光的折射、全反射練習(xí)題

1、.物理選修 3-4第十三章第 1 單元光的折射、全反射12009 年 10 月 6 日，瑞典皇家科學(xué)院在斯德哥爾摩宣布，將2009 年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予英國華裔科學(xué)家高錕以及美國科學(xué)家威拉德·博伊爾和喬治·史密斯 高錕在“有關(guān)光在纖維中的傳輸以用于光學(xué)通信方面”取得了突破性的成就若光導(dǎo)纖維是由內(nèi)芯和包層組成，下列說法正確的是()A 內(nèi)芯和包層折射率相同，折射率都大B內(nèi)芯和包層折射率相同，折射率都小C內(nèi)芯和包層折射率不同，包層折射率較大D內(nèi)芯和包層折射率不同，包層折射率較小解析： 為了使光線不射出來，必須利用全反射，而發(fā)生全反射的條件是光從折射率較大的光密介質(zhì)進(jìn)入折射率較小的

2、光疏介質(zhì)且入射角大于等于臨界角，因此，內(nèi)芯的折射率應(yīng)大于包層的折射率，故選項(xiàng)D 正確答案： D2 (2009 廣·東高考 )在陽光照射下，充滿霧氣的瀑布上方常常會(huì)出現(xiàn)美麗的彩虹彩虹是太陽光射入球形水珠經(jīng)折射、內(nèi)反射、再折射后形成的光的折射發(fā)生在兩種不同介質(zhì)的 _上，不同的單色光在同種均勻介質(zhì)中_不同答案： 界面折射率3(2009 山·東高考 )一束單色光由左側(cè)射入盛有清水的薄壁圓柱形玻璃杯，圖13 1 10 所示為過軸線的截面圖，調(diào)整入射角 ，使光線恰好在水和空氣的界面上發(fā)生全反射已知水的折射率為43，求 sin的值解析： 當(dāng)光線在水面發(fā)生全反射時(shí)，有sinC1n當(dāng)光線從左

3、側(cè)射入時(shí)，由折射定律有sin nsin 2 C聯(lián)立 式，代入數(shù)據(jù)可得sin 73 .'.答案：734.折射率為 n 、長度為 L 的玻璃纖維置于空氣中，若從A端射入的光線能在玻璃纖維中發(fā)生全反射，最后從B端射出，如圖 131 11 所示，求：(1)光在 A 面上入射角的最大值(2)若光在纖維中恰能發(fā)生全反射，由A 端射入到從 B 端射出經(jīng)歷的時(shí)間是多少？解析：(1)光路圖如右圖所示，要在纖維中發(fā)生全反射，其臨界角 C 有 sinC 1n折射角 2 90° C所以 cos2 1， sin2n 2 1 nn由折射定律：sin1nsin2n 2 11 arcsinn2 1.c(2)

4、光在纖維中傳播的速度v n(c 為光在真空中傳播的速度)光在沿纖維軸線方向上的速度分量v cv 1 v cos2 n n 2所用時(shí)間： t L n 2Lv 1c .n2L答案： (1)arcsinn 2 1(2) c5 (2009 海·南高考 )如圖 13 1 12 所示，一透明半圓柱體折射率為n 2，半徑為 R，長為 L .一平行光束從半圓柱體的矩形表面垂直射入，從部分柱面有光線射出求該部分柱面的面積S.圖 13 1 12解析： 半圓柱體的橫截面如圖所示，OO 為半徑設(shè)從 A點(diǎn)入射的光線在B 點(diǎn)處恰好滿足全反射條件，由折射定律有1sin n'.式中， 為全反射臨界角由幾何關(guān)

5、系得 O OB S 2RL · O OB代入題所給條件得S 3RL .答案： 3RL6如圖 13 1 13 所示，巡查員站立于一空的貯液池邊， 檢查池角出液口的安全情況 已知池寬為 L ，照明燈到池底的距離為 H ，若保持照明光束方向不變， 向貯液池中注入某種液體，當(dāng)液面高為H時(shí)，池底的光斑距離出液口L24.圖 13 1 132(1)試求：當(dāng)液面高為3H 時(shí)，池底的光斑到出液口的距離x.(2)控制出液口緩慢地排出液體，使液面以的速率 v x.解析： (1) 作出光路圖如圖所示由幾何關(guān)系知：x l L hH由折射定律：L2 n ·l2 H22Ll h代入 h H 、 l L

6、得：2 4L24H2nL2H2L聯(lián)立 式得 x 2H ·h.當(dāng) h 2H 時(shí)，解得xL.33v h 的速率勻速下降，試求池底的光斑移動(dòng)'.LL(2)由 x 2H ·h 知，x 2H ·h ，則xL·h，即 v xL·vh.t2Ht2H答案： (1) L(2) L32H ·vh7 (2010 蘇·南模擬 )一臺(tái)激光器，它的功率為 P，如果它發(fā)射出的單色光在空氣中的波長為 .(1)它在時(shí)間t 內(nèi)輻射的光能為_，如果已知這束單色光在某介質(zhì)中的傳播速度為 v ，那么這束單色光從該介質(zhì)射向真空發(fā)生全反射的臨界角為_ (2)由于

7、激光是亮度高、平行度好、單色性好的相干光，所以光導(dǎo)纖維中用激光作為信息高速傳輸?shù)妮d體要使射到粗細(xì)均勻的圓形光導(dǎo)纖維一個(gè)端面上的激光束都能從另一個(gè)端面射出，而不會(huì)從側(cè)壁“泄漏”出來，光導(dǎo)纖維所用材料的折射率至少應(yīng)為多大？解析： (1) 激光器 t 時(shí)間內(nèi)發(fā)出的光能W Pt由 n vc， sinCn1，則 C arcsin vc.(2)設(shè)激光束在光導(dǎo)纖維端面的入射角為 i ，折射角為 r，折射光線射向側(cè)面時(shí)的入射角為 i ，折射角為 r ，如圖所示由折射定律：nsinsin ri，由幾何關(guān)系：r i 90°， sinr cosi .由全反射臨界角的公式：1sini n，1cosi 1 n

8、2 ，要保證從端面射入的任何光線都能發(fā)生全反射，應(yīng)有i r 90°， sin i 1.故sinisin i1，n sinrcosi11n 2解得 n2，故光導(dǎo)纖維的折射率至少應(yīng)為2.v答案： (1) Pt arcsin c(2) 28.如圖 13 1 14 所示為用某種透明材料制成的一塊柱體1形棱鏡的水平截面圖，F(xiàn)D 為 圓周，圓心為O，光線從AB 面入射，入射角1 60°，它射入棱鏡后射在BF 面'.上的 O 點(diǎn)并恰好不從BF 面射出(1)畫出光路圖；(2)求該棱鏡的折射率n 和光線在棱鏡中傳播的速度大小v (光在真空中的傳播速度c 3.0× 108 m

9、/s) 解析： (1) 光路圖如圖所示(2)設(shè)光線在AB 面的折射角為2，折射光線與OD 的夾角為C，sin1則 n.sin 2由題意，光線在BF 面恰好發(fā)生全反射，sinC 1，由圖可知，n2 C90°7聯(lián)立以上各式解出n 1.3(或 2 )又 n vc，故解出 v 2.3×108 m/s( 或 6 7 7× 108 m/s) 答案： (1) 見解析圖(2)1.3( 或767× 108 m/s)2) 2.3× 108 m/s( 或79 (2010 南·通 模擬 )如圖 131 15 所示，玻璃棱鏡ABCD 可以看成是由 ADE 、

10、ABE 、BCD 三個(gè)直角三棱鏡組成一束頻率為 5.3× 1014Hz 的單色細(xì)光束從 AD 面入射，在棱鏡中的折射光線如圖中ab 所示， ab 與 AD 面的夾角 60°.已知光在真空中的速度c 3× 108 m/s，玻璃的折射率n 1.5，求：(1)這束入射光線的入射角多大？(2)光在棱鏡中的波長是多大？(3)該束光線第一次從CD 面出射時(shí)的折射角(結(jié)果可用三角函數(shù)表示 )解析： (1) 設(shè)光在 AD 面的入射角、折射角分別為1、 ，2 230°根據(jù) n sin 1得 sin21 nsin 2 1.5× sin30 °0.75，sin 1 arcsin0.75.c(2)根據(jù) n v得v c 3× 108 m/s 2×108 m/s ，n1.5根據(jù) v f得'. v 2× 108m3.77× 10 7 m.f5.3× 1014(3)光路如圖所示，光線ab 在 AB 面的入射角為 45°，設(shè)玻璃的臨界角為C，則11sinC 0.