高中物理教科版4第四章光的折射 學業(yè)分層測評16第4章3光的全反射

學業(yè)分層測評(十六)(建議用時：45分鐘)[學業(yè)達標]1．下列事例哪些應用了光的全反射現(xiàn)象()A．海市蜃樓B．用三棱鏡觀察太陽光譜C．某些光學儀器中用等腰直角玻璃三棱鏡改變光路90°D．水中的魚看起來比實際的要淺E．多面體鉆石能夠閃閃發(fā)光【解析】海市蜃樓和光學儀器中用等腰直角玻璃三棱鏡改變光路90°是利用了光的全反射現(xiàn)象，故A、C項正確；用三棱鏡觀察太陽光譜和水中的魚看起來比實際的要淺，都是光的折射現(xiàn)象，故B、D項錯誤．多面體鉆石閃閃發(fā)光是因為全反射現(xiàn)象，E正確．【答案】ACE2．已知介質對某單色光的臨界角為C，則下列說法正確的是()A．該介質對單色光的折射率等于eq\f(1,sinC)B．此單色光在該介質中的傳播速度等于csinC(c是光在真空中的傳播速度)C．此單色光在該介質中的傳播波長是在真空中波長的sinC倍D．此單色光在該介質中的頻率是在真空中的eq\f(1,sinC)倍E．此單色光從真空射向介質，入射角大于C時一定發(fā)生全反射【解析】由臨界角的計算式sinC＝eq\f(1,n)得n＝eq\f(1,sinC)，故選項A正確；將n＝eq\f(c,v)代入sinC＝eq\f(1,n)得sinC＝eq\f(v,c)，故v＝csinC，故選項B正確；設該單色光的頻率為f，在真空中的波長為λ0，在介質中的波長為λ，由波長、頻率、波速的關系得c＝λ0f，v＝λf，由sinC＝eq\f(v,c)＝eq\f(λ,λ0)得，λ＝λ0sinC，故選項C正確；該單色光由真空傳入介質時，頻率不發(fā)生變化，故選項D錯誤；此單色光從真空射向介質不會發(fā)生全反射，E錯誤．【答案】ABC3．一束光從空氣射向折射率為n＝eq\r(2)的某種玻璃的表面，如圖4-3-7所示，i代表入射角，則()【導學號：18640031】圖4-3-7A．當i＞45°時，會發(fā)生全反射現(xiàn)象B．無論入射角i是多大，折射角r都不會超過45°C．欲使折射角r＝30°，應以i＝45°的角入射D．當入射角i＝arctaneq\r(2)時，反射光線跟折射光線恰好互相垂直E．當光從玻璃射向空氣時，一定會發(fā)生全反射【解析】由于光從光疏介質射向光密介質，所以不會發(fā)生全反射，A項錯，B對；由折射定律計算可知C、D兩項正確；光從玻璃射向空氣，入射角大于臨界角時才能發(fā)生全反射，E錯誤．【答案】BCD4．下列說法中正確的是()A．因為水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介質B．因為水的折射率小于酒精的折射率，所以水對酒精來說是光疏介質C．同一束光，在光密介質中的傳播速度較大D．同一束光，在光密介質中的傳播速度較小E．光疏介質和光密介質相對于折射率來確定，與密度無關【解析】光在各種介質中的傳播速度和介質相對真空的折射率都是不同的．兩種介質相比較光在其中傳播速度大，而折射率小的介質叫光疏介質；光在其中傳播速度小，而折射率大的介質叫光密介質．光疏介質和光密介質與密度無關，A、C錯誤，B、D、E正確．【答案】BDE5．關于全反射，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．光線從光密介質射向光疏介質時，一定會發(fā)生全反射現(xiàn)象C．光從光疏介質射向光密介質時，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E．介質的臨界角越小就越容易發(fā)生全反射【解析】全反射是當光從光密介質射向光疏介質，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．介質的臨界角越小越容易發(fā)生全反射，A、B錯誤，C、D、E正確．【答案】CDE6．光纖通信是一種現(xiàn)代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高質量的通信服務．目前，我國正在大力建設高質量的寬帶光纖通信網(wǎng)絡．下列說法正確的是()A．光纖通信利用光作為載體來傳遞信息B．光導纖維傳遞光信號是利用光沿直線傳播的原理C．光導纖維傳遞光信號是利用光的色散原理D．目前廣泛應用的光導纖維是一種非常細的特制玻璃絲E．光在光纖內不斷地發(fā)生全反射，中途不會側漏【解析】光纖是利用光的全反射現(xiàn)象而實現(xiàn)光作為載體的信息傳遞，光纖是內芯折射率大于外層表皮折射率的很細的玻璃絲．故A、D、E正確，B、C錯誤．【答案】ADE7.如圖4-3-8所示，一束光線從空氣射入某介質，入射光線與反射光線夾角為90°，折射光線與入射光線延長線間夾角θ為15°，求：圖4-3-8(1)該介質的折射率；(2)光在該介質中傳播的速度；(3)當光從介質射入空氣時的臨界角．【解析】(1)由反射定律可知α＝β，由于α＋β＝90°，故入射角α＝45°；由圖可知r＋θ＝α＝45°，由于θ＝15°，故折射角r＝30°，所以該介質的折射率n＝eq\f(sinα,sinr)＝eq\f(sin45°,sin30°)＝eq\r(2).(2)由折射率與速度的關系n＝eq\f(c,v)得v＝eq\f(c,n)＝eq\f×108,\r(2))m/s＝×108m/s.(3)光從介質射入空氣時臨界角的正弦值sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(1,\r(2))＝eq\f(\r(2),2)，故臨界角C＝45°.【答案】(1)eq\r(2)(2)×108m/s(3)45°8.如圖4-3-9所示，AB為光導纖維，A、B之間距離為s，使一光脈沖信號從光導纖維中間入射，射入后在光導纖維與空氣的界面上恰好發(fā)生全反射，由A點傳輸?shù)紹點所用時間為t，求光導纖維所用材料的折射率n.圖4-3-9【解析】設介質的折射率為n，則有sinα＝sinC＝eq\f(1,n) ①n＝eq\f(c,v) ②t＝eq\f(\f(s,sinα),v)＝eq\f(s,vsinα) ③由以上三式解得t＝eq\f(s,\f(c,n)·\f(1,n))＝eq\f(sn2,c)，所以n＝eq\r(\f(ct,s)).【答案】eq\r(\f(ct,s))[能力提升]9．△OMN為玻璃等腰三棱鏡的橫截面．a(chǎn)、b兩束可見單色光從空氣垂直射入棱鏡底面MN，在棱鏡側面OM、ON上反射和折射的情況如圖4-3-10所示．由此可知()圖4-3-10A．棱鏡內a光的傳播速度比b光的小B．棱鏡內a光的傳播速度比b光的大C．a(chǎn)光的頻率比b光的高D．a(chǎn)光的波長比b光的長E．a(chǎn)光的臨界角大于b光的臨界角【解析】由題圖可知，a、b兩單色光以相同的入射角分別射向OM、ON兩界面，b光發(fā)生全反射，而a光發(fā)生折射，所以a光的折射率小于b光的折射率，因此a光的波長比b光的波長大，D正確；又v＝eq\f(c,n)，則在棱鏡內a光的傳播速度比b光的大，B正確．由圖可知，a光的臨界角大于b光的臨界角，E正確．【答案】BDE10.如圖4-3-11所示，空氣中有一橫截面為半圓環(huán)的均勻透明柱體，其內圓半徑為r，外圓半徑為R，R＝eq\r(2)r.現(xiàn)有一束單色光垂直于水平端面A射入透明柱體，只經(jīng)過兩次全反射就垂直于水平端面B射出．設透明柱體的折射率為n，光在透明柱體內傳播的時間為t，若真空中的光速為c，則()圖4-3-11A．n可能為eq\r(3)B．n可能為2C．t可能為eq\f(2\r(2)r,c)D．t可能為eq\f,c)E．t可能為eq\f(4\r(2)r,c)【解析】根據(jù)題意可畫出光路圖如圖所示，則兩次全反射時的入射角均為45°，所以全反射的臨界角C≤45°，折射率n≥eq\f(1,sin45°)＝eq\r(2)，A、B均正確；光在介質中的傳播速度v＝eq\f(c,n)≤eq\f(c,\r(2))，所以傳播時間t＝eq\f(x,v)≥eq\f(4\r(2)r,c)，C、D錯誤，E正確．【答案】ABE11.如圖4-3-12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．圖4-3-12(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＝×108m/s)．【解析】(1)光路圖如圖所示．(2)光線在BC面上恰好發(fā)生全反射，入射角等于臨界角C，sinC＝eq\f(1,n)，cosC＝eq\f(\r(n2－1),n).光線在AB界面上發(fā)生折射，折射角θ2＝90°－C，由幾何關系得sinθ2＝cosC，由折射定律得n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，由以上幾式聯(lián)立解得n＝eq\f(\r(6),2).(3)光速v＝eq\f(c,n)＝eq\r(6)×108m/s.【答案】(1)見解析圖(2)eq\f(\r(6),2)(3)eq\r(6)×108m/s12.如圖4-3-13所示，AOB是由某種透明物質制成的eq\f(1,4)圓柱體的橫截面(O為圓心)，其折射率為eq\r(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．設凡射到OB面的光線全部被吸收，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表面的幾分之幾？圖4-3-13【解析】如圖所