2024-2025學(xué)年高中物理第四章光的折射3光的全反射課時評價含解析教科版選修3-4

PAGE9-光的全反射(40分鐘100分)一、選擇題(本題共7小題,每題6分,共42分)1.(2024·遂寧高二檢測)夏天,海面上下層空氣的溫度比上層空氣的溫度低?？梢栽O(shè)想海面上的空氣是由折射率不同的很多水平氣層組成的。景物發(fā)出的光線由于不斷被折射,越來越偏離原來的方向、人們逆著光線看去就出現(xiàn)了蜃景。如圖所示,則下列說法正確的是 ()A.蜃景是景物由于海平面對光的反射所成的像B.海面上上層空氣的折射率比下層空氣的折射率大C.A是蜃景,B是景物D.B是蜃景,A是景物【解析】選C。當(dāng)大氣層比較安靜時,空氣的密度隨溫度的上升而減小,對光的折射率也隨之減小,海面上空氣的溫度比空中低,空氣的折射率下層比上層大。遠(yuǎn)處的景物發(fā)出的光線射向空中時,不斷被折射,射向折射率較低的上一層的入射角越來越大,當(dāng)光線的入射角大到臨界角時,就會發(fā)生全反射現(xiàn)象。在地面旁邊的視察者就可以視察到由空中射來的光線形成的虛像。這就是空中樓閣的景象。故選C?！炯庸逃?xùn)練】(多選)下列事例哪些應(yīng)用了光的全反射現(xiàn)象 ()A.漂亮的彩虹B.用三棱鏡視察太陽光譜C.某些光學(xué)儀器中用等腰直角玻璃三棱鏡變更光路90°D.水中的魚看起來比實際的要淺【解析】選A、C。漂亮的彩虹和光學(xué)儀器中用等腰直角玻璃三棱鏡變更光路90°是利用了光的全反射現(xiàn)象,故A、C項正確;用三棱鏡視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。2.已知介質(zhì)對某單色光的臨界角為C,則下列說法錯誤的是 ()A.該介質(zhì)對單色光的折射率等于B.此單色光在該介質(zhì)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(zhì)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(zhì)中的頻率是在真空中的倍【解析】選D。由臨界角的計算式sinC=得n=,故選項A正確;將n=代入sinC=得sinC=,故v=csinC,故選項B正確;設(shè)該單色光的頻率為f,在真空中的波長為λ0,在介質(zhì)中的波長為λ,由波長、頻率、波速的關(guān)系得c=λ0f,v=λf,由sinC==得,λ=λ0sinC,故選項C正確;該單色光由真空傳入介質(zhì)時,頻率不發(fā)生變更,故選項D錯誤。3.一束光從某介質(zhì)進(jìn)入真空,方向如圖所示,則下列推斷中正確的是 ()A.該介質(zhì)的折射率是B.該介質(zhì)的折射率是C.該介質(zhì)相對真空發(fā)生全反射的臨界角是45°D.光線按如圖所示的方向入射,無論怎樣變更入射方向都不行能發(fā)生全反射現(xiàn)象【解析】選B。上面是介質(zhì),下面是真空,入射角i=30°,折射角r=60°,則折射率n===,故選項A錯誤,選項B正確;sinC==<,則C<45°,故選項C錯誤;光線按如題圖所示的方向入射,光是從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì),只要入射角大于臨界角,就會發(fā)生全反射現(xiàn)象,故選項D錯誤。4.很多公園的水池底都裝有彩燈,當(dāng)一細(xì)束由紅、藍(lán)兩色組成的燈光從水中斜射向空氣時,關(guān)于光在水面可能發(fā)生的反射和折射現(xiàn)象,下列光路圖中正確的是()【解析】選C。紅光、藍(lán)光都要發(fā)生反射,紅光的折射率較小,所以紅光發(fā)生全反射的臨界角較藍(lán)光大,藍(lán)光發(fā)生全反射時,紅光不肯定發(fā)生,故C正確。5.(2024·達(dá)州高二檢測)如圖所示,一個透亮玻璃球的折射率為,一束足夠強的細(xì)光束在過球心的平面內(nèi),以45°入射角由真空射入玻璃球后,在玻璃球與真空的交界面處發(fā)生多次反射和折射,從各個方向視察玻璃球,能看到從玻璃球內(nèi)射出的光線的條數(shù)是 ()A.2B.3C.4D.5【解析】選B。sinC==,C=45°;n=,θ=30°。光路圖如圖所示。所以共有3條光線射出玻璃球。【加固訓(xùn)練】(多選)如圖所示為始終角棱鏡的橫截面,∠BAC=90°,∠ABC=60°。一平行細(xì)光束從O點沿垂直于BC面的方向射入棱鏡。已知棱鏡材料的折射率n=,若不考慮入射光線在BC面上的反射光,則有光線 ()A.從AB面射出B.從AC面射出C.從BC面射出,且與BC面斜交D.從BC面射出,且與BC面垂直【解析】選B、D。由全反射條件:sinC==,所以C=45°。由已知幾何學(xué)問和反射定律、折射定律作出光路圖如圖,通過分析計算可以推斷:光線在AB面發(fā)生全反射,在AC面不發(fā)生全反射,即既有折射光線,又有反射光線,且其反射光線垂直于BC面射出。6.(多選)如圖所示,一束細(xì)光線a射到Ⅰ、Ⅱ兩種介質(zhì)的界面后,反射光束只有b,折射光束只有c。下列說法正確的是 ()A.若a是復(fù)色光,則b、c都肯定是復(fù)色光B.若a是單色光,則b、c都肯定是單色光C.若b是復(fù)色光,則a、c都肯定是復(fù)色光D.若b是單色光,則a、c都肯定是單色光【解析】選B、D。光射到兩種介質(zhì)界面上,肯定有反射,但不肯定有折射;不同頻率的光入射角相同時,折射角肯定不同。若a是復(fù)色光,b肯定是復(fù)色光,而折射光線只有c,c肯定是單色光,而且只有這種頻率的光發(fā)生了折射,其余頻率的光都發(fā)生了全反射,故A錯誤;若a是單色光,b、c肯定是單色光,故B正確;若b是復(fù)色光,說明a是復(fù)色光,但c只能是單色光,故C錯誤;若b是單色光,說明a肯定是單色光,因此c也肯定是單色光,故D正確。7.如圖所示,空氣中有一橫截面為半圓環(huán)的勻稱透亮柱體,其內(nèi)圓半徑為r,外圓半徑為R,R=r?，F(xiàn)有一束單色光垂直于水平端面A射入透亮柱體,只經(jīng)過兩次全反射就垂直于水平端面B射出。設(shè)透亮柱體的折射率為n,光在透亮柱體內(nèi)傳播的時間為t,若真空中的光速為c,則 ()A.n可能為 B.n可能為1.2C.t可能為 D.t可能為【解題指南】解答本題時應(yīng)明確以下兩點:(1)依題意畫出光路圖。(2)確定臨界光線,找尋幾何關(guān)系從而得到n的取值范圍?！窘馕觥窟xA。只經(jīng)過兩次全反射,光路圖如圖所示,可知第一次入射角為45°。依據(jù)全反射條件可知臨界角C≤45°,再依據(jù)n=可知n≥,故A對、B錯;光在透亮柱體中運動路程為L=4r,運動時間為t==,則t≥,則C、D均錯。二、非選擇題(18分,要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計算的要注明單位。)8.如圖,一玻璃工件的上半部是半徑為R的半球體,O點為球心;下半部是半徑為R、高為2R的圓柱體,圓柱體底面鍍有反射膜。有一平行于中心軸OC的光線從半球面射入,該光線與OC之間的距離為0.6R。已知最終從半球面射出的光線恰好與入射光線平行(不考慮多次反射)。求該玻璃的折射率。【解析】如圖所示,依據(jù)光路的對稱性與光路的可逆性知,與入射光線相對于OC軸對稱的出射光線肯定與入射光線平行,故從半球面射入的折射光線,將從圓柱體中心C點反射。設(shè)光線在半球面的入射角為i,折射角為r,由折射定律有:sini=nsinr;由正弦定理有:=由幾何關(guān)系,入射點的法線與OC的夾角為i。設(shè)入射光線與OC的距離為L,由題設(shè)條件和幾何關(guān)系有:sini=;由以上幾式解得:sinr=,n=≈1.43答案:1.439.(7分)(多選)(2024·南充高二檢測)一束細(xì)光束由真空沿著徑向射入一塊半圓柱形透亮體,如圖甲所示,對其射出后的折射光線的強度進(jìn)行記錄,發(fā)覺折射光線的強度隨著θ的變更而變更,如圖乙的圖線所示,則下列說法正確的是 ()A.透亮體的臨界角為30°B.透亮體的臨界角為60°C.透亮體的折射率為D.透亮體的折射率為【解析】選B、C。由題圖乙的圖線可知,當(dāng)θ小于等于30°時,入射角大于等于60°,折射光線的強度為零,光線產(chǎn)生全反射現(xiàn)象,所以此透亮體的臨界角為60°,故選項A錯誤,選項B正確;由臨界角公式sinC=,解得n=,故選項C正確,D錯誤。10.(7分)(多選)如圖所示,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,并偏折到F點,已知入射方向與邊AB的夾角為θ=30°,E、F分別為邊AB、BC的中點,則 ()A.該棱鏡的折射率為B.光在F點發(fā)生全反射C.光從空氣進(jìn)入棱鏡,波長變小D.從F點出射的光束與入射到E點的光束平行【解析】選A、C。在E點作出法線可知入射角為60°,折射角為30°,折射率為,A正確;由光路的可逆性可知,在BC邊上的入射角小于臨界角,不會發(fā)生全反射,B錯誤;由公式λ介=,可知C正確;三棱鏡兩次折射使得光線都向底邊偏折,不會與入射到E點的光束平行,故D錯誤。11.(13分)如圖所示,一根長為L的直光導(dǎo)纖維,它的折射率為n,一束激光從它的左側(cè)端面射入,又從它的右側(cè)端面射出,調(diào)整激光束的入射方向,可測得激光束在直光導(dǎo)纖維中經(jīng)驗的最短時間為t1,最長時間為t2,求t1與t2之比?！窘馕觥考す馐怪弊髠?cè)端面射入時,激光束在直光導(dǎo)纖維中經(jīng)驗的時間最短,由t1=及n=解得t1=。要使激光在直光導(dǎo)纖維內(nèi)經(jīng)驗的時間最長,就要求激光在光導(dǎo)纖維內(nèi)的路程最長,這就要求每一次反射時,入射角θ最小,即入射角θ恰為臨界角C。當(dāng)θ=C時,激光的路程最長,所用時間也最長,此時激光束在沿光導(dǎo)纖維方向的速度重量為vsinθ,設(shè)光速為c,由L=(vsinC)t2及n=、sinC=,解得t2=,故=。答案:12.(13分)如圖所示,在真空中有一等腰棱鏡ABC,頂角∠C=120°,一束單色光從AB邊上的P點射入棱鏡,入射光線與AC邊平行,又從AB邊Q點射出,且射出的光線與CB邊平行。已知AC長為2L,AP長為L。求(1)該棱鏡的折射率。(2)若光在真空中的速度為c,求光在棱鏡中運動的時間。【解析】(1)光路圖如圖所示:因為△ABC是等腰三角形,頂角∠C=120°,可知底角∠A=∠B=30°由幾何關(guān)系可知:從P點的入射光線與AB邊