高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第一册第三节 光的全反射与光纤技术精练

4.3光的全反射与光纤技术同步练习2021—2022学年高中物理粤教版（2019）选择性必修第一册

一、选择题（共15题）

1．光导纤维是利用光的全反射来传输光信号的．光导纤维由内、外两种材料制成，内芯材料的折射率为，外层材料的折射率为，如图的一束光信号与界面夹角为，由内芯射向外层，要想在此界面发生全反射，必须满足的条件是（　　）

A．n1＞n2，α大于某一值

B．n1＜n2，α大于某一值

C．n1＞n2，α小于某一值

D．n1＜n2，α小于某一值

2．一束复色光射入玻璃砖（上、下两表面平行）后分成两束单色光①和②，已知入射光与玻璃砖上表面的夹角为，光束①与上表面的反射光（图中未画出）相互垂直。若玻璃砖对光束②的折射率为n，光束②在玻璃砖里发生全反射的临界角为C，则下列说法正确的是（　　）

A．

B．

C．光束①能在玻璃砖的下表面发生全反射

D．光束②能在玻璃砖的下表面发生全反射

3．如图所示，夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰、船舶、楼台、亭阁、集市、庙宇等出现在远方的空中，古人不明白产生这种景象的原因，对它作了不科学的解释，认为是海中蛟龙(即蜃)吐出的气结成的，因而叫做“海市蜃楼”，也叫蜃景，沙漠里有时也会看到远处的水源、仙人掌近在咫尺，可望而不可即，这也是“蜃景”，下列有关蜃景的说法中错误的是(　　)

A．海面上层空气的折射率比下层空气的折射率要小

B．沙面上层空气的折射率比下层空气的折射率要小

C．A是蜃景，B是景物

D．C是蜃景，D是景物

4．如图所示，一束复色可见光入射到置于空气中的平行玻璃砖MNPQ上，穿过玻璃砖后从下表面射出a、b两束单色光，则下列说法正确的是（　　）

A．a、b两束单色光可能不平行

B．改变入射方向，a、b两束单色光的间距不变

C．只增加玻璃转的厚度，a、b两束单色光的间距不变

D．即使增大MN面上入射光的入射角，a、b两束单色光在PQ面上也不会因发生全反射而消失

5．如图所示，折射率为的三棱镜，横截面为直角三角形ABC，∠A=90°，∠B=30°，D为AB边上一点，且xBD=2xDA。一束平行光平行于BC从AB边射入三棱镜，光在真空中传播的速度为c。下列说法正确的是（　　）

A．光在AB边的折射角为30°

B．光在三棱镜中的传播速度为c

C．光从BD之间入射，能从BC边射出

D．光从AD之间入射，能从AC边射出

6．某玻璃三棱镜的截面如图所示，其折射率为，该三棱镜的AB边竖直放置，，，当一束水平单色光照射在三棱镜AB边上时，光在AC边上的折射角为（不考虑光在玻璃中的多次反射）（       ）

A． B． C． D．

7．如图所示为一半圆形玻璃砖的截面，O点为玻璃砖的圆心，AB为玻璃砖的直径。B固定一点光源，向玻璃砖内各个方向发出单色光，只有弧面AD上有光线射出。已知弦AD的长度为（R为玻璃砖的半径），则该玻璃砖的折射率为（　　）

A． B． C． D．

8．霓是大气中有时和虹一起出现的一种光的现象，也叫“副虹”。它的形成原理与彩虹大致相同，太阳光在水珠中的反射比彩虹多了一次，是经过水珠的两次折射和两次反射形成的，其成因的简化示意图如图所示，其中a、b是两种不同频率的单色光，则a、b两光相比较（　　）

A．b光的频率更高

B．在同一介质中，a光的传播速度更快

C．分别照射同一狭缝，a光通过狭缝时的衍射现象更明显

D．从水中射入空气时，b光发生全反射的临界角更大

9．如图所示，一光束包含两种不同频率的单色光，从空气射向两面平行玻璃砖的上表面，玻璃砖下表面有反射层，光束经两次折射和一次反射后，从玻璃砖上表面分为a、b两束单色光射出。下列说法正确的是（　　）

A．a光的频率小于b光的频率

B．光束a在玻璃中的传播速度较大

C．出射光束a、b一定不平行

D．a、b两色光从同种玻璃射向空气时，a光发生全反射的临界角小

10．图示为某透明介质的截面图，圆弧的半径为R，O点为圆心，D点为半径OB的中点，OC=R。某一光线沿P1P2射入介质，射到C点时恰好发生全反射，且从D点射出介质。则透明介质的折射率n和光线P1P2的入射角θ为（　　）

A．，30° B．，30° C．，45° D．，45°

11．如图所示， 是一直角三棱镜的横截面， ， 。一细光束从AB边上的D点以与AB边成45°角射入三棱镜，AD长度为a，AC长度为2 ，三棱镜的折射率为，光在真空中的传播速度为c，不考虑多次反射。下列说法正确的是（　　）

A．光在三棱镜中发生全反射的临界角为30°

B．光在AC面上一定发生全反射

C．光在BC面上一定发生全反射

D．光束在三棱镜中传播的时间为

12．水下一点光源，发出、两单色光。人在水面上方向下看，发现水面中心区域有光、光射出，Ⅱ区域只有光射出，Ⅱ区域以外没有光射出，如图所示。下列判断不正确的是（　　）

A．、光从Ⅰ区域某点倾斜射出时，光的折射角小

B．在真空中，光的波长大于光的波长

C．水对光的折射率大于对光的折射率

D．水下、光能射到图中Ⅱ区域以外区域

13．如图，光导纤维由内芯和外套两部分组成，内芯折射率比外套的大，光在光导纤维中传播时，光在内芯和外套的界面上发生全反射。假设外套为空气，一束红光由光导纤维的一端射入内芯，红光在内芯与空气的界面上恰好发生全反射，经时间t1从另一端射出；另让一束绿光也从光导纤维的一端射入，绿光在内芯与空气的界面上也恰好发生全反射，经时间，t2从另一端射出。下列说法正确的是（　　）

A．内芯对红光的折射率n1与对绿光的折射率n2之比为

B．内芯对红光的折射率n1与对绿光的折射率n2之比为

C．红光在内芯中的传播速度v1与绿光在内芯中的传播速度v2之比为

D．红光在内芯中的传播速度v1与绿光在内芯中的传播速度v2之比为

14．光纤主要由折射率较大的纤芯与折射率较小的外套组成．在光纤中传输的信号是脉冲光信号．当一个光脉冲从光纤中输入，经过一段长度的光纤传输之后，其输出端的光脉冲会变宽，这种情况较严重（脉冲变宽到一定程度）时会导致信号不能被正确传输．引起这一差别的主要原因之一是光通过光纤纤芯时路径长短的不同（如图），沿光纤轴线传输的光纤用时最短，在两种介质界面多次全反射的光线用时最长．为简化起见，我们研究一根长直光纤，设其内芯折射率为n1，外套折射率为n2．在入射端，光脉冲宽度（即光持续时间）为Δt，在接收端光脉冲宽度（即光持续时间）为Δt＇,   Δt＇>Δt

A．为了保证光脉冲不从外套“漏”出，内芯和包套材料折射率的关系应满足：n1<n2

B．内芯材料的折射率n1越大，光脉冲将越不容易从外套“漏”出

C．为了尽可能减小Δt＇和Δt的差值，应该选用波长更短的光

D．为了尽可能减小Δt＇和Δt的差值，应该减小光纤的直径

15．在两种介质的界面处发生全反射，由此可判定：(       )

①光由光密介质射向光疏介质       ②光由光疏介质射向光密介质   ③入射角等于或大于临界角   ④入射角小于临界角

A．①③ B．②④ C．①④ D．②③

二、填空题（共4题）

16．如图所示，ABCD为某棱镜的横截面，其中∠B=∠C=90°，∠D=75°，某同学想测量该棱镜的折射率，他用激光笔从BC边上的P点射入一束激光，激光从Q点射出时与AD边的夹角为45°，已知QE⊥BC，∠PQE=15°，则该棱镜的折射率为_____，若改变入射激光的方向，使激光在AD边恰好发生全反射，其反射光直接射到CD边后_____（能或不能）从CD边射出。

17．测定玻璃的折射率。取一块半圆形玻璃砖，O点为圆心，一束红色激光从左侧圆面对准圆心O进入玻璃砖，最初入射光线垂直于玻璃砖右侧平面，如图中实线所示。保持入射光方向和O点位置不变，让玻璃砖绕O点沿逆时针方向缓慢旋转，当转过θ角时（图中虚线位置），折射光线消失。则玻璃对红光的折射率n= _____．若换绿色激光重复上述实验，则折射光线消失时，玻璃砖转过的角度θ′____   θ（选填“>”、“=”或“<”）。

18．如图所示，一扇形玻璃棱镜OABC，O是圆心，半径为R，其中∠AOB=，∠BOC=。一单色光垂直于AO射入棱镜，且能射到B点。该玻璃棱镜的折射率为，该单色光在B点_________(填“发生”或“不发生”)全反射，该单色光离开棱镜的位置到O点的距离为_________。

19．（1）在“测定玻璃折射率”的实验中，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图所示。当光线由玻璃砖射入空气时，全反射临界角的正弦值是___________；从图线可知玻璃砖的折射率是___________。

（2）水面上水波的速度跟水深度有关，其关系式为，式中h为水的深度，g为重力加速度。如图甲所示是某水域的剖面图，A、B两部分深度不同，图乙是从上往下俯视，O点处于两部分水面分界线上，M和N分别处在A和B两区域水面上的两点。t=0时刻O点从平衡位置向上振动，形成以O点为波源向左和向右传播的水波，可看作是简谐横波。t=2.5s时O点第二次到达波峰，此时M点第一次到达波峰。已知B区域水波振幅为A=5cm，水深为m，OM间距离为4.0m，ON间距离为3.0m，g=10m/s2求：

①A区域的水深hA___________；

②N点在t=3s时的振动方向___________及它在t=0至t=3s时间内的位移___________；

③t=10s时，处在B水域水面上的Q点（图中未标出）处于波峰，且OQ间只有一个波峰，则Q点在t=0至t=10s时间内振动的路程是多少___________？

三、综合题（共4题）

20．如图所示，半圆形玻璃砖固定在水平桌面上，圆心为O半径为R。A点是的中点光线从A垂直于半径入射，在B点恰好发生全反射，反射光线到达C点。已知光在真空中传播的速度为c，不考虑光的多次反射。求：

①玻璃砖的折射率；

②光从A到C所用的时间。

21．如图所示，在水面下方h=1.0m处有一个与水面平行的细发光管AB，AB长L=0.7m。由A点发出的某条光线射到水面的入射角为37°时，其折射光与水面夹角也为37°，已知sin37°=0.6，cos37°=0.8.求：

（1）水对此单色光的折射率n；

（2）水面上有光线射出的区域面积S。

22．由两种不同透明介质制成的直角三棱镜甲和乙，并排放在一起刚好构成一截面为正三角形的棱镜，甲的折射率为，一细光束由AB边的中点O斜射入棱镜甲，已知入射光线在AB边的入射角的正弦值为，经折射后该光束刚好在棱镜乙的AC边发生全反射，最后从BC边射出，已知真空中的光速为，AB边的长度为，求该细光束在棱镜中的传播时间。

23．如图表示两面平行玻璃砖的截面图，一束平行于CD边的单色光入射到AC界面上，a、b是其中的两条平行光线。光线a在玻璃砖中的光路已给出。画出光线b从玻璃砖中首次出射的光路图，并标出出射光线与界面法线夹角的度数。

参考答案：

1．C

2．A

3．B

4．D

5．A

6．B

7．B

8．D

9．D

10．B

11．B

12．C

13．A

14．B

15．A

16．          激光能够从CD边出射

17．          <

18．     发生    

19．          1.5     0.40m     在平衡位置向上振动     0m     0.65m

20．①；②

21．（1）；（2）

22．

23．