新教材2024高中物理第四章光4.2全反射同步測試新人教版選擇性必修第一冊

第四章光2全反射【基礎(chǔ)鞏固】1.(多選)下列現(xiàn)象或應(yīng)用與全反射有關(guān)的是 ()A.露珠或噴泉的水珠,在陽光照射下特別光明B.直棒斜插入水中時呈現(xiàn)彎折現(xiàn)象C.用光導(dǎo)纖維傳輸信號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,在水面上視察水中的試管,看到試管壁特殊光明解析:露珠或噴泉的水珠,在陽光照射下在部分位置發(fā)生全反射,所以特別光明,選項A正確.直棒斜插入水中時呈現(xiàn)彎折現(xiàn)象是由光的折射形成的,選項B錯誤.光導(dǎo)纖維傳輸信號利用了全反射,選項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,在水面上視察水中的試管,看到試管壁特殊光明,是由于發(fā)生了全反射,選項D正確.答案:ACD2.(多選)光從介質(zhì)1通過兩種介質(zhì)的界面進(jìn)入介質(zhì)2的光路如圖所示.下列論述正確的是()

A.光在介質(zhì)1中的傳播速度較大B.光在介質(zhì)2中的傳播速度較大C.光從介質(zhì)1射向兩種介質(zhì)的界面時,不行能發(fā)生全反射現(xiàn)象D.光從介質(zhì)2射向兩種介質(zhì)的界面時,可能發(fā)生全反射現(xiàn)象解析:光從介質(zhì)1進(jìn)入介質(zhì)2時,折射角小于入射角,即從光疏介質(zhì)入射到光密介質(zhì),所以光在介質(zhì)1中的傳播速度較大,選項A正確,選項B錯誤;光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)可能發(fā)生全反射,選項C、D正確.答案:ACD3.(多選)一束光從介質(zhì)1射入介質(zhì)2,如圖所示.下列對于1、2兩種介質(zhì)的光學(xué)屬性推斷正確的是 ()A.介質(zhì)1是光疏介質(zhì)B.介質(zhì)1的折射率大C.光在介質(zhì)1中傳播速度大D.光在介質(zhì)2中傳播速度大解析:光從介質(zhì)1射入介質(zhì)2,從光路圖可以看出入射角為θ1=90°-60°=30°,折射角為θ2=90°-15°=75°,入射角小于折射角,說明介質(zhì)1的折射率大,介質(zhì)1是光密介質(zhì),選項A錯誤,選項B正確.由n=cv可知光在介質(zhì)2中的傳播速度大,選項C錯誤,選項D正確答案:BD4.(多選)光在某種介質(zhì)中的傳播速度是1.5×108m/s,光從該介質(zhì)射向空氣時 ()A.該介質(zhì)的臨界角是30°B.大于或等于30°的全部角都是臨界角C.入射角大于或等于30°時都能發(fā)生全反射D.臨界角可能是60°解析:由n=cv=2,sinC=1n知,臨界角C答案:AC5.(2024·遼寧卷)一束復(fù)色光從空氣射入光導(dǎo)纖維后分成a、b兩束單色光,光路如圖所示.比如內(nèi)芯中的a、b兩束光,a光的()

A.頻率小,發(fā)生全反射的臨界角小B.頻率大,發(fā)生全反射的臨界角小C.頻率小,發(fā)生全反射的臨界角大D.頻率大,發(fā)生全反射的臨界角大解析:兩束單色光的入射角相同,a光對應(yīng)的折射角大,依據(jù)折射定律可知,a光的折射率小,則a光的頻率小;由全反射的條件可知sinC=1n,故a光對應(yīng)的臨界角大,選項C正確答案:C6.下圖是某種透亮物質(zhì)制成的直角三棱鏡ABD的截面圖,光在棱鏡中的傳播速度為2.4×108m/s.一束光在紙面內(nèi)垂直于AB所在的面射入棱鏡,發(fā)覺光剛好不能從AD所在的面射出,光在真空中的傳播速度為3.0×108m/s,sin53°=0.8,cos53°=0.6,求:(1)透亮物質(zhì)的折射率和直角三棱鏡∠A的大小;(2)光從BD所在的面首次射出時的折射角α的正弦值.解析:(1)折射率與光速之間的關(guān)系是n=cv代入數(shù)據(jù),解得n=1.25.由題意可知,光從AB所在的面垂直射入棱鏡,恰好在AD所在的面發(fā)生全反射,光從BD所在的面射出,光路圖如圖所示.由sinC=1n,解得∠C由幾何關(guān)系可知∠A=C=53°.(2)由幾何關(guān)系知β=37°,由折射定律知n=sinα解得sinα=34答案:(1)1.2553°(2)3【拓展提高】7.在桌面上有一倒立的玻璃圓錐,其頂點(diǎn)恰好與桌面接觸,圓錐的軸(圖中虛線)與桌面垂直,過軸線的截面為等邊三角形,如圖所示.有一半徑為r的圓柱形平行光束垂直入射到圓錐的底面上,光束的中心軸與圓錐的軸重合.已知玻璃的折射率為1.5,則光束在桌面上形成的光斑半徑為()

A.rB.1.5rC.2rD.2.5r

解析:如圖所示,光束射到A點(diǎn)或B點(diǎn)時,入射角為60°,大于臨界角C=arcsin

1=42°,發(fā)生全反射,由幾何關(guān)系可知光其次次到達(dá)界面的時候與界面垂直;同理,在AB之間射入的光線都發(fā)生全反射.O點(diǎn)為△ABC的重心,設(shè)FC的長度為x,則由幾何關(guān)系得xx+r=23,解得光斑半徑x=答案:C8.光導(dǎo)纖維是利用光的全反射來傳輸光信號的.光導(dǎo)纖維由內(nèi)、外兩種材料制成,內(nèi)芯材料的折射率為n1,外套材料的折射率為n2,如圖所示的一束光信號與界面間的夾角為α,由內(nèi)芯射向外套,要想在此界面發(fā)生全反射,必需滿意的條件是 ()A.n1>n2,α大于某一值B.n1<n2,α大于某一值C.n1>n2,α小于某一值D.n1<n2,α小于某一值解析:光在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射,則內(nèi)芯的折射率n1大于外套的折射率n2,由于入射角要大于或等于臨界角才能發(fā)生全反射,α應(yīng)小于某一值,選項C正確.答案:C9.如圖所示,一段橫截面為正方形的玻璃棒,中間部分彎成四分之一圓弧狀,一細(xì)束單色光由MN端面的中點(diǎn)垂直射入,恰好能在弧面EF上發(fā)生全反射,然后垂直PQ端面射出.(1)該玻璃棒的折射率是.

(2)若將入射光向N端平移,當(dāng)光第一次射到弧面EF上時(選填“能”“不能”或“無法確定能否”)發(fā)生全反射.

解析:(1)因?yàn)橐患?xì)束單色光由MN端面中點(diǎn)垂直射入,如圖所示,所以光到達(dá)弧面EF界面時入射角為45°,又因?yàn)榍『冒l(fā)生全反射,所以臨界角C=45°,由sinC=1n可知,該玻璃棒的折射率n=1sinC(2)若將入射光向N端平移,則光第一次射到弧面EF上時的入射角將增大,即大于臨界角45°,所以能發(fā)生全反射.答案:(1)2(2)能10.(2024·廣東卷)一個水平放置的圓柱形罐體內(nèi)裝了一半的透亮液體,液體上方是空氣,其截面如圖所示.一激光器從罐體底部P點(diǎn)沿著罐體的內(nèi)壁向上移動,它所發(fā)出的光束始終指向圓心O點(diǎn).當(dāng)光束與豎直方向成45°角時,恰好視察不到從液體表面射向空氣的折射光束.已知光在空氣中的傳播速度為c,求液體的折射率n和激光在液體中的傳播速度v.解析:當(dāng)光束與豎直方向成45°角時,恰好視察不到從液體表面射向空氣的折射光束,即恰好發(fā)生了全反射,設(shè)臨界角為C,則C=45°,由全反射的臨界角和折射率的關(guān)系可得n=1sinC=1sin45°=2,再由公式n=cv得激光在液體中的傳播速度v=c答案:2

22【挑戰(zhàn)創(chuàng)新】11.如圖所示,光液面?zhèn)鞲衅饔幸粋€像試管的玻璃管,在其中心插一塊兩面反光的玻璃板,入射光在玻璃管內(nèi)壁與反光板之間發(fā)生多次反射,進(jìn)入到玻璃管底部,然后從另一側(cè)反射而出(與光纖原理相同).當(dāng)透亮液體的折射率大于玻璃管壁的折射率時,就可以通過光液面?zhèn)鞲衅鞅O(jiān)測出出射光的強(qiáng)弱來判定玻璃管是否被液體包住了,從而了解液面的高度.下列說法正確的是()A.玻璃管被液體包住之后,出射光強(qiáng)度增加B.玻璃管被液體包住之后,出射光消逝C.玻璃管