按图中所示逆时针方向逐渐偏转，折射到bc面上时不可能有光线射出
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，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
12．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
13．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？
14．半径为 R 的固定半圆形玻璃砖的横截面如图所示，O 点为圆心，OO′为直径 MN 的垂线．足够大的光屏 PQ 紧靠在玻璃砖的右侧且与 MN 垂直．一束复色光沿半径方向与 OO′成 θ＝30°角射向 O 点，已知复色光包含有折射率从 n1＝ 2到 n2＝ 3的光束，因而光屏 NQ 上出现了彩色光带．
(1)求彩色光带的宽度；
(2)当复色光入射角逐渐增大时，光屏 NQ上的彩色光带全部消失，求θ角至少为多少
参考答案
1．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．
2．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．
3．A
【解析】
由临界角公式，得，设圆弧的半径为R，则有，则当光线从F点入射到圆弧面点时，恰好发生全反射；当入射点在的右侧时，入射角大于临界角，将发生全反射，光线将不能从圆弧射出；当入射点在的左侧时，入射角小于临界角，不发生全反射，光线将从圆弧面射出，所以光线只能从圆弧射出，故A正确，BCD错误；故选A.
4．BCD
【解析】
【分析】
【详解】
A．根据，光从空气射入液体中，折射率增大，则传播速度减小，故A错误；
B．发生全反射时，折射光线完全消失，反射光的能量几乎等于入射光的能量，B正确；
C．光的偏振现象说明光是一种横波，C正确；
DE．若光程差为波长λ的整数倍则出现亮纹，若光程差为半个波长λ的奇数倍则出现暗纹，故D正确E错误．
故选BCD。
5．BCD
【解析】
【分析】
【详解】
AB.根据折射定律有，由题知，玻璃砖的全反射临界角等于γ，则有，结合i=30°，解得，，故A错误，B正确；
C.光在玻璃砖中的传播速度为，故C正确；
D.由乙图知，单色光通过单缝b后衍射现象比较显著，所以单缝b宽度较大，故D正确；
E.偏振是横波的特有现象，光的偏振现象说明光是一种横波，故E错误．
故选BCD.
6．ACD
【解析】
【分析】
【详解】
A．未见其人先闻其，是因为声波波长比光波长的多，更容易发生衍射现象，选项A正确；
B．机械波的传播速度与频率无关，只与介质有关，选项B错误；
C．在双缝干涉实验中，因紫光的波长小于红光，根据可知，在同等条件下用紫光做实验比用红光做实验得到的条纹更窄，选项C正确；
D．与平面镜的反射相比，全反射的反射率更高，选项D正确；
E．单摆的周期与摆球质量无关，选项E错误；
故选ACD.
7．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、、．
8．AD
【解析】
若入射光顺时针旋转，ac面上折射光线也顺时针旋转，则在ab面上的入射角减小，则会有光从ab面射出，由于红光的折射率最小，紫光折的折射率最大，由知，红光的临界角最大，紫光的临界角最小，所以红光最先不发生全反射，所以当有光线从ab面射出，即一定含有红光，但不一定有紫光，A正确B错误．
垂直射入ac面的白光在ab面已发生全反射，入射角必定大于临界角，若入射光逆时针旋转，入射角继续增大，则光在ab面上仍会发生全反射，都不会射出，C错误D正确．
【点睛】要掌握波长越长的光折射率越小，临界角越大．逆时针旋转入射光时，在ab面上入射角仍然大于临界角，发生全反射，顺时针旋转入射光时，部分光线折射出来，折射率最小的光线首先射出．
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】
【分析】
【详解】
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．（1） （2）
【解析】
【详解】
（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
12．30°，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．
13．（1）（2）
【解析】
【详解】
（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
14． ；θ＝C＝45°
【解析】
【详解】
解：(1)由折射定律得：，
代入数据解得：，
故彩色光带的宽度为：
(2)当所有光线均发生全反射时，光屏上的光带消失，反射光束将在PN上形成一个光点，即此时折射率为的单色光在玻璃表面上恰好发生全反射，故：
即入射角