2025版新教材高中物理第4章光2全反射提能作業(yè)新人教版選擇性必修第一冊(cè)

第四章2基礎(chǔ)強(qiáng)化練(時(shí)間25分鐘滿分60分)一、選擇題(本題共6小題，每題6分，共36分)1．關(guān)于全反射，下列敘述正確的是(C)A．發(fā)生全反射時(shí)仍有折射光線，只是折射光線特殊弱B．光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，確定會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象C．光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，可能不發(fā)生全反射現(xiàn)象D．光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)，可能發(fā)生全反射現(xiàn)象解析：全反射發(fā)生的條件是光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)且入射角大于或等于臨界角，二者缺一不行；發(fā)生全反射時(shí)，折射光線全部消逝，只剩下反射光線。選項(xiàng)C正確。2．一束單色光從真空斜射向某種介質(zhì)的表面，光路如圖所示。下列說(shuō)法中正確的是(C)A．此介質(zhì)的折射率等于1.5B．此介質(zhì)的折射率等于eq\r(3)C．當(dāng)光從今介質(zhì)射向真空中時(shí)，入射角大于或等于45°時(shí)可發(fā)生全反射現(xiàn)象D．當(dāng)光從介質(zhì)射向真空中時(shí)，入射角小于30°時(shí)可能發(fā)生全反射現(xiàn)象解析：依據(jù)折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(sin45°,sin30°)＝eq\r(2)，A、B錯(cuò)誤；光從今介質(zhì)射向真空中，當(dāng)折射角等于90°時(shí)發(fā)生全反射，此時(shí)入射角為C，則有n＝eq\r(2)＝eq\f(sin90°,sinC)，解得C＝45°，即入射角大于或等于45°時(shí)發(fā)生全反射現(xiàn)象，C正確，D錯(cuò)誤。3.如圖所示，圓心為O、半徑為R的半圓形玻璃磚置于水平桌面上，光從P點(diǎn)垂直界面入射后，恰好在玻璃磚圓形表面發(fā)生全反射；當(dāng)入射角θ＝60°時(shí)，光從玻璃磚圓形表面出射后恰好與入射光平行。已知真空中的光速為c，則(C)A．玻璃磚的折射率為1.5B．OP之間的距離為eq\f(\r(2),2)RC．光在玻璃磚內(nèi)的傳播速度為eq\f(\r(3),3)cD．光從玻璃到空氣的臨界角為30°解析：作出兩種狀況下的光路圖，如圖所示。設(shè)OP＝x，在A處發(fā)生全反射，故有sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(x,R)已知出射光線與入射光線平行，則光在B處射出(過(guò)B點(diǎn)的切線與OP平行)，故n＝eq\f(sin60°,sin∠OBP)由于sin∠OBP＝eq\f(x,\r(x2＋R2))聯(lián)立可得n＝eq\r(3)，x＝eq\f(\r(3),3)R，A、B錯(cuò)誤；由v＝eq\f(c,n)可得v＝eq\f(\r(3),3)c，C正確；由于sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(3),3)，所以臨界角不為30°，D錯(cuò)誤。4.(2024·湖北省襄陽(yáng)市第四中學(xué)高二下學(xué)期月考)一束光線穿過(guò)介質(zhì)1、2、3時(shí)，光路如圖所示，則(C)A．介質(zhì)1的折射率最大B．介質(zhì)2是光密介質(zhì)C．光在介質(zhì)2中的速度最大D．當(dāng)入射角由45°慢慢增大時(shí)，在2、3分界面上可能發(fā)生全反射解析：由圖可知，光從介質(zhì)1射入介質(zhì)2中折射角大于入射角，則n1＞n2。光從介質(zhì)2射入介質(zhì)3中折射角小于入射角，則n2＜n3，據(jù)光的可逆性知，光從2射向1或從2射向3時(shí)，若入射角相等，從折射角上可推斷n3＞n1，所以有n3＞n1＞n2，即介質(zhì)3折射率最大，故A錯(cuò)誤；由對(duì)A的分析可知，相對(duì)介質(zhì)3來(lái)說(shuō)，2是光疏介質(zhì)，故B錯(cuò)誤；依據(jù)公式：v＝eq\f(c,n)，因2的折射率最小，所以光在介質(zhì)2中的傳播速度最大，故C正確；當(dāng)入射角由45°慢慢增大時(shí)，光從2到3是從光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)，全反射只有光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)才能發(fā)生，所以在此界面上不會(huì)發(fā)生全反射，故D錯(cuò)誤。5．(多選)一束細(xì)光束由真空沿著徑向射入一塊半圓柱形透亮體，如圖甲所示，對(duì)其射出后的折射光線的強(qiáng)度進(jìn)行記錄，發(fā)覺(jué)折射光線的強(qiáng)度隨著θ的變更而變更，如圖乙的圖線所示，則下列說(shuō)法正確的是(BC)A．透亮體的臨界角為30°B．透亮體的臨界角為60°C．透亮體的折射率為eq\f(2\r(3),3)D．透亮體的折射率為eq\f(3,2)解析：由題圖乙的圖線可知，當(dāng)θ小于等于30°時(shí)，入射角大于等于60°，折射光線的強(qiáng)度為零，光線產(chǎn)生全反射現(xiàn)象，所以此透亮體的臨界角為60°，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確；由臨界角公式sinC＝eq\f(1,n)，解得n＝eq\f(2\r(3),3)，故選項(xiàng)C正確，D錯(cuò)誤。6．如圖所示，將由某種透亮介質(zhì)制成的長(zhǎng)直細(xì)圓柱體置于真空中。某種單色光在介質(zhì)中傳輸，經(jīng)過(guò)多次全反射后從右端射出。若以全反射臨界角傳輸?shù)墓饩€剛好從右端以張角2θ出射，則此介質(zhì)的折射率為(D)A.eq\r(1＋sin2θ) B．eq\r(1＋cos2θ)C.eq\r(1＋cos2θ) D．eq\r(1＋sin2θ)解析：如圖所示，光線在右端界面上發(fā)生折射，入射角為90°－C，折射角為θ，則折射率n＝eq\f(sinθ,sin90°－C)＝eq\f(sinθ,cosC)。又因?yàn)閟inC＝eq\f(1,n)，由以上兩式聯(lián)立解得n＝eq\r(1＋sin2θ)，選項(xiàng)D正確。二、非選擇題(共24分)7．(12分)由于激光是亮度高、平行度好、單色性好的相干光，所以光導(dǎo)纖維中用激光作為高速傳輸信息的載體。要使射到粗細(xì)勻整的圓形光導(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(lái)，光導(dǎo)纖維所用材料的折射率至少應(yīng)為多少？答案：eq\r(2)解析：設(shè)激光束在光導(dǎo)纖維前端的入射角為θ1，折射角為θ2，折射光線射向側(cè)面時(shí)的入射角為θ3，如圖所示。由折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，由幾何關(guān)系θ2＋θ3＝90°，則sinθ2＝cosθ3，由全反射臨界角公式sinθ3＝eq\f(1,n)，故cosθ3＝eq\r(1－\f(1,n2))，要保證從端面射入的任何光線都能發(fā)生全反射，應(yīng)有θ1＝90°，sinθ1＝1，故n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(sinθ1,cosθ3)＝eq\f(1,\r(1－\f(1,n2)))＝eq\f(n,\r(n2－1))，解得n＝eq\r(2)。8．(12分)一湖面上有一伸向水面的混凝土觀景臺(tái)，如圖所示是截面圖，觀景臺(tái)下表面恰好和水面相平，A為觀景臺(tái)右側(cè)面在湖底的投影，水深h＝4m，在距觀景臺(tái)右側(cè)面x＝4m處有一可沿豎直方向上下移動(dòng)的單色點(diǎn)光源S，點(diǎn)光源S可從距水面高3m處下移到接近水面，在移動(dòng)過(guò)程中，觀景臺(tái)水下被照亮的最遠(yuǎn)距離為AC，最近距離為AB，若AB＝3m，求：(1)水的折射率n；(2)光能照亮的最遠(yuǎn)距離AC。(結(jié)果可以保留根式)答案：(1)eq\f(4,3)(2)eq\f(12,7)eq\r(7)m解析：(1)如圖所示，點(diǎn)光源S在距水面高3m處時(shí)，光能射到B點(diǎn)。知n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，因sinθ1＝0.8，sinθ2＝0.6，則水的折射率n＝eq\f(4,3)。(2)點(diǎn)光源S接近水面時(shí)，光在觀景臺(tái)右側(cè)面與水面交接處折射到水里時(shí)，被照亮的距離為最遠(yuǎn)距離AC，此時(shí)，入射角為90°，折射角為臨界角C，則：n＝eq\f(sin90°,sinC)＝eq\f(\r(AC2＋h2),AC)＝eq\f(4,3)解得AC＝eq\f(12,7)eq\r(7)m。實(shí)力提升練(時(shí)間15分鐘滿分40分)一、選擇題(本題共3小題，每小題8分，共24分)1．如圖所示，一個(gè)透亮玻璃球的折射率為eq\r(2)，一束足夠強(qiáng)的細(xì)光束在過(guò)球心的平面內(nèi)，以45°入射角由真空射入玻璃球后，在玻璃球與真空的交界面處發(fā)生多次反射和折射，從各個(gè)方向視察玻璃球，能看到從玻璃球內(nèi)射出的光線的條數(shù)是(B)A．2 B．3C．4 D．5解析：sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(2),2)，C＝45°；n＝eq\f(sin45°,sinθ)，θ＝30°。光路圖如圖所示。所以共3條光線射出玻璃球。2．如圖所示是一個(gè)柱體棱鏡的橫截面圖，圖中MN為eq\f(1,4)圓弧，點(diǎn)E、F、G、H將半徑OM分成5等份，虛線EE1、FF1、GG1、HH1平行于半徑ON，ON邊可吸取到達(dá)其上的全部光。已知該棱鏡的折射率n＝eq\f(5,3)，若平行光束垂直入射并覆蓋OM，則光能從NM射出的范圍是(C)A．NE1 B．NF1C．NG1 D．NH1解析：由臨界角公式得到sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(3,5)。設(shè)圓弧的半徑為R，RsinC＝eq\f(3,5)R，則由題可知，當(dāng)光從G點(diǎn)入射到圓弧面G1點(diǎn)時(shí)，恰好發(fā)生全反射。當(dāng)入射點(diǎn)在G1的右側(cè)時(shí)，入射角大于臨界角，將發(fā)生全反射，光將不能從圓弧射出。當(dāng)入射點(diǎn)在G1的左側(cè)時(shí)，入射角小于臨界角，不發(fā)生全反射，光將從圓弧面射出。所以光只能從圓弧NG1射出。故C正確。3.(多選)在光纖制造過(guò)程中，由于拉伸速度不勻整，會(huì)使得拉出的光纖不是勻整的圓柱體，而呈現(xiàn)圓臺(tái)形態(tài)(如圖所示)。已知此光纖長(zhǎng)度為L(zhǎng)，圓臺(tái)對(duì)應(yīng)底角為θ，折射率為n，真空中的光速為c?，F(xiàn)光從下方垂直射入下臺(tái)面，則(AD)A．光從真空射入光纖，光的頻率不變B．光通過(guò)此光纖到達(dá)小截面的最短時(shí)間為eq\f(L,c)C．從上方小截面射出的光束確定是平行光D．若滿足sinθ>eq\f(1,n)，則光在第一次到達(dá)光纖側(cè)面時(shí)不會(huì)從光纖側(cè)面射出解析：光的頻率由光源確定，與介質(zhì)無(wú)關(guān)，所以光從真空射入光纖，光的頻率不變，故A正確；光通過(guò)此光纖到達(dá)小截面的最短距離為L(zhǎng)，光在光纖中的傳播速度v＝eq\f(c,n)，則光通過(guò)此光纖到達(dá)小截面的最短時(shí)間為t＝eq\f(L,v)＝eq\f(nL,c)，故B錯(cuò)誤；通過(guò)光纖側(cè)面發(fā)生反射后再?gòu)纳戏叫〗孛嫔涑龅墓馐c垂直上方小截面射出的光束不平行，故C錯(cuò)誤；設(shè)臨界角為C，則sinC＝eq\f(1,n)，到達(dá)光纖側(cè)面的光線入射角為θ，當(dāng)θ>C，即有sinθ>eq\f(1,n)，則光在第一次到達(dá)光纖側(cè)面時(shí)發(fā)生全反射，不會(huì)從光纖側(cè)面射出，故D正確。二、非選擇題(共16分)4．(8分)如圖所示，直角三棱鏡ABC的斜邊AB長(zhǎng)為L(zhǎng)，∠C＝90°，∠A＝θ(未知)，一束單色光從斜邊上某點(diǎn)(非中點(diǎn))垂直入射到棱鏡中，已知棱鏡折射率為n＝2，單色光在真空中的傳播速度為c，(1)求θ在什么范圍內(nèi)，入射光能夠經(jīng)過(guò)兩次全反射又從斜邊射出；(2)若θ＝45°，該單色光從斜邊某處垂直入射到棱鏡中，通過(guò)棱鏡后出射光與入射光的距離為eq\f(L,4)，求此單色光通過(guò)三棱鏡的時(shí)間。答案：(1)30°≤θ≤60°(2)eq\f(2L,c)解析：(1)光的傳播方向如圖所示，欲使入射光在左側(cè)直角邊發(fā)生全反射，須滿足sinθ≥eq\f(1,n)，解得θ≥30°，又在光反射至右側(cè)直角邊時(shí)，入射角為90°－θ，欲使入射光在該邊發(fā)生全反射，須滿足sin(90°－θ)≥eq\f(1,n)，解得θ≤60°，所以θ的范圍為30°≤θ≤60°。(2)當(dāng)θ＝45°時(shí)，由幾何關(guān)系可知光在三棱鏡中通過(guò)的距離s＝L，光在棱鏡中的傳播速度v＝eq\f(c,n)，則單色光通過(guò)三棱鏡的時(shí)間t＝eq\f(s,v)＝eq\f(2L,c)。5．(8分)某種透亮材料制成的空心球體內(nèi)徑為R，外徑是內(nèi)徑的2倍，其截面(紙面內(nèi))如圖所示。一束單色光(紙面內(nèi))從外球面上A點(diǎn)入射，入射角為i＝45°時(shí)，光束經(jīng)折射后恰好與內(nèi)球面在B點(diǎn)相切。(1)求該透亮材料的折射率；(2)假如在內(nèi)表面涂上能完全吸光的物質(zhì)，當(dāng)一束平行光