2019高中物理 課下能力提升十五 第十三章 第2節(jié) 全反射（含解析）新人教版選修3-4

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1、全反射 [基礎(chǔ)練] 一、選擇題 1．光線在玻璃和空氣的分界面上發(fā)生全反射的條件是(　　) A．光從玻璃射到分界面上，入射角足夠小 B．光從玻璃射到分界面上，入射角足夠大 C．光從空氣射到分界面上，入射角足夠小 D．光從空氣射到分界面上，入射角足夠大 2．空氣中兩條光線a和b從方框左側(cè)入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖所示。方框內(nèi)有兩個折射率 n＝1.5 的玻璃全反射棱鏡。選項中給出了兩棱鏡四種放置方式的示意圖，能產(chǎn)生圖中光路效果的是(　　) 3．華裔科學(xué)家高錕獲得2009年諾貝爾物理獎，他被譽(yù)為“光纖通訊之父”。光纖通訊中信號傳播的主要載體是光導(dǎo)纖維

2、，它的結(jié)構(gòu)如圖所示，其內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播。下列關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法中正確的是(　　) A．內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射 B．內(nèi)芯的折射率比外套的小，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射 C．波長越短的光在光纖中傳播的速度越大 D．頻率越大的光在光纖中傳播的速度越大 4．介質(zhì)Ⅰ中光速為v1＝c，介質(zhì)Ⅱ中的光速為v2＝，如果光線a、b如圖中所示射到Ⅰ、Ⅱ兩介質(zhì)的分界面上，那么正確的是(　　) A．a(chǎn)、b均不能發(fā)生全反射 B．a(chǎn)、b均能發(fā)生全反射 C．a(chǎn)能發(fā)生全反射 D．b能發(fā)生全反射 二、非選擇題 5．如圖所示為一半圓

3、形玻璃磚，一足夠大的光屏MN與直徑PQ平行，圓心O到MN的距離為d，一束由兩種單色光組成的復(fù)色光沿與豎直方向成θ＝30° 角射入玻璃磚的圓心，在光屏上出現(xiàn)了兩個光斑，玻璃對兩種單色光的折射率分別為n1＝和n2＝。求： (1)離A點(diǎn)最遠(yuǎn)的光斑與A點(diǎn)之間的距離x； (2)為使光屏上的光斑消失，復(fù)色光的入射角最小值。 [提能練] 一、選擇題 1．[多選]如圖所示，一束平行光從真空射向一塊半圓形的折射率為n＝1.5的玻璃磚，其半徑為R。下列說法中正確的是(　　) A．只有圓心兩側(cè) 范圍內(nèi)的光線不能通過玻璃磚 B．只有圓心兩側(cè) 范圍內(nèi)的光線能通過玻璃磚 C．通過圓心的光線

4、將沿直線穿過，不發(fā)生偏折 D．圓心兩側(cè) 范圍外的光線將在圓面上產(chǎn)生全反射 2．(2016·濟(jì)南高二檢測)如圖所示，口徑較大、充滿水的薄壁圓柱形淺玻璃缸底有一發(fā)光小球，則(　　) A．小球必須位于缸底中心才能從側(cè)面看到小球 B．小球所發(fā)的光能從水面任何區(qū)域射出 C．小球所發(fā)的光從水中進(jìn)入空氣后頻率變大 D．小球所發(fā)的光從水中進(jìn)入空氣后傳播速度變大 3．一束紅色的細(xì)光束由真空沿著徑向射入一塊半圓柱形透明體，如圖(a)所示，對其射出后的折射光線的強(qiáng)度進(jìn)行記錄，發(fā)現(xiàn)折射光線的強(qiáng)度隨著θ的變化而變化，如圖(b)的圖線所示。下列說法正確的是(　　) A．透明體對紅光的折射率為

5、B．紅光在透明體中的速度大小與在真空中的相同 C．紅光的折射光線的頻率會隨著折射光線強(qiáng)度的增大而增大 D．紅光在透明體內(nèi)發(fā)生全反射的臨界角為30° 二、非選擇題 4．如圖所示，是一種折射率n＝1.5的棱鏡，用于某種光學(xué)儀器中，現(xiàn)有一束光線沿MN方向射到棱鏡的AB面上，入射角的大小i＝arcsin 0.75，求： (1)光在棱鏡中傳播的速率； (2)畫出此束光線射出棱鏡后的方向，要求寫出簡要的分析過程。(不考慮返回到AB和BC面上的光線) 5．半徑為R的半圓柱形玻璃，橫截面如圖所示，O為圓心，已知玻璃的折射率為 ，一束與MN平面成45°角的平行光射到玻璃的半圓柱面上，經(jīng)玻璃

6、折射后，有部分光能從MN平面上射出，求在MN平面上射出的光束的寬度為多少？ 答 案 [基礎(chǔ)練] 1．解析：選B　發(fā)生全反射的條件：光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，入射角大于或等于臨界角，B正確。 2．解析：選B　四個選項產(chǎn)生光路效果如圖所示。 可知，B正確。 3．解析：選A　光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)才能發(fā)生全反射，所以內(nèi)芯的折射率比外套的大，A正確，B錯誤；頻率越大(波長越短)，折射率越大，根據(jù)v＝，折射率大的光在光纖中傳播的速度小，C、D錯誤。 4．解析：選D　光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，當(dāng)入射角大于或等于臨界角時會發(fā)生全反射。根據(jù)題意可知，介質(zhì)Ⅱ?yàn)楣饷芙橘|(zhì)，介質(zhì)Ⅰ為光疏介

7、質(zhì)，所以由Ⅱ射向Ⅰ才有可能發(fā)生全反射現(xiàn)象，B、C錯誤；又因?yàn)榻橘|(zhì)Ⅱ中的光速為v2＝，所以光在介質(zhì)Ⅱ中的臨界角滿足n＝＝＝2，故臨界角為30°，所以光束b能發(fā)生全反射，A錯誤，D正確。 5．解析：(1)作出光路圖如圖所示，折射率為n2＝的光折射后在光屏上形成的光斑離A點(diǎn)最遠(yuǎn)，根據(jù)折射定律得n2＝，x＝dtan α＝d； (2)當(dāng)復(fù)色光的入射角大于或等于兩種單色光的臨界角時，光屏上的光斑消失。單色光的折射率越小，臨界角越大，由全反射條件sin C＝，可得C＝45°，即復(fù)色光的入射角最小為45°。 答案：(1)d　(2)45° [提能練] 1．解析：選BCD　設(shè)光線1進(jìn)入玻璃磚后恰能在

8、界面上發(fā)生全反射，如圖所示，則θ1應(yīng)等于臨界角C，即sin θ1＝sin C＝＝；比光線1更靠近圓心的光線入射到圓面的入射角小于θ1，故能折射出玻璃磚；比光線1更遠(yuǎn)離圓心的光線入射到圓面的入射角大于θ1，大于臨界角，故將發(fā)生全反射而不能折射出玻璃磚；故光線能通過玻璃磚的范圍是半徑為r的圓面，而r＝Rsin θ1＝，B、C、D正確。 2．解析：選D　只要不發(fā)生全反射，小球放在缸底什么位置都可以從側(cè)面看到，選項A錯誤；只有小于臨界角的光才能從水面射出，選項B錯誤；光的頻率是由光源決定的，光從水中射入空氣后頻率不變，選項C錯誤；由公式n＝知，光在空氣中的傳播速度較大，選項D正確。 3．解析：

9、選A　由圖(b)得θ＝30°時發(fā)生全反射，故全反射的臨界角C＝60°，故n＝＝＝，故A正確，D錯誤；根據(jù)v＝，紅光在透明體中的光速小于真空中的光速，故B錯誤；光線的頻率與介質(zhì)的折射率無關(guān)，故紅光的折射光線的頻率不變，故C錯誤。 4．解析：(1)光在棱鏡中傳播的速率v＝＝m/s＝2×108 m/s (2)由折射率n＝得AB面上的折射角r＝30° 由幾何關(guān)系得，BC面上的入射角 θ＝45° 全反射臨界角C＝arcsin<45°，光在BC面上發(fā)生全反射，然后垂直AC面射出棱鏡，光路如圖所示。 答案：(1)2×108 m/s　(2)見解析 5.解析：如圖所示，過O點(diǎn)作與MN成45°角的

10、半徑，沿該半徑方向入射的光線AO，剛好與圓柱面垂直，不發(fā)生折射，沿直線射到O點(diǎn)，它與過O點(diǎn)的法線夾角剛好等于臨界角45°，故AO是剛好能發(fā)生全反射的臨界光線，在O點(diǎn)的左側(cè)，如光線BC，它在圓柱面上要發(fā)生折射，入射到MN上時的入射角要大于45°，肯定能發(fā)生全反射，故在MO之間不會有光線射出。在AO右側(cè)的光線，經(jīng)圓柱面折射，入射到ON之間時入射角小于45°，因此能從ON面射出，其右邊界應(yīng)是和圓柱面相切的光線，該光線與圓柱面的切點(diǎn)剛好在O′處，設(shè)入射角為θ1，折射角為θ2，由n＝得sin θ2＝，當(dāng)θ1等于90°時，θ2＝45°，即圖中θ2＝45°，O′E⊥ON，所以射出的光線在MN上的寬度OE＝Rsin 45°＝R。 答案：R 6