新教材2024-2025學(xué)年高中物理第4章光專題提升5光的折射和全反射分層作業(yè)新人教版選擇性必修第一冊

光的折射和全反射A級必備學(xué)問基礎(chǔ)練1.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.r B.1.5r C.2r D.2.5r2.(多選)如圖所示,這是一玻璃球體,其半徑為R,O為球心,AB為水平直徑。M點(diǎn)是玻璃球的最高點(diǎn),來自B點(diǎn)的光線BD從D點(diǎn)射出,出射光線平行于AB,已知∠ABD=30°,光在真空中的傳播速度為c,則()A.此玻璃的折射率為3B.光線從B到D需用時(shí)3C.若增大∠ABD,光線不行能在DM段發(fā)生全反射現(xiàn)象D.若減小∠ABD,從AD段射出的光線均平行于AB3.(2024湖北襄陽高二期末)如圖所示,邊長為a的立方體透亮物質(zhì)的EFGH面的正中心有一點(diǎn)光源,可向各個(gè)方向射出單色光,在ABCD面上有光射出的范圍的面積為π3a2(不考慮光在其他面上的反射),則這種透亮物質(zhì)對此單色光的折射率等于(A.2 B.2C.3 D.34.如圖所示,扇形AOB為透亮柱狀介質(zhì)的橫截面,圓心角∠AOB=60°。一束平行于角平分線OM的單色光由OA射入介質(zhì),經(jīng)OA折射的光線恰平行于OB。(1)求介質(zhì)的折射率;(2)折射光線中恰好射到M點(diǎn)的光線(選填“能”或“不能”)發(fā)生全反射。

5.如圖所示為一半徑為R的透亮半球體過球心O的橫截面,面上P點(diǎn)到直徑MN間的垂直距離為d=22R。一細(xì)光束沿PO方向從P點(diǎn)入射,經(jīng)過面MON恰好發(fā)生全反射。若此光束沿平行MN方向從P點(diǎn)入射,從圓上Q點(diǎn)出射,光在真空中的傳播速度為c(1)透亮半球體的折射率n;(2)沿MN方向從P點(diǎn)入射的光在透亮半球體中的傳播時(shí)間t。B級關(guān)鍵實(shí)力提升練6.(多選)在光纖制造過程中,由于拉伸速度不勻稱,會使得拉出的光纖偏離勻稱的圓柱體,而呈現(xiàn)圓臺形態(tài)(如圖所示)。已知此光纖長度為L,圓臺對應(yīng)底角為θ,折射率為n,真空中光速為c?，F(xiàn)在光從下方垂直射入下臺面,則下列說法正確的是()A.光從真空射入光纖,光子的頻率不變B.光通過此光纖到達(dá)小截面的最短時(shí)間為LC.從上方截面射出的光束一定是平行光D.若滿意sinθ>1n7.(2024山東師范高校附中高二階段練習(xí))如圖所示,圓心為O、半徑為R的半圓形玻璃磚置于水平桌面上,光線從P點(diǎn)垂直界面入射后,恰好在玻璃磚圓形表面發(fā)生全反射;當(dāng)入射角θ=60°時(shí),光線從玻璃磚圓形表面出射后恰好與入射光平行。已知真空中的光速為c,則 ()A.玻璃磚的折射率為1.5B.OP之間的距離為22C.光在玻璃磚內(nèi)的傳播速度為33D.光從玻璃到空氣的臨界角為30°8.(2024廣東廣州高二期末)公園的湖面上有一伸向水面的混凝土觀景平臺,其豎直截面圖如圖所示,觀景平臺下表面恰好與水面相平,P點(diǎn)為觀景平臺右側(cè)面在湖底的投影,湖底水平,水深H=4m,在距觀景平臺右側(cè)面d=4m處有垂直湖面足夠大的幕布,幕布下邊緣剛好和水面接觸。在P點(diǎn)左側(cè)l=3m處的Q點(diǎn)裝有一單色點(diǎn)光源,該光源發(fā)出的光最高能照耀到幕布上距水面h=3m處。(1)求水對該單色光的折射率n;(2)若將該光源從Q點(diǎn)沿湖底向左移動,則移動多大距離時(shí)剛好沒有光照到幕布上?9.如圖所示,半徑為R的半球形玻璃磚放置在水平面上,折射率為n=53,圓心為O點(diǎn),半球形的最高點(diǎn)為Q點(diǎn)。在玻璃磚內(nèi)緊貼底面的P點(diǎn)放置一點(diǎn)光源,P點(diǎn)距O點(diǎn)的距離為22R。已知sin37°=35,cos37°(1)P點(diǎn)發(fā)出的光經(jīng)過Q點(diǎn)折射射出,求出射角的正弦值sinθ;(2)P點(diǎn)沿垂直底面方向發(fā)出的光能否干脆從玻璃磚球面射出?(3)若P點(diǎn)發(fā)出的光能從玻璃磚球面隨意位置干脆射出,P點(diǎn)距O點(diǎn)的距離L應(yīng)滿意什么條件?10.一艘賽艇停在安靜的水面上,賽艇前端有一標(biāo)記P離水面的高度為h1=0.6m,尾部下端Q略高于水面;賽艇正前方離賽艇前端s1=0.8m處有一浮標(biāo),如圖所示。一潛水員在浮標(biāo)前方s2=3.0m處下潛到深度為h2=4.0m時(shí),看到標(biāo)記P剛好被浮標(biāo)攔住,此處看不到賽艇尾端Q;接著下潛Δh=4.0m,恰好能望見Q。求:(1)水的折射率n;(2)賽艇的長度l。(可用根式表示)參考答案光的折射和全反射1.C如圖所示,玻璃的折射率為1.5,可得臨界角小于45°。在CB面上,由于入射角等于零,所以折射角也是零,因此折射光線不發(fā)生偏折。在O點(diǎn),由于入射角等于60°。所以會發(fā)生光的全反射,反射光線恰好垂直射出。因?yàn)镺N等于r,故OA等于2r,由于∠MOA=∠AMO=30°,所以AM等于2r,故選C。2.AB由題圖可知光線在D點(diǎn)的入射角i=30°,折射角r=60°,由折射率的定義得n=sinrsini,故n=3,A正確;光線在玻璃球中的傳播速度v=cn=33c,由題圖知BD=3R,所以光線從B到D需用時(shí)t=BDv=3Rc,B正確;若增大∠ABD,入射角增大,當(dāng)光線射向DM段時(shí),射向M點(diǎn)時(shí)入射角最大,為45°,而臨界角滿意sinC=1n=33<22=sin45°,即C<45°,故光線可以在DM段發(fā)生全反射現(xiàn)象,C錯(cuò)誤;∠ABD=i,由圖知∠DOA=23.B由于光的折射和全反射,ABCD面上有光射出的范圍是一個(gè)圓,設(shè)半徑為R,則πR2=π3a2,解得R=3a3,由幾何關(guān)系可知,全反射的臨界角C滿意sinC=34.答案(1)3(2)不能解析(1)依題意畫出光路圖,如圖甲所示。由幾何學(xué)問可知,入射角i=60°,折射角r=30°,依據(jù)折射定律得n=sinisinr,代入數(shù)據(jù)解得(2)如圖乙所示,可知θ=30°,所以不能發(fā)生全反射。5.答案(1)2(2)6解析(1)設(shè)透亮半球體的臨界角為C,光路如圖所示,則由幾何關(guān)系有sin(90°-C)=d又有sinC=1解得C=45°n=2。(2)由題意得光在P點(diǎn)的入射角i=45°設(shè)對應(yīng)的折射角為r,則sini解得r=30°光在透亮半球體中的傳播距離L=2Rcosr光在透亮半球體中的傳播時(shí)間t=L光在透亮半球體中的傳播速度v=c聯(lián)立解得t=6R6.AD光子的頻率由光源確定,與介質(zhì)無關(guān),所以光從真空射入光纖,光子的頻率不變,故A正確;光通過此光纖到達(dá)小截面的最短距離為L,光在光纖中的傳播速度v=cn,則光通過此光纖到達(dá)小截面的最短時(shí)間為t=Lv=nLc,故B錯(cuò)誤;通過光纖側(cè)面全反射后再從上方截面射出的光束與垂直射出上方截面的光束不平行,故C錯(cuò)誤;設(shè)臨界角為C,則sinC=1n。到達(dá)光纖側(cè)面時(shí)間線入射角等于θ7.C恰好發(fā)生全反射時(shí)如圖甲所示,有n=1sinC,入射角為60°時(shí),折射角為α,光路圖如圖乙所示,折射率n=sinθsinα,由圖中幾何關(guān)系可得OP=RsinC,tanα=sinαcosα=OPR=RsinCR=1n甲乙8.答案(1)43(2)12解析(1)點(diǎn)光源Q在距水面4m處發(fā)出的光在觀景臺右側(cè)面與水面交接處折射到幕布上,照耀到幕布的光最高,如圖甲所示,則sinα=332+水對該單色光的折射率n=sinβ甲(2)剛好沒有光照到幕布上時(shí),光照耀到水面時(shí)剛好發(fā)生全反射,如圖乙所示乙則sinC=1設(shè)光源到P點(diǎn)的距離為L,可得sinC=L解得L=127則光源向左移動Δx=L-l=1279.答案(1)539(2)不能從玻璃磚球面射出(3)L<解析(1)P點(diǎn)發(fā)出的光經(jīng)過Q點(diǎn)折射射出的光路如圖甲所示甲由幾何關(guān)系可知sinr=2n=sinsinθ=nsinr=53(2)P點(diǎn)沿垂直底面方向發(fā)出的光的光路如圖乙所示乙由幾何關(guān)系可知θ1=45°,n=1sinC,可得θ1>C,P點(diǎn)沿垂直底面方向發(fā)出的光在界面處發(fā)生了全反射,不能干脆從玻璃磚球面射出。(3)如圖丙所示,若P點(diǎn)發(fā)出的光能從玻璃磚球面隨意位置射出,則光線在磚內(nèi)的入射角α的最大值小于臨界角C丙由幾何關(guān)系可知L當(dāng)β=90°,即sinβ=1時(shí),sinα有最大值,α最大,即若P點(diǎn)沿垂直底面方向發(fā)出的光能夠干脆射出,則其他隨意位置均可干脆射出,得L<Rsin37°=35R10.答案(1)4(2)2477-3.8m解析(1)作