光的折射、全反射練習習題

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，瑞典皇家科學院在斯德哥爾摩宣布，將2009年諾貝爾物理學獎授予英國華裔科學家高錕以及美國科學家威拉德·博伊爾和喬治·史密斯高錕在“有關光在纖維中的傳輸以用于光學通信方面”取得了突破性的成就若光導纖維是由內(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)進入折射率較小的光疏介質(zhì)且入射角

2、大于等于臨界角，因此，內(nèi)芯的折射率應大于包層的折射率，故選項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)一束單色光由左側射入盛有清水的薄壁圓柱形玻璃杯，圖13110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，求sin的值解析：當光線在水面發(fā)生全反射時，有sinC 當光線從左側射入時，由折射定律有n 聯(lián)立式，代入數(shù)據(jù)可得sin

3、.答案：4.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13111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折射角290°C所以cos2，sin2由折射定律：sin1nsin21arcsin.(2)光在纖維中傳播的速度v(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v1vcos2所用時間：t.答案：(1)arcsin(2)5(2009·海南高考)如圖13112

4、所示，一透明半圓柱體折射率為n2，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13112 解析：半圓柱體的橫截面如圖所示，OO為半徑設從A 點入射的光線在B點處恰好滿足全反射條件，由折射定律有 sin 式中，為全反射臨界角由幾何關系得 OOB S2RL·OOB 代入題所給條件得 SRL. 答案：RL6如圖13113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，當液面高為時，池底的光斑距離出液口.圖13113(1)試求：當液面高為H

5、時，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vh的速率勻速下降，試求池底的光斑移動的速率vx.解析：(1)作出光路圖如圖所示 由幾何關系知：由折射定律：n·代入h、l得：n聯(lián)立式得x·h.當hH時，解得x.(2)由x·h知，x·h，則·，即vx·vh.答案：(1)(2)·vh7(2010·蘇南模擬)一臺激光器，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

6、_(2)由于激光是亮度高、平行度好、單色性好的相干光，所以光導纖維中用激光作為信息高速傳輸?shù)妮d體要使射到粗細均勻的圓形光導纖維一個端面上的激光束都能從另一個端面射出，而不會從側壁“泄漏”出來，光導纖維所用材料的折射率至少應為多大解析：(1)激光器t時間內(nèi)發(fā)出的光能WPt由n，sinC，則Carcsin.(2)設激光束在光導纖維端面的入射角為i，折射角為r，折射光線射向側面時的入射角為i，折射角為r，如圖所示由折射定律：n，由幾何關系：ri90°，sinrcosi.由全反射臨界角的公式：sini，cosi ，要保證從端面射入的任何光線都能發(fā)生全反射，應有ir90°，sini1

7、.故n，解得n，故光導纖維的折射率至少應為.答案：(1)Ptarcsin(2)8.如圖13114所示為用某種透明材料制成的一塊柱體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160°，它射入棱鏡后射在BF面上的O點并恰好不從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×108 m/s)解析：(1)光路圖如圖所示(2)設光線在AB面的折射角為2，折射光線與OD的夾角為C，則n.由題意，光線在BF面恰好發(fā)生全反射，sinC，由圖可知，2C90°聯(lián)立以上各式解出n(或)又n，故解出v&#

8、215;108 m/s(或×108 m/s)答案：(1)見解析圖(2)(或)×108 m/s(或×108 m/s)9(2010·南通模擬)如圖13115所示，玻璃棱鏡ABCD可以看成是由ADE、ABE、BCD三個直角三棱鏡組成一束頻率為×1014 Hz的單色細光束從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c3×108 m/s，玻璃的折射率n，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面出射時的折射角(結果可用三角函數(shù)表示)解析：(1)設光在AD面的入射角、折射角分別為1、2，230°根據(jù)n得sin1nsin2×sin30°，1.(2)根據(jù)n得v m/s2×108 m/s，根據(jù)vf得 m×107 m.(3)光路如圖所示，光