高中新教材人教版物理练习选择性必修第一册第4章

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1、2.全反射基础巩固1.在医学上,光导纤维可以制成内窥镜,用来检查人体胃、肠、气管等器官的内部。内窥镜有两组光导纤维,一组用来把光输送到人体内部,另一组用来进行观察。光在光导纤维中的传输利用了()A.光的折射B.光的衍射C.光的干涉D.光的全反射答案:D解析:光导纤维简称光纤,是利用全反射的原理来传播光信号的,通常光纤是由内芯和外套两层组成,内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射。2.(多选)关于全反射,下列说法正确的是()A.发生全反射时,仍有折射光线,只是折射光线非常弱,因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线B.光从光密介质射向光疏介质时,一定会发生全反射现象C.光

2、从光疏介质射向光密介质时,不可能发生全反射现象D.水或玻璃中的气泡看起来特别亮,是因为光从水或玻璃射向气泡时,在界面发生全反射答案:CD解析:发生全反射时,反射光线的能量等于入射光线的能量,没有折射光线,A错;由发生全反射的条件知B错,C对;D项中射向气泡的光线经全反射反射回来进入人眼,相对于其他物体而言有更多的光反射到人眼中,故看起来特别亮,故D对。3.如图所示,一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖,O点为该玻璃砖截面的圆心,图中能正确描述其光路的是()答案:A解析:光只有从光密介质射向光疏介质且入射角大于等于临界角时才会发生全反射现象,而玻璃相对于空气是光密介质,故B项错;由折射定律可知,光由空

3、气射入玻璃,入射角大于折射角,D项错;由光路可逆原理可知,光由玻璃射入空气,入射角小于折射角,C项错,故A项对。4.右图是两个城市间光缆中的一条光导纤维的一段,光缆总长为l,它的玻璃芯的折射率为n1,外层材料的折射率为n2。若光在空气中的传播速度近似为c,则对于光由它的一端射入经多次全反射后从另一端射出的过程,下列判断正确的是()A.n1n2,光通过光缆的时间等于n1lcB.n1n2,光通过光缆的时间等于n1lcD.n1n2,光通过光缆的时间大于n1lc答案:D解析:光从光密介质射入光疏介质,才可能发生全反射,故n1n2;光在内芯传播的路程s=lsin,光在内芯的传播速度v=cn1,所以光通过

4、光缆的时间t=sv=n1lcsin,故D正确。5.如图所示,某L形透明材料的折射率n=2。现沿AB方向切去一角,AB与水平方向的夹角为。为使水平方向的光线射到AB面时不会射入空气,求的最大值。答案:60解析:要使光线不会射入空气,即发生全反射,设临界角为C,即有sinC=1n,由几何关系得C+=90,联立解得=60。6.一足够深的水池内盛有某种透明液体,液体的深度为h,在水池的底部中央放一点光源,其中一条光线以30入射角射到液体与空气的界面上,它的反射光线与折射光线的夹角为105,如图所示。求:(1)这种液体的折射率;(2)液体表面亮斑的面积。答案:(1)2(2)h2解析:(1)由于反射光线与

5、折射光线的夹角为105,入射角i=30,因此折射角r=45,n=sinrsini=2。(2)设亮斑的半径为R,sinC=1n=22,C=45。所以亮斑的半径R=h,亮斑面积S=R2=h2。能力提升1.如图所示,口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球,则()A.小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球B.小球所发的光能从水面任何区域射出C.小球所发的光从水中进入空气后频率变大D.小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大答案:D解析:只要不发生全反射,小球放在缸底什么位置都可以从侧面看到,选项A错误;只有小于临界角的光才能从水面射出,选项B错误;光的频率是由光源决定的,光从水中射入空气后

6、频率不变,选项C错误;由公式n=cv知,光在空气中的传播速度较大,选项D正确。2.如图所示,两束频率不同的光束A和B分别沿半径方向射入半圆形玻璃砖,出射光线都是OP方向。下列说法正确的是()A.A对玻璃砖的折射率较大B.A穿过玻璃砖所需的时间较长C.光由玻璃射向空气发生全反射时,A的临界角小D.光由玻璃射向空气发生全反射时,B的临界角小答案:D解析:根据光线可逆,两束光在空气中的入射角相等,A光的折射角大、折射率小;v=cn,折射率小的,在介质中的传播速度大,所用时间短,故A、B错;sinC=1n,折射率小的,临界角大,所以B的临界角小,故D正确。3.打磨某剖面如图所示的宝石时,必须将OP、O

7、Q边与轴线的夹角切割在12,光线一定在OP边发生全反射B.若2,光线会从OQ边射出C.若1,光线会从OP边射出D.若2,光线不能在OP边上发生全反射;若1,光线不能在OQ边上发生全反射,综上所述,选项D正确。4.光导纤维技术在现代生产、生活与科技方面得以广泛应用。下图是一个质量分布均匀的有机玻璃圆柱的横截面,B、C为圆上两点,一束单色光沿AB方向射入,然后从C点射出,已知ABO=127,BOC=120,真空中光速c=3108 m/s,sin 53=0.8,cos 53=0.6。则()A.光在该有机玻璃中传播速度为1.875108 m/sB.光在该有机玻璃中的折射率为1.8C.光在该有机玻璃中发

8、生全反射的临界角为53D.若将该材料做成长300 km的光导纤维,此单色光在光导纤维中传播的最短时间为110-3 s答案:A解析:根据折射定律得n=sin(180-127)sin30=0.80.5=1.6,则光在该有机玻璃中传播的速度为v=cn=31081.6m/s=1.875108m/s,故A正确,B错误;根据sinC=1n得,sinC=11.6=0.625sin53,所以发生全反射的临界角不是53,故C错误;当光线与光导纤维平行时,传播的时间最短,则传播的最短时间t=lv=nlc=1.631053108s=1.610-3s,故D错误。5.下图为单反照相机取景器的示意图,ABCDE为五棱镜的

9、一个截面,ABBC。光线垂直于AB射入,分别在CD和EA上发生反射,且两次反射的入射角相等,最后光线垂直于BC射出。若两次反射都为全反射,则该五棱镜折射率的最小值是多少?(计算结果可用三角函数表示)答案:1sin22.5解析:光线在棱镜中的光路图如图所示,根据反射定律和题设条件,得4=90,所以入射角=22.5根据全反射规律,sinC=1n故sin22.51n所以n1sin22.5,即折射率的最小值为1sin22.5。6.如图所示,一半径为R的玻璃半球,O点是半球的球心,虚线OO表示光轴(过球心O与半球底面垂直的直线)。已知玻璃的折射率为1.5。现有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光线能

10、从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)。求:(1)从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值;(2)距光轴R3的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离。答案:(1)23R(2)2.74R解析:(1)如图甲所示,从底面上A处射入的光线,在球面上发生折射时的入射角为i,当i等于全反射临界角C时,对应入射光线到光轴的距离最大,设最大距离OA为l。甲i=C设n是玻璃的折射率,由全反射临界角的定义有nsinC=1由几何关系有sini=lR联立式并利用题给条件,得l=23R。(2)如图乙所示,设与光轴相距R3的入射光线在球面B点发生折射时的入射角和折射角分别为i1和r1,乙由折射定律有nsini1=sinr1设折射光线与光轴的交点为D,在OBD中,由正弦定理有sinBDOR=sin(180-r1)lOD由几何关系有BDO=r1-i1sini1=13联立式及题给条件得lOD=3(22+3)5R=2.74R。