新教材同步系列2024春高中物理課時分層作業(yè)13光的全反射與光纖技術(shù)粵教版選擇性必修第一冊

課時分層作業(yè)(十三)光的全反射與光纖技術(shù)考點一對全反射的理解1．(多選)下述現(xiàn)象哪些是由于全反射造成的()A．露水珠或噴泉的水珠，在陽光照耀下格外明亮B．直棒斜插入水中時呈現(xiàn)彎折現(xiàn)象C．口渴的沙漠旅行者，往往會看到前方有一潭晶瑩的池水，當他們喜出望外地奔向那潭池水時，池水卻總是可望而不可即D．在盛水的玻璃杯中放一空試管，用燈光照亮玻璃杯側(cè)面，在水面上觀察水中的試管，看到試管壁特別明亮2．(多選)關(guān)于全反射，下列說法中正確的是()A．發(fā)生全反射時，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認為不存在折射光線而只有反射光線B．光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，一定會發(fā)生全反射現(xiàn)象C．光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時，不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D．水或玻璃中的氣泡看起來特別亮，就是因為光從水或玻璃射向氣泡時，在界面發(fā)生全反射3．(多選)如圖所示，一束平行光從真空射向一塊半圓形的玻璃磚，下列說法正確的是()A．只有圓心兩側(cè)一定范圍內(nèi)的光線不能通過玻璃磚B．只有圓心兩側(cè)一定范圍內(nèi)的光線能通過玻璃磚C．通過圓心的光線將沿直線穿過玻璃磚不發(fā)生偏折D．圓心兩側(cè)一定范圍外的光線將在曲面產(chǎn)生全反射考點二臨界角公式的分析和計算4．(多選)如圖所示，有一束平行于等邊三棱鏡截面ABC的單色光從空氣射向E點，并偏折到F點，已知入射方向與邊AB的夾角為θ＝30°，E、F分別為AB、BC的中點，則()A．該棱鏡的折射率為3B．光在F點發(fā)生全反射C．光從空氣進入棱鏡，波長變小D．從F點出射的光束與入射到E點的光束平行5．某種液體的折射率為2，距液面下深h處有一個點光源，從液面上看液面被光源照亮的圓形區(qū)域的半徑為()A．12h B．C．33h D．26．已知介質(zhì)對某單色光的臨界角為C，則()A．此單色光在該介質(zhì)中的傳播速度等于在真空中的傳播速度的1sinB．該介質(zhì)對單色光的折射率等于1C．此單色光在該介質(zhì)中的傳播波長是在真空中波長的1sinD．此單色光在該介質(zhì)中的頻率是在真空中的1sin7．有一束波長為6×10-7m的單色光從空氣射入某種透明介質(zhì)，入射角為45°，折射角為30°，則下列說法正確的是()A．介質(zhì)的折射率是1B．這束光在介質(zhì)中傳播的速度是1.5×108m/sC．這束光的頻率是5×1014HzD．這束光發(fā)生全反射的臨界角是30°考點三光導纖維8．關(guān)于光纖的說法，正確的是()A．光纖是由高級金屬制成的，所以它比普通電線容量大B．光纖是非常細的特制玻璃絲，但導電性能特別好，所以它比普通電線衰減小C．光纖是非常細的特制玻璃絲，由內(nèi)芯和外套兩層組成，光纖是利用全反射原理來實現(xiàn)光的傳導的D．在實際應(yīng)用中，光纖必須呈筆直狀態(tài)，因為彎曲的光纖是不能傳導光的9．光導纖維是利用光的全反射來傳輸光信號的．如圖所示，一光導纖維內(nèi)芯折射率為n1，外層折射率為n2，一束光信號與界面夾角為α由內(nèi)芯射向外層，要在界面發(fā)生全反射，必須滿足的條件是()A．n1>n2，α小于某一值B．n1<n2，α大于某一值C．n1>n2，α大于某一值D．n1<n2，α小于某一值10．(多選)如圖所示，ABC為一玻璃三棱鏡的截面，一束光線MN垂直于AB面射入，在AC面發(fā)生全反射后從BC面射出，則()A．由BC面射出的紅光更偏向AB面B．由BC面射出的紫光更偏向AB面C．若∠MNB變小，最先從AC面透出的是紅光D．若∠MNB變小，最先從AC面透出的是紫光11．(2022·遼寧卷)完全失重時，液滴呈球形，氣泡在液體中將不會上?。?021年12月，在中國空間站“天宮課堂”的水球光學實驗中，航天員向水球中注入空氣形成了一個內(nèi)含氣泡的水球．如圖所示，若氣泡與水球同心，在過球心O的平面內(nèi)，用單色平行光照射這一水球．下列說法正確的是()A．此單色光從空氣進入水球，頻率一定變大B．此單色光從空氣進入水球，頻率一定變小C．若光線1在M處發(fā)生全反射，光線2在N處一定發(fā)生全反射D．若光線2在N處發(fā)生全反射，光線1在M處一定發(fā)生全反射12．光纖是現(xiàn)代通訊普遍使用的信息傳遞媒介，它利用全反射原理來傳遞光信號．現(xiàn)有一根圓柱形光纖，已知制作光纖材料的折射率為n．假設(shè)光信號從光纖一端的中心進入．如圖所示，為保證沿任意方向進入的光信號都能傳遞到另一端，n不能小于某一值．(1)求n的最小值；(2)沿不同方向進入光纖的光信號傳遞到另一端所用的時間會有所不同，求最長時間與最短時間的比值．13．如圖所示為用某種透明材料制成的一塊柱形棱鏡的截面圖，圓弧CD為半徑為R的四分之一的圓周，圓心為O，光線從AB面上的某點入射，入射角θ1＝45°，它進入棱鏡后恰好以臨界角射在BC面上的O點．(1)畫出光線由AB面進入棱鏡且從CD弧面射出的光路圖；(2)求該棱鏡的折射率n；(3)求光線在該棱鏡中傳播的速度大小v(已知光在空氣中的傳播速度c＝3.0×108m/s)．課時分層作業(yè)(十三)光的全反射與光纖技術(shù)1234567891011ACDCDBCDACCBCCABCCA組基礎(chǔ)鞏固練1．ACD[露水珠或噴泉的水珠，在陽光照耀下在部分位置發(fā)生全反射，所以格外明亮，故A正確；直棒斜插入水中時呈現(xiàn)彎折現(xiàn)象是由于光的折射，故B錯誤；口渴的沙漠旅行者，往往會看到前方有一潭晶瑩的池水，是折射和全反射形成的現(xiàn)象，故C正確；盛水的玻璃杯中放一空試管，用燈光照亮玻璃杯側(cè)面，在水面上觀察水中的試管，看到試管壁特別明亮，是由于發(fā)生了全反射，故D正確．]2．CD[全反射是當光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于等于臨界角時發(fā)生的現(xiàn)象，發(fā)生全反射時全部光線均不進入光疏介質(zhì)．光從水或玻璃射向氣泡時，一部分光線在界面發(fā)生了全反射，即反射光增強，透射光減弱，就使氣泡看起來特別亮，A、B錯誤，C、D正確．]3．BCD[垂直射向界面的光線不偏折，因而光束沿直線平行射到半圓面上．其中通過圓心的光線將沿直線穿過不發(fā)生偏折，入射角為零．由中心向外的光線，在半圓面上進入真空時的入射角逐漸增大并趨近90°角，折射角一定大于入射角，所以一定會發(fā)生全反射．]4．AC[在E點作出法線可知入射角為60°，折射角為30°，折射率為3，故A正確；光在棱鏡中發(fā)生反射的臨界角的正弦值為33，則臨界角大于30°，在F處的入射角為30°，小于臨界角，不會發(fā)生全反射，故B錯誤；光從空氣進入棱鏡，頻率不變，速度變小，由v＝λf知波長變小，故C正確；三棱鏡兩次折射使得光線都向底邊偏折，不會與入射到E點的光束平行，故D錯誤．5．C[設(shè)水面上的人看到水面被該光源照亮的圓形區(qū)域的半徑為r．如圖．光線在圓形區(qū)域的邊緣恰好發(fā)生全反射，入射角等于臨界角C．由sinC＝1n＝12得C＝根據(jù)幾何關(guān)系可知r＝33h，故C正確．6．B[根據(jù)臨界角公式sinC＝1n得n＝1sinC，故B正確；光在介質(zhì)中傳播速度v＝cn＝c·sinC(c是光在真空中的傳播速度)，故A錯誤；設(shè)光在真空中與介質(zhì)中波長分別為λ0和λ，由v＝cn，v＝λf，c＝λ0f，得n＝λ0λ，則得λ＝λ0sinC，故C錯誤；光的頻率由光源決定，與介質(zhì)無關(guān)，7．C[該介質(zhì)的折射率為n＝sin45°sin30°＝2，A錯誤；光在介質(zhì)中傳播的速度是v＝cn＝3×1082m/s＝322×108m/s，該束光的頻率為f＝cλ＝3×1086×10-7Hz＝5×1014Hz，8．C[光導纖維的作用是傳導光，它是直徑為幾微米到一百微米之間的特制玻璃絲，且由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大．載有聲音、圖像及各種數(shù)字信號的激光傳播時，在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射，光纖具有容量大、衰減小、抗干擾性強等特點．在實際應(yīng)用中，光纖是可以彎曲的，故C正確．]9．A[光在內(nèi)芯和外層的界面上發(fā)生全反射，則內(nèi)芯的折射率n1大于外層的折射率n2，由于入射角要大于或等于臨界角，所以α應(yīng)小于某一值．故A正確，B、C、D錯誤．]B組能力提升練10．BC[在AC面發(fā)生全反射后從BC面射出時，所有光線在BC面上入射角相等，由于玻璃對紅光的折射率最小，對紫光的折射率最大，根據(jù)折射定律得到，在BC面上的折射角紅光的最小，紫光的最大，則由BC面射出的紫光更偏向AB面，故A錯誤，B正確；若∠MNB變小，在AC面入射角減小，由于紅光的臨界角最大，當入射角減小，最先不發(fā)生全反射，最先從AC面透出，故C正確，D錯誤．]11．C[光的頻率是由光源決定的，與介質(zhì)無關(guān)，頻率不變，A、B錯誤；如圖所示可看出光線1入射到水球的入射角小于光線2入射到水球的入射角，則光線1在水球外表面折射后的折射角小于光線2在水球外表面折射后的折射角，設(shè)水球半徑為R、氣泡半徑為r、光線經(jīng)過水球后的折射角為α、光線進入氣泡的入射角為θ，由幾何關(guān)系有sinπ-θR＝sinαr，則可得出光線2的θ大于光線1的θ，故若光線1在M處發(fā)生全反射，光線2在N處一定發(fā)生全反射，C12．解析：(1)設(shè)光的入射角為i，折射角為r，根據(jù)折射定律有sini＝nsinr當i趨于90°時，r最大，光在側(cè)面的入射角最小，當在側(cè)面的入射角最小時能發(fā)生全反射，則所有入射的光均能發(fā)生全反射，則有sin(90°－r)＝1聯(lián)立，解得n＝2．(2)設(shè)光從一端垂直入射，不經(jīng)過反射直接到達另一端所用的時間為t1，此時所用時間最短，設(shè)光在光纖中傳播的速度為v，則有t1＝L光經(jīng)過多次全反射到達另一端所用時間會變長，當i最大時，所用時間最長，即當i＝90°時，光到達另一端所用的時間最長，設(shè)最長時