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全反射
基礎(chǔ)過關(guān)
1.光在兩種介質(zhì)的界面上發(fā)生全反射,由此可以判定( )
A.光由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì) B.光由光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)
C.入射角小于臨界角 D.入射角等于或大于臨界角
答案:AD
2.相同顏色的兩束光A和B分別入射到兩種介質(zhì)的分界面MN上,如圖13-7-2所示。若光A在介質(zhì)Ⅰ中的傳播速度為vA=c,光B在介質(zhì)Ⅱ中的傳播速度為vB=,下列說法正確的是( )
圖13-7-2
A.光束A一定發(fā)生全反射
B.光束B一定發(fā)生全反射
C.光束A、B都不能發(fā)生全反射
D.如將光束A的入射角再減小10,A依然能發(fā)生全反射
解析:由題意可知:Ⅰ為真空,Ⅱ的折射率為2,臨介角為30,所以A一定不會發(fā)生全反射,B恰好發(fā)生全反射。
答案:B
3.水中有一點光源,在水面上可以看到一個圓形亮斑。若亮斑面積在減小,則水中的光源( )
A.正在向上運動 B.正在向下運動
C.正在水平向右運動 D.正在水平向左運動
答案:A
4.兩種透明介質(zhì)對真空的臨界角分別為C1、C2,且C1>C2,由此可知這兩種介質(zhì)的折射率n1、n2及光在這兩種介質(zhì)中的傳播速度v1、v2的大小關(guān)系是( )
A.n1>n2 v1>v2 B.n1>n2 v1
v2
解析:由得n1v2
答案:D
5.一束光線由空氣射向折射率為2的某種介質(zhì),下列說法正確的是( )
A.當(dāng)入射角大于45,一定發(fā)生全反射
B.無論入射角是多大,都不能發(fā)生全反射
C.無論入射角是多大,折射角都不會超過45
D.欲使折射角等于30,入射角應(yīng)為45
解析:因為光線是由光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì),所以不會發(fā)生全反射。
由得n=且i=45時,r=30,入射角的最大值為90,此時對應(yīng)的折射角為45。
答案:BCD
6.以下哪些現(xiàn)象是由于光的全反射形成的( )
A.將空玻璃試管插入水中,看上去比充滿水的試管要亮得多
B.夜晚,湖面上映出了岸上的彩燈
C.夏天,海面上出現(xiàn)的海市蜃樓
D.在炎熱的夏天,向遠(yuǎn)處的柏油馬路看去,路面特別明亮光滑,像用水淋過一樣
答案:ACD
7.如圖13-7-3所示,光源發(fā)出的光經(jīng)狹縫進(jìn)入折射率為的半圓形玻璃磚M,當(dāng)M繞O點(圓心)緩慢地沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)時,光線OA跟法線之間的夾角γ逐漸_________,光線OA的強度逐漸________,角i與角γ的數(shù)量關(guān)系滿足的等式是________;光線OB與法線的夾角i′逐漸________,光線OB的強度逐漸________,角i與角i′的數(shù)量關(guān)系滿足的等式是________;當(dāng)角i=________時,光線OA恰好完全消失。此時發(fā)生了光的________現(xiàn)象。
圖13-7-3
答案:增大,減弱,sini=sinr,
增大,增強,i=i′
arcsin,全反射
8.一束平行光線在三種介質(zhì)形成的兩個界面上的反射、折射情況如圖13-7-4所示,圖中界面互相平行,如果光在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三種介質(zhì)中的傳播速度分別為v1、v2、v3,則v1、v2、v3的大小關(guān)系是________。
圖13-7-4
答案:v1>v3>v2
9.圖13-7-5是半徑為R的半圓柱形玻璃磚的示意圖。已知光線從a處射入玻璃磚后,在圓心O點恰好發(fā)生全反射(a點在圓弧上,且為弧Mb的中點),則玻璃磚的折射率為多大?與aO平行的光線從頂點b處射入玻璃磚后,其折射光線與MN的交點距O點多遠(yuǎn)?
圖13-7-5
解析:由光路圖可知:
臨界角∠c=∠1=45
所以折射率。
∠2=∠1=45由=n得
sin∠3=
∴∠3=30
∴OA=Rtg30=.
答案:.
綜合運用
10.水中的空氣泡看上去比較亮,對這一現(xiàn)象有以下不同的解釋,其中正確的是( )
A.空氣泡對光線有會聚作用,因而較亮
B.空氣泡對光線有發(fā)散作用,因而較亮
C.從空氣泡到達(dá)水中的界面處的光一部分發(fā)生全反射,因而較亮
D.從水中到達(dá)空氣界面處的光一部分發(fā)生全反射,因而較亮
解析:根據(jù)全反射的條件知,當(dāng)光從水中到達(dá)空氣泡的界面處,若光的入射角大于臨界角就會發(fā)生全反射,因而水中的空氣泡看上去比較亮,故本題正確答案為選項D。
答案:D
11.光從水晶射向空氣時發(fā)生全反射的臨界角是多大?
解析:光從空氣射入水晶時入射角和折射角的關(guān)鍵是
根據(jù)光路可逆的道理,如果光從水晶射入空氣,上式中的r和i就分別代表入射角和折射角。全反射的臨界角指的是折射角的90時的入射角,所以上式中令i=90,這時的r就是臨界角C:
從表中查得n=1.55,所以sinC=0.645,于是得出光從水晶射向空氣時發(fā)生全反射的臨界角:C=41
答案:41
12.如圖13-7-6所示,一束光線射到透明介質(zhì)的A點,入射角為i,則( )
圖13-7-6
A.當(dāng)i足夠大時,在A點將發(fā)生全反射
B.當(dāng)i足夠大時,光從球內(nèi)向外射出時將發(fā)生全反射
C.無論i多大,在A點都不會發(fā)生全反射
D.無論i多大,從球內(nèi)向外射出時,都不會發(fā)生全反射
解析:光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)才可能發(fā)生全反射,因為光線在A點由空氣進(jìn)入介質(zhì)球時,肯定不能發(fā)生全反射。光線從介質(zhì)球向外射出的入射角i′是隨著i的增大而增大的,且i′的增大只是逐步接近臨界角,不可能大于臨界角。原因如下:在答圖13-8中,對于球上任意一點,球面法線一定過圓心O,設(shè)γ為光線從A點射入時的折射角,i′為從B點射出時的入射角,它們?yōu)榈妊切蔚膬傻捉?,因此有i′=γ,根據(jù)折射定律得:sinγ=,即隨著i的增大,r增大,但顯然γ不能大于臨界角C,故i′也不可能大于臨界角。即光線從B點射出時,也不可能發(fā)生全反射,在B點的反射光線射向D點時,也不會發(fā)生全反射??梢姡鸢笧镃D。
答圖13-8
答案:CD
拓展探究
13.已知水的折射率為,在水面下放一個強點光源S,則可在水面上看到一個圓形透光面。如果這個透光面的直徑D為4 m,求光源離水面的距離H。
圖13-7-7
解析:在水面上看到的圓形透光面,是水面下點光源發(fā)出的光穿過水面進(jìn)入空氣而形成的。如果水中點光源發(fā)出的光射向水面時,入射角大于等于臨界角,這些光線將發(fā)生全反射,則光不能穿過水面。如答圖13-9所示,點光源S發(fā)出的光線SA、SB到達(dá)水面時,恰好發(fā)生全反射,C是臨界角,在AB區(qū)域內(nèi)有光射入空氣。由幾何關(guān)系可知:tanC=
而所以
答圖13-9
答案:1.76 m
14.如圖13-7-8所示,一玻璃正方體放在空氣中,其折射率為1.50。一條光線從立方體的頂部斜射進(jìn)來,然后投射到它的一個側(cè)面。問:
圖13-7-8
(1)這條光線能否從側(cè)面射出?
(2)如果光線能從上述側(cè)面射出,那么玻璃材料的折射率應(yīng)滿足什么條件?
解析:畫出光路答圖13-10
答圖13-10
(1)玻璃對空氣的臨界角為C=arcsin=arcsin=41.8
在玻璃體的上表面,光由空氣射向玻璃,所以,折射角γ總是小于臨界角(41.8),在正方體側(cè)面的入射光的入射角β總是大于48.2,即大于臨界角,因此在側(cè)面發(fā)生全反射,光線不能射出。
(2)因為γ總是小于臨界角C,光要從側(cè)面射出玻璃,則要求β也小于臨界角C,即:γ45,所以玻璃的折射率n滿足
=sinC>sin45= n<
答案:(1)不能 (2)n<
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