高中物理《選擇性必修第一冊(cè)》課后習(xí)題 2　全反射

2全反射必備知識(shí)基礎(chǔ)練1.關(guān)于全反射,下列敘述正確的是()A.發(fā)生全反射時(shí)仍有折射光線,只是折射光線非常弱B.光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí),一定會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象C.光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí),可能不發(fā)生全反射現(xiàn)象D.光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí),可能發(fā)生全反射現(xiàn)象2.光線由空氣透過(guò)半圓形玻璃磚,再射入空氣的光路圖中,正確的是(玻璃的折射率為1.5)()A.圖乙、丙、丁 B.圖乙、丁C.圖乙、丙 D.圖甲、丙3.(2021山西大學(xué)附二月考)如圖所示,自行車(chē)的尾燈采用了全反射棱鏡的原理。它雖然本身不發(fā)光,但在夜間騎行時(shí),從后面開(kāi)來(lái)的汽車(chē)發(fā)出的強(qiáng)光照到尾燈后,會(huì)有較強(qiáng)的光被反射回去,使汽車(chē)司機(jī)注意到前面有自行車(chē)。下面說(shuō)法正確的是()A.汽車(chē)燈光應(yīng)從左面射過(guò)來(lái)在尾燈的左表面發(fā)生全反射B.汽車(chē)燈光應(yīng)從左面射過(guò)來(lái)在尾燈的右表面發(fā)生全反射C.汽車(chē)燈光應(yīng)從右面射過(guò)來(lái)在尾燈的左表面發(fā)生全反射D.汽車(chē)燈光應(yīng)從右面射過(guò)來(lái)在尾燈的右表面發(fā)生全反射4.三種透明介質(zhì)疊放在一起,且相互平行,一束光在Ⅰ和Ⅱ兩介質(zhì)的界面上發(fā)生了全反射后,射向Ⅱ和Ⅲ兩介質(zhì)界面,發(fā)生折射,如圖所示,設(shè)定光在這三種介質(zhì)中的速率分別是v1、v2、v3,則它們的大小關(guān)系是()A.v1>v2>v3 B.v1>v3>v2C.v1<v2<v3 D.v2>v1>v35.(多選)(2021湖北武漢華中師大附中月考)用如圖所示的裝置觀察光的全反射現(xiàn)象,將半圓柱玻璃磚固定在量角器上,量角器的圓心O與半圓柱玻璃磚的圓心重合,半圓柱玻璃磚可繞圓心O旋轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)將只含有紅光和紫光的復(fù)色光PO,沿半徑方向從量角器30°的刻度線射入半圓柱玻璃磚,復(fù)色光PO被分成OA和OB兩光束,OA沿180°刻度線方向射出,OB沿150°刻度線方向射出。下列判斷正確的是()A.OB是復(fù)色光B.玻璃對(duì)紅光的折射率為2C.若半圓柱玻璃磚順時(shí)針旋轉(zhuǎn)α,OA消失,OB順時(shí)針旋轉(zhuǎn)2αD.若半圓柱玻璃磚逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)α,OA消失,OB順時(shí)針旋轉(zhuǎn)2α6.(2021山東高二期末)如圖所示,一運(yùn)動(dòng)員在清澈的水池里沿直線以0.5m/s的速度游泳,已知水深為7m,不考慮水面波動(dòng)對(duì)視線的影響。t=0時(shí)刻他看到自己正下方的水底有一小石塊,t=6s時(shí)他恰好看不到小石塊了(眼睛在水面之上),下列說(shuō)法正確的是()A.6s后,運(yùn)動(dòng)員會(huì)再次看到水底的小石塊B.水的折射率n=5C.水的折射率n=4D.水的折射率n=77.(2021山西朔州高二期中)如圖所示,一半徑為R,高度也為R的圓柱形均勻透明體的底面中心處有一點(diǎn)光源S,在圓柱體的上表面有一點(diǎn)M,M離上表面中心O的距離d=33R,經(jīng)過(guò)M(1)求透明體的折射率n;(2)從透明體上表面觀察,若要看不到光源,可用不透明的黑紙覆蓋上表面,求黑紙的最小面積Smin。關(guān)鍵能力提升練8.(多選)如圖所示,S為位于泳池底部的一點(diǎn)光源,當(dāng)泳池注入部分水時(shí),從泳池上方觀察發(fā)現(xiàn),被光源照亮的水面為一直徑等于d的圓形區(qū)域,若想讓被照亮區(qū)域的面積增大,可采取的方法是()A.繼續(xù)向泳池注水,增加水深B.放出部分池水,減小水深C.將水換成折射率比水大的某種液體D.將水換成折射率比水小的某種液體9.一束細(xì)光束由真空沿著徑向射入一塊半圓柱形透明體,如圖甲所示,對(duì)其射出后的折射光線的強(qiáng)度進(jìn)行記錄,發(fā)現(xiàn)折射光線的強(qiáng)度隨著θ的變化而變化,如圖乙的圖線所示,此透明體的臨界角為,折射率為。

10.如圖所示,玻璃材料制成的一棱鏡的截面圖由14圓弧和矩形組成,一細(xì)光束從圓弧AB的中點(diǎn)E點(diǎn)沿半徑射入棱鏡后,恰好在圓心O點(diǎn)發(fā)生全反射,經(jīng)CD面反射,再?gòu)膱A弧的F點(diǎn)射出,已知,OA=a,OD=24(1)出射光線與法線夾角的正弦值;(2)光在棱鏡中傳播的時(shí)間。11.如圖所示,一條長(zhǎng)度為l=5.0m的光導(dǎo)纖維的內(nèi)芯用折射率為n的材料制成,外套的折射率可認(rèn)為與空氣的折射率相等且等于1。一細(xì)束激光從其左端的中心點(diǎn)以i角入射到光導(dǎo)纖維的端面上,并射入其中,設(shè)折射角為α,經(jīng)過(guò)一系列的全反射后從右端面射出。(1)若n=2,i=45°,則該激光在光導(dǎo)纖維中的速度v是多大?(2)若n=2,i=45°,則該激光在光導(dǎo)纖維中的傳輸時(shí)間是多少?(3)若要保證不管i取何值時(shí),激光都不會(huì)從光導(dǎo)纖維的側(cè)面漏出,試求n的取值范圍。

參考答案2全反射1.C全反射發(fā)生的條件是光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)和入射角大于等于臨界角,二者缺一不可,故選項(xiàng)B、D錯(cuò)誤,C正確;發(fā)生全反射時(shí),折射光線全部消失,只剩下反射光線,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。2.B題圖甲、乙情景中,光由空氣進(jìn)入玻璃,由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì),應(yīng)有θ1>θ2,乙正確,甲錯(cuò)誤;題圖丙、丁情景中,光由玻璃進(jìn)入空氣中,sinC=1n=23<22=sin45°,即C<45°,3.C汽車(chē)燈光應(yīng)從右面射向自行車(chē)尾燈,光在尾燈內(nèi)部左表面發(fā)生全反射,使自行車(chē)后面的汽車(chē)司機(jī)發(fā)現(xiàn)前面有自行車(chē),避免事故的發(fā)生,A、B、D錯(cuò)誤,C正確。4.B光在Ⅰ和Ⅱ兩介質(zhì)的界面上發(fā)生了全反射,說(shuō)明Ⅰ的折射率小于Ⅱ的折射率,即n1<n2;光射向Ⅱ和Ⅲ兩介質(zhì)界面時(shí)發(fā)生了折射,而且折射角大于入射角,說(shuō)明Ⅱ的折射率大于Ⅲ的折射率,即n2>n3;介質(zhì)Ⅰ與Ⅲ相比較,介質(zhì)Ⅰ的折射率小于介質(zhì)Ⅲ的折射率,即有n1<n3,所以有n2>n3>n1,根據(jù)光在這三種介質(zhì)中的速率公式v=cn得知,光速與折射率成反比,則v1>v3>v25.AC光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì),一部分光反射,一部分光折射,則OB是反射的復(fù)色光,A正確;全反射的臨界角正弦值sinC=1n,紫光的折射率比紅光的折射率大,其臨界角小,紫光發(fā)生了全反射,紅光的臨界角為60°,紅光的折射率n=1sin60°=233,B錯(cuò)誤;玻璃半圓柱順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí),入射角變大,紫光和紅光都發(fā)生了全反射,法線旋轉(zhuǎn)α,6.Ct=6s時(shí)恰好看不到小石塊,則知光線恰好發(fā)生了全反射,入射角等于臨界角C,6s后,入射角大于臨界角,光線仍發(fā)生全反射,所以不會(huì)看到小石塊,故A錯(cuò)誤;t=6s時(shí)通過(guò)的位移為x=vt=0.5×6m=3m,根據(jù)全反射臨界角公式得sinC=1n,sinC=xh2+x2=34,則n=7.答案(1)3(2)12πR解析(1)如圖所示,tanθ=dR=33,解得入射角i=θ=30°,折射角為r=60°,(2)設(shè)臨界角為C,黑紙的最小半徑為rmin,則sinC=1n=33,i=C時(shí)恰好發(fā)生全反射,由幾何關(guān)系可知sinC=rminrmin2+R28.AD設(shè)h為水的深度,水面上形成的光斑邊緣光線恰好未發(fā)生全反射,入射角等于臨界角C,根據(jù)幾何關(guān)系知tanC=d2h,繼續(xù)向泳池注水,增加水深,臨界角C不變,d增大,被照亮區(qū)域的面積增大,故A正確;同理可知,放出部分池水,被照亮區(qū)域的面積減小,故B錯(cuò)誤;根據(jù)sinC=1n可知,將水換成折射率比水大的某種液體,臨界角C減小,根據(jù)tanC=d2h可知,d減小,被照亮區(qū)域的面積減小,同理可知,將水換成折射率比水小的某種液體,被照亮區(qū)域的面積增大,9.答案60°2解析由題圖乙的圖線可知,當(dāng)θ小于等于30°時(shí),入射角大于等于60°,折射光線的強(qiáng)度為零,所以此透明體的臨界角為60°,由臨界角公式sinC=1n,解得n=210.答案(1)22(2)解析(1)作出光路圖如圖。根據(jù)幾何關(guān)系可知,臨界角為C=45°根據(jù)全反射定律得n=1OG=2OD=12sinα=OG根據(jù)折射定律得n=sinβsinα,解得sinβ(2)光在棱鏡中的傳播速度v=c由幾何知識(shí)得,光線傳播的長(zhǎng)度為l=a+12a+3光在棱鏡中傳播的時(shí)間t=lv11.答案(1)2.1×108m/s(2)2.7×10-8s(3)n≥2解析(1)由n=cv可得v=2.1×108m/s(2)由n=sinisinα和臨界角公式sinC=1n可知,光從左端面射入后的折射角α=30°,則側(cè)面的入射角為60