光的全反射后落實(shí)含解析魯科選擇性必修第一冊(cè)

光的全反射光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用(建議用時(shí)：40分鐘)◎題組一對(duì)全反射的理解1．(多項(xiàng)選擇)下述現(xiàn)象哪些是由于全反射造成的()A．露水珠或噴泉的水珠，在陽(yáng)光照耀下格外明亮B．直棒斜插入水中時(shí)呈現(xiàn)彎折現(xiàn)象C．口渴的沙漠旅行者，往往會(huì)看到前方有一潭晶瑩的池水，當(dāng)他們喜出望外地奔向那潭池水時(shí)，池水卻總是可望而不可及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，在水面上觀察水中的試管，看到試管壁特別明亮ACD[露水珠或噴泉的水珠，在陽(yáng)光照耀下在局部位置發(fā)生全反射，所以格外明亮，故A正確；直棒斜插入水中時(shí)呈現(xiàn)彎折現(xiàn)象是由于光的折射，故B錯(cuò)誤；口渴的沙漠旅行者，往往會(huì)看到前方有一潭晶瑩的池水，是折射和全反射形成的現(xiàn)象，故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，在水面上觀察水中的試管，看到試管壁特別明亮，是由于發(fā)生了全反射，故D正確．]2．(多項(xiàng)選擇)關(guān)于全反射，以下說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是()A．發(fā)生全反射時(shí)，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認(rèn)為不存在折射光線而只有反射光線B．光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，一定會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象C．光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)，不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D．水或玻璃中的氣泡看起來(lái)特別亮，就是因?yàn)楣鈴乃虿Ａ湎驓馀輹r(shí)，在界面發(fā)生全反射CD[全反射是當(dāng)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于等于臨界角時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象，發(fā)生全反射時(shí)全部光線均不進(jìn)入光疏介質(zhì)．由于光射向氣泡時(shí)發(fā)生了全反射，所以水或玻璃中的氣泡看起來(lái)特別亮，A、B錯(cuò)誤，C、D正確．]3．(多項(xiàng)選擇)如下圖，一束平行光從真空射向一塊半圓形的玻璃磚，以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A．只有圓心兩側(cè)一定范圍內(nèi)的光線不能通過(guò)玻璃磚B．只有圓心兩側(cè)一定范圍內(nèi)的光線能通過(guò)玻璃磚C．通過(guò)圓心的光線將沿直線穿過(guò)玻璃磚不發(fā)生偏折D．圓心兩側(cè)一定范圍外的光線將在曲面產(chǎn)生全反射BCD[垂直射向界面的光線不偏折，因而光束沿直線平行射到半圓面上．其中通過(guò)圓心的光線將沿直線穿過(guò)不發(fā)生偏折，入射角為零．由中心向外的光線，在半圓面上進(jìn)入真空時(shí)的入射角逐漸增大并趨近90°角，折射角一定大于入射角，所以一定會(huì)發(fā)生全反射．]◎題組二臨界角公式的分析和計(jì)算4．(多項(xiàng)選擇)如下圖，有一束平行于等邊三棱鏡截面ABC的單色光從空氣射向E點(diǎn)，并偏折到F點(diǎn)，入射方向與邊AB的夾角為θ＝30°，E、F分別為AB、BC的中點(diǎn)，那么()A．該棱鏡的折射率為eq\r(3)B．光在F點(diǎn)發(fā)生全反射C．光從空氣進(jìn)入棱鏡，波長(zhǎng)變小D．從F點(diǎn)出射的光束與入射到E點(diǎn)的光束平行AC[在E點(diǎn)作出法線可知入射角為60°，折射角為30°，折射率為eq\r(3)，故A對(duì)；在BC邊上的入射角小于臨界角，不會(huì)發(fā)生全反射，B錯(cuò)；由公式λ介＝eq\f(λ空氣,n)，可知C對(duì)；三棱鏡兩次折射使得光線都向底邊偏折，不會(huì)與入射到E點(diǎn)的光束平行，故D錯(cuò)．]5．某種液體的折射率為2，距液面下深h處有一個(gè)點(diǎn)光源，從液面上看液面被光源照亮的圓形區(qū)域的半徑為()A．eq\f(1,2)hB．hC．eq\f(\r(3),3)hD．eq\r(2)hC[設(shè)水面上的人看到水面被該光源照亮的圓形區(qū)域的半徑為r．如圖光線在圓形區(qū)域的邊緣恰好發(fā)生全反射，入射角等于臨界角C．由sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(1,2)得：C＝30°根據(jù)幾何關(guān)系可知：r＝eq\f(\r(3),3)h，選項(xiàng)C正確．]6．介質(zhì)對(duì)某單色光的臨界角為C，那么()A．此單色光在該介質(zhì)中的傳播速度等于在真空中的傳播速度的eq\f(1,sinC)倍B．該介質(zhì)對(duì)單色光的折射率等于eq\f(1,sinC)C．此單色光在該介質(zhì)中的傳播波長(zhǎng)是在真空中波長(zhǎng)的eq\f(1,sinC)倍D．此單色光在該介質(zhì)中的頻率是在真空中的eq\f(1,sinC)倍B[根據(jù)臨界角公式sinC＝eq\f(1,n)得n＝eq\f(1,sinC)，故B正確；光在介質(zhì)中傳播速度v＝eq\f(c,n)＝c·sinC(c是光在真空中的傳播速度)，故A錯(cuò)誤；設(shè)光在真空中與介質(zhì)中波長(zhǎng)分別為λ0和λ．由v＝eq\f(c,n)v＝λfc＝λ0f得：n＝eq\f(λ0,λ)那么得λ＝λ0sinC，故C錯(cuò)誤；光的頻率由光源決定，與介質(zhì)無(wú)關(guān)，那么此單色光在該介質(zhì)中的頻率與在真空中頻率相等，故D錯(cuò)誤．]7．有一束波長(zhǎng)為6×10－7m的單色光從空氣射入某種透明介質(zhì)，入射角為45°，折射角為30°，那么以下說(shuō)法正確的選項(xiàng)是()A．介質(zhì)的折射率是eq\f(1,\r(2))B．這束光在介質(zhì)中傳播的速度是1.5×108m/sC．這束光的頻率是5×1014HzD．這束光發(fā)生全反射的臨界角是30°C[該介質(zhì)的折射率為n＝eq\f(sin45°,sin30°)＝eq\r(2)，A錯(cuò)誤；光在介質(zhì)中傳播的速度是v＝eq\f(c,n)＝eq\f(3×108,\r(2))m/s＝eq\f(3\r(2),2)×108m/s，該束光的頻率為f＝eq\f(c,λ)＝eq\f(3×108,6×10－7)Hz＝5×1014Hz，B錯(cuò)誤，C正確；因?yàn)閟inC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(2),2)，該束光的全反射臨界角為45°，D錯(cuò)誤．]◎題組三光導(dǎo)纖維8．關(guān)于光纖的說(shuō)法，正確的選項(xiàng)是()A．光纖是由高級(jí)金屬制成的，所以它比普通電線容量大B．光纖是非常細(xì)的特制玻璃絲，但導(dǎo)電性能特別好，所以它比普通電線衰減小C．光纖是非常細(xì)的特制玻璃絲，由內(nèi)芯和外套兩層組成，光纖是利用全反射原理來(lái)實(shí)現(xiàn)光的傳導(dǎo)的D．在實(shí)際應(yīng)用中，光纖必須呈筆直狀態(tài)，因?yàn)閺澢墓饫w是不能傳導(dǎo)光的C[光導(dǎo)纖維的作用是傳導(dǎo)光，它是直徑為幾微米到一百微米之間的特制玻璃絲，且由內(nèi)芯和外套兩層組成，內(nèi)芯的折射率比外套的大．載有聲音、圖像及各種數(shù)字信號(hào)的激光傳播時(shí)，在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生全反射，光纖具有容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)．在實(shí)際應(yīng)用中，光纖是可以彎曲的，選項(xiàng)C正確．]9．一個(gè)半徑為r的薄軟木圓片，在它的圓心處插入一枚大頭針．讓它們浮在水面上，如下圖．調(diào)整大頭針露出的長(zhǎng)度，直至從水面上方的各個(gè)方向向水中看，都恰好看不到大頭針，這是因?yàn)榘l(fā)生了________現(xiàn)象．假設(shè)此時(shí)木片下方大頭針的長(zhǎng)度為h，那么水的折射率為_(kāi)___．[解析]觀察者在水面上各個(gè)方向都恰好看不到水下的大頭針，說(shuō)明由針頭射出的光線，恰好在水面與木片的邊緣處發(fā)生全反射．由題意作出光路圖如下圖，這時(shí)入射角等于臨界角，由幾何關(guān)系可得sinC＝eq\f(r,\r(h2＋r2))，又sinC＝eq\f(1,n)由以上兩式解得水的折射率為n＝eq\f(\r(r2＋h2),r)．[答案]全反射eq\f(\r(r2＋h2),r)1．(多項(xiàng)選擇)如下圖，ABC為一玻璃三棱鏡的截面，一束光線MN垂直于AB面射入，在AC面發(fā)生全反射后從BC面射出，那么()A．由BC面射出的紅光更偏向AB面B．由BC面射出的紫光更偏向AB面C．假設(shè)∠MNB變小，最先從AC面透出的是紅光D．假設(shè)∠MNB變小，最先從AC面透出的是紫光BC[在AC面發(fā)生全反射后從BC面射出時(shí)，所有光線在BC面上入射角相等，由于玻璃對(duì)紅光的折射率最小，對(duì)紫光的折射率最大，根據(jù)折射定律得到，在BC面上的折射角紅光的最小，紫光的最大，那么由BC面射出的紫光更偏向AB面，故A錯(cuò)誤，B正確；假設(shè)∠MNB變小，在AC面入射角減小，由于紅光的臨界角最大，當(dāng)入射角減小，最先不發(fā)生全反射，最先從AC面透出，故C正確，D錯(cuò)誤．應(yīng)選B、C．]2．(多項(xiàng)選擇)如下圖，空氣中有一橫截面為半圓環(huán)的均勻透明柱體，其內(nèi)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(guò)兩次全反射就垂直于水平端面B射出．設(shè)透明柱體的折射率為n，光在透明柱體內(nèi)傳播的時(shí)間為t，假設(shè)真空中的光速為c，那么()A．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(4.8r,c)AB[根據(jù)題意可畫(huà)出光路圖如下圖，那么兩次全反射時(shí)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正確；光在介質(zhì)中的傳播速度v＝eq\f(c,n)≤eq\f(c,\r(2))，所以傳播時(shí)間t＝eq\f(x,v)≥eq\f(4\r(2)r,c)，C、D錯(cuò)誤．]3．如下圖，足夠大的水平桌面上有一足夠大的平行玻璃磚．玻璃磚厚度d1＝8cm．玻璃磚的折射率n＝eq\f(4,3)，上外表被不透光黑紙覆蓋，黑紙中央有一半徑R＝8cm的圓形區(qū)域被挖去．圓形區(qū)域的圓心的正上方到玻璃磚的距離d2＝6cm處有一點(diǎn)光源A．求桌面被照亮的區(qū)域面積S．(計(jì)算結(jié)果保存兩位有效數(shù)字)[解析]作出光路圖如下圖，由幾何關(guān)系可知入射角正弦值sin∠ACB＝eq\f(4,5)由折射定律可知n＝eq\f(sin∠ACB,sin∠DCE)可得折射角正弦值sin∠DCE＝eq\f(3,5)由幾何關(guān)系可知DE＝d1tan∠DCE＝0.08×eq\f(3,4)m＝0.06m桌面被照亮的區(qū)域面積S＝πeq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(DE＋EO′))2．其中EO′＝8cm＝0.08m解得S≈6.2×10－2m2．[答案]S≈6.2×10－2m24．公園的湖面上修建了一個(gè)伸向水面的觀景平臺(tái)，如下圖為其豎直截面圖，水平湖底上的P點(diǎn)位于觀景平臺(tái)右側(cè)邊緣正下方，觀景平臺(tái)下外表距湖底的高度為H＝4m，在距觀景平臺(tái)右側(cè)邊緣正前方d＝4m處有垂直湖面足夠大的宣傳布幕．在P點(diǎn)左側(cè)l＝3m處湖底上的Q點(diǎn)安裝一單色光光源(可視為點(diǎn)光源)．水對(duì)該單色光的折射率n＝eq\f(4,3)，當(dāng)水面與觀景平臺(tái)的下外表齊平時(shí)，只考慮在圖中截面內(nèi)傳播的光，求：(1)該光源發(fā)出的光照射到布幕上的最高點(diǎn)距水面的高度h；(2)該光源發(fā)出的光能射出水面的最遠(yuǎn)位置距觀景平臺(tái)右側(cè)的最遠(yuǎn)距離s．[解析](1)光路如下圖．射向觀景平臺(tái)右側(cè)邊緣的光線折射后射到布幕上的位置最高，由折射定律得n＝eq\f(sini,sinγ)，而sinγ