浙江專版2024-2025學(xué)年新教材高中物理第4章光2全反射訓(xùn)練提升新人教版選擇性必修第一冊

2全反射課后·訓(xùn)練提升基礎(chǔ)鞏固一、選擇題Ⅰ(每小題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求的)1.如圖所示,MM'是兩種介質(zhì)的分界面,AO是入射光線,OB是反射光線,OC是折射光線,O是入射光線的入射點,NN'是法線,θ1是入射角,θ2是折射角,且θ1>θ2,則下列推斷正確的是()A.θ1漸漸增大時,θ2也漸漸增大,有可能發(fā)生全反射現(xiàn)象B.θ1漸漸減小時,θ2也漸漸減小,有可能發(fā)生全反射現(xiàn)象C.θ1漸漸增大時,θ2將漸漸減小,有可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D.θ1漸漸增大時,θ2也漸漸增大,但不行能發(fā)生全反射現(xiàn)象答案D解析由n=sinθ1sinθ2可知,θ1漸漸增大時,θ2也漸漸增大,但因θ1>θ2,2.光在某種介質(zhì)中傳播的速度為1.5×108m/s,光從今介質(zhì)射向空氣并發(fā)生全反射時的臨界角是()A.15° B.30° C.45° D.60°答案B解析該介質(zhì)折射率n=cv=3×1081.3.回來反光膜是由高折射率透亮陶瓷圓珠、高強度黏合劑等組成的復(fù)合型薄膜材料。夜間行車時,它能把各種角度車燈射出的光逆向返回,使標(biāo)記牌上的字特殊醒目。一束平行光(寬度遠大于陶瓷圓珠直徑和圓珠間距),沿垂直基板方向照耀到圓珠上,為使折射入陶瓷圓珠的光能發(fā)生全放射,則制作陶瓷圓珠材料的折射率n至少為()A.22 B.2 C.32 D答案B解析考慮臨界狀況,設(shè)折射角為C,則有sinC=1n,由幾何關(guān)系得2C=90°,解得n=24.右圖為埃舍爾名畫——三界,我們總是像畫中一樣看到遠處樹木的倒影、近處水中的魚,這說明()A.遠處水中沒有魚B.樹木倒影是樹木反射的光先進入水中,然后再通過水的折射進入人的眼中C.近處的魚反射的光入射角大,簡單發(fā)生全反射D.遠處的魚反射的光入射角大,簡單發(fā)生全反射答案D解析遠處的魚反射的光入射角較大,當(dāng)入射角大于等于全反射臨界角時發(fā)生全反射,光線不能射出水面,所以看不到,故選項D正確,A、C錯誤。樹木倒影是樹木反射的光在水面發(fā)生反射后,反射光進入人的眼中,故選項B錯誤。二、選擇題Ⅱ(每小題列出的四個備選項中至少有一個是符合題目要求的)5.光導(dǎo)纖維是由內(nèi)芯和外套兩層組成,光從一端進入,另一端傳出。下列說法正確的是()A.內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率B.增大光從端面入射的入射角,在端面處可能發(fā)生全反射C.不同頻率的可見光從同一根光導(dǎo)纖維的一端傳輸?shù)搅硪欢怂玫臅r間不相同D.若紅光以如圖所示的角度入射,恰能在內(nèi)芯和外套界面上發(fā)生全反射,則改用紫光以同樣角度入射時,在內(nèi)芯和外套界面上將不會發(fā)生全反射答案AC解析光導(dǎo)纖維傳遞光信號是利用光的全反射原理,所以內(nèi)芯的折射率大于外套的折射率,在端面不行能發(fā)生全反射,故選項A正確,B錯誤。依據(jù)v=cn6.如圖所示,一束藍光從空氣垂直入射到直角三棱鏡的BC面上,已知∠A=30°,藍光從棱鏡到空氣全反射的臨界角為45°,則()A.該直角三棱鏡對藍光的折射率為2B.該直角三棱鏡對藍光的折射率為2C.藍光第一次從棱鏡射入空氣時的折射角為45°D.藍光第一次從棱鏡射入空氣時的折射角為60°答案AC解析據(jù)全反射臨界角公式sinC=1n得,折射率n=2,故選項A正確,B錯誤。光路圖如圖所示,因為i1=60°>C,所以光線在AB面上將發(fā)生全反射。由幾何學(xué)問得i2=i1-30°=30°<C,則光線從AC面上第一次射入空氣。由折射定律有n=sinrsin7.右圖是一橫截面為直角三角形的玻璃三棱柱,∠C=30°?，F(xiàn)有一細束光線沿著截面從AC邊上的O點以45°的入射角射入,折射后到達斜邊BC發(fā)生反射,最終垂直AB界面射出。則()A.透亮玻璃材料的折射率為2B.透亮玻璃材料的全反射臨界角為45°C.光線在BC界面入射角為30°D.光線在BC界面發(fā)生全反射答案BD解析畫出光路圖如圖所示,由圖中幾何關(guān)系可知光線在AC界面折射角r=30°,由折射定律n=sinisinr,解得n=2,故選項A錯誤。由sinC=1n可得,全反射臨界角為C=45°,故選項B正確。依據(jù)圖中平面幾何關(guān)系,BC界面入射角為i'=60°,故選項C錯誤。由于三、非選擇題8.一足夠大的水池內(nèi)盛有某種透亮液體,液體的深度為h,在水池的底部放一點光源S,其中一條光線以30°入射角射到液體與空氣的分界面上,它的反射光線與折射光線的夾角為90°,如圖所示。求:(1)液體的折射率;(2)液體表面亮斑的面積。答案(1)3(2)12πh解析(1)由幾何關(guān)系得r=180°-30°-90°=60°則n=sinr(2)因為sinC=1則tanC=2則亮斑半徑R=22亮斑面積S=πR2=12πh2實力提升一、選擇題Ⅰ(每小題列出的四個備選項中只有一個是符合題目要求的)1.在水底的潛水員看來,水面上方的全部景物只出現(xiàn)在頂角為97°的倒立圓錐里,這是因為()A.水面上遠處的景物反射的陽光都因為全反射而不能進入水中B.水面上遠處的景物反射的陽光折射進入水中,其折射角不行能大于48.5°C.水面上方倒立圓錐之外的景物反射的陽光都因為全反射的緣由不行能進入水中D.水面上方倒立圓錐之外的景物反射的陽光都因為折射的緣由不行能進入潛水員的眼中答案B解析水面上方的全部景物出現(xiàn)在頂角為97°的倒立圓錐里,這是由于水的全反射臨界角為48.5°,光由空中射入水中時,最大折射角為48.5°。水面以上的全部景物反射的陽光都可以進入水中,不能發(fā)生全反射,當(dāng)光由水中射向空氣中時有可能發(fā)生全反射現(xiàn)象,故選項B正確,A、C、D錯誤。2.下圖為“水流導(dǎo)光”的試驗裝置。長直開口透亮塑料瓶內(nèi)裝有適量清水,在其底側(cè)開一小孔,水從小孔流出形成彎曲不散開的水流。用細激光束透過塑料瓶水平射向該小孔,視察到激光束沒有完全被限制在水流內(nèi)傳播。下列操作有助于激光束完全被限制在水流內(nèi)傳播的是()A.增大該激光的強度B.向瓶內(nèi)再加適量清水C.改用頻率更低的激光D.改用折射率更小的液體答案B解析當(dāng)增大激光的強度時,不會變更光在水流中的入射角,光在水流中仍不會發(fā)生全反射,故選項A錯誤。當(dāng)向瓶內(nèi)加一些清水,則從孔中射出的水流速度會變大,水流軌跡會變得平直,激光在水和空氣界面處的入射角會變大,則可能會在界面處發(fā)生全反射,這種現(xiàn)象相當(dāng)于光導(dǎo)纖維的導(dǎo)光現(xiàn)象,故選項B正確。若改用頻率更低的激光或者折射率更小的液體,會增大臨界角,光從水中射向空氣的入射角仍小于臨界角,出現(xiàn)折射現(xiàn)象,故選項C、D錯誤。3.測定折射率是鑒定寶石真假的一種方法。如圖所示,ABDEC為某種寶石的截面圖,∠ACE=∠BDE=∠CED=90°。現(xiàn)使一束紅光以入射角i=60°射到AC邊上某點,在CE邊中點M發(fā)生全反射,并從ED邊上N點折射出,其中l(wèi)CE=43mm,lEN=2mm,則()A.該寶石的折射率n=2B.紅光從入射到從N點射出經(jīng)驗的時間為833×10-C.調(diào)整紅光的入射角i,可使光線在ED邊上發(fā)生全反射D.換成藍光進行鑒定,光線有可能在ED邊上發(fā)生全反射答案B解析作出光線傳播光路如圖所示,設(shè)光線在AC邊的折射角為β,由幾何關(guān)系可知∠EMN=β,故tanβ=lENlEM=223=33,所以β=30°,該寶石的折射率n=sinαsinβ=3,故選項A錯誤。依據(jù)光的傳播規(guī)律,可得紅光在鉆石中傳播的速度大小為v=cn=3×108m/s,由幾何關(guān)系可知,光在鉆石中走過的路程為s=lPM+lMN=4mm+4mm=8×10-4.截面為等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡,這種棱鏡在光學(xué)儀器中廣泛用于變更光的傳播方向。如圖所示,一束寬度為l的單色平行光束射向全反射棱鏡AC面的AP部分,光束平行于AB面入射,由P點入射的光線恰好射到B點,光線經(jīng)AB面發(fā)生一次全反射后從BC面射出。已知棱鏡對該光的折射率為n=2,光在真空中的傳播速度為c,sin15°=6-24A.光在棱鏡中的傳播速度為2cB.光在棱鏡中發(fā)生全反射的臨界角為30°C.從BC面出射的光,在棱鏡中的傳播時間均為2D.光束從BC面出射后仍平行,寬度變?yōu)?2答案C解析光在棱鏡中的傳播速度為v=cn=22c,選項A錯誤。設(shè)光在棱鏡中發(fā)生全反射的臨界角為θ,則sinθ=1n=22,因此光在棱鏡中發(fā)生全反射的臨界角為45°,選項B錯誤。由幾何關(guān)系可得lAP=2l,由光的折射定律可得n=sinisinr,由于入射角i=45°,可得r=30°,則∠PBA=15°,由正弦定理可得lPBsin∠PAB=lAPsin∠PBA,解得lPB=(6+2)l,由幾何關(guān)系可得,BC面出射的光在棱鏡中的傳播距離均等于lPB;從BC面出射的光,在棱鏡中的傳播時間均為t=lPBv=二、選擇題Ⅱ(每小題列出的四個備選項中至少有一個是符合題目要求的)5.如圖所示,儲油桶的底面直徑與高均為d。當(dāng)桶內(nèi)沒有油時,從某點A恰能看到桶底邊緣的點B。當(dāng)桶內(nèi)裝滿油時,仍沿AB方向看去,恰好看到桶底上的點C,C、B兩點相距d3。光在空氣中的傳播速度可視為真空中的光速c。則(A.桶內(nèi)油的折射率為2B.桶內(nèi)油的折射率為26C.光在桶內(nèi)油中傳播的速度為226D.來自C點的光射向油面時肯定會出現(xiàn)全反射現(xiàn)象答案BC解析由題意可知,沒有油時,到達B點光線的入射角的正切為tanθ1=dd=1,即θ1=當(dāng)裝滿油時,到達C點的光線的折射角的正切為tanθ2=d利用數(shù)學(xué)學(xué)問,求得sinθ1=22,sinθ2=桶內(nèi)油的折射率為n=sinθ依據(jù)v=cn,求得v=226當(dāng)桶內(nèi)裝滿油時,仍從AB方向看去,恰好看到桶底的點C,可知光從C點射向油面時肯定不會出現(xiàn)全反射現(xiàn)象,故選項D錯誤。6.某長方體透亮介質(zhì)如圖所示。ef為嵌在介質(zhì)內(nèi)部緊貼dd'c'c面的線狀單色可見光光源,ef與abcd面垂直,e為dc中點,lab=2lbc。介質(zhì)對該單色光的折射率為2,只考慮由ef干脆射向面aa'b'b的光線。下列說法正確的是 ()A.光從aa'b'b面出射的區(qū)域占該面總面積的3B.光從aa'b'b面出射的區(qū)域占該面總面積的3C.若ef發(fā)出的單色光頻率變小,aa'b'b面有光出射的區(qū)域面積將增大D.若ef發(fā)出的單色光頻率變小,aa'b'b面有光出射的區(qū)域面積將減小答案AC解析從光源發(fā)出的光射到aa'b'b面上的臨界角滿意sinC=1n=1設(shè)lab=2lbc=2l,則在aa'b'b面上有光線射出的長度為x=2ltan30°=2則有光線射出的面積占該面總面積的比例為lbb若ef發(fā)出的單色光頻率變小,則光的折射率變小,臨界角變大,依據(jù)x=2ltanC,則在aa'b'b面上有光線射出的長度變大,則aa'b'b面有光出射的區(qū)域面積將增大,選項C正確,D錯誤。三、非選擇題7.如圖所示,AOB是由某種透亮物質(zhì)制成的14圓柱體橫截面(O為圓心),折射率為2。今有一束平行光以45°的入射角射向柱體的OA平面,這些光線中有一部分不能從柱體的AB面上射出。設(shè)凡射到OB面的光線全部被汲取,也不考慮OA面的反射,求圓柱AB面上能射出光線的部分占AB答案1解析光路圖如圖所示。設(shè)從O點射入的光線,折射角為r,依據(jù)折射定律,有n=sin45°sinr設(shè)從某位置P點入射的光線,折射到AB弧面上的Q點時,入射角恰等于臨界角C,有sinC=1n,代入數(shù)據(jù)得C=△PQO中,α=180°-90°-C-r=15°所以能射出光線的區(qū)域?qū)?yīng)的圓心角β=90°-α-r=45°能射出光線的部分占AB面的比例為45°8.右圖是一個半球形透亮物體放在真空中的側(cè)視圖,現(xiàn)在有一細束單色光沿半徑OA方向入射,保持入射方向不變,不考慮光線在透亮物體內(nèi)部的反射。(1)將細光束平移到距O點33R處的C(2)若細光束平移到距O點0.5R處,已知光在真空中的傳播速度為c,求該細光束從起先進入透亮體到折射到OA軸線上的時間。答案(1)