高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第3节 光的全反射当堂达标检测题

这是一份高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第3节 光的全反射当堂达标检测题，共16页。试卷主要包含了下列说法正确的是，光在某种介质中的传播速度是1，下述现象哪些是由于全反射造成的等内容，欢迎下载使用。
基础过关练
题组一 光疏介质和光密介质
1.(多选题)下列说法正确的是( )
A.因为水的密度大于酒精的密度,所以水是光密介质
B.因为水的折射率小于酒精的折射率,所以水对酒精来说是光疏介质
C.同一束光,在光密介质中的传播速度较大
D.同一束光,在光密介质中的传播速度较小
2.(多选题)(2024河北沧州月考)一束光从介质1进入介质2,如图所示,下列对于1、2两种介质的光学属性判断中正确的是( )
A.介质1是光疏介质
B.介质1的折射率大
C.光在介质1中传播速度大
D.光在介质2中传播速度大
题组二 对光的全反射的理解
3.(多选题)光在某种介质中的传播速度是1.5×108 m/s,光从该介质射向空气时( )
A.该介质的临界角是30°
B.大于或等于30°的所有角都是临界角
C.入射角大于或等于30°时都能发生全反射
D.该介质的临界角可能是60°
4.如图所示,等腰三角形ABC为一棱镜的横截面(AB=AC)。一束光线垂直于AB入射,恰好在AC面上发生全反射,并垂直于BC射出棱镜。则该棱镜的折射率为( )
A.233 B.1.5 C.3 D.2
5.如图所示,同种色光以相同的入射角从空气射入三块折射率不同的平行玻璃砖中,已知平行玻璃砖的大小相同,入射点在玻璃砖上的位置相同,则( )
A.玻璃砖①对该种色光的折射率最大
B.光线在玻璃砖③中的传播速度最大
C.光线都能从玻璃砖的下表面射出
D.只要增大入射角,其中一块玻璃砖的下表面肯定会发生全反射
6.(2024山东济南期末统考)日晕是太阳光通过卷层云时受到冰晶的折射或反射而形成的一种物理现象,其简化原理图如图所示。关于甲、乙两种光,下列说法正确的是( )
A.甲光的频率大于乙光的频率
B.甲光在冰晶中的传播速率大于乙光在冰晶中的传播速率
C.甲光在冰晶中的传播时间可能等于乙光在冰晶中的传播时间
D.从冰晶射入空气时,甲光发生全反射的临界角小于乙光发生全反射的临界角
7.(2024河北邯郸九校联考期中)如图所示,水面上漂浮一半径为R=0.25 m的圆形荷叶,O点为荷叶的圆心,一只小蝌蚪从距水面h=724 m 的A点以速度v=0.05 m/s向下运动,A点在O点的正下方,已知水的折射率为43,则在小蝌蚪向下运动过程中,在水面之上看不到小蝌蚪的时间为( )
A.572 s B.576 s C.573 s D.574 s
8.(2024江苏镇江第一中学期中)一束范围足够大的平行激光束,垂直于半圆柱透镜的平面射到半圆柱透镜上,如图所示,已知其中一条光线沿直线穿过透镜,它的入射点是O,另一条光线的入射点为A,穿过透镜后两条光线交于P点,已知透镜横截面的圆半径为R,OA=12R,OP=3R。光在真空中的速度为c。
(1)求透镜材料的折射率;
(2)求入射点为A的光从A传播到P所需的时间;
(3)求光能从半圆柱透镜射出的入射光宽度x。
题组三 全反射现象的应用
9.(多选题)下述现象哪些是由于全反射造成的( )
A.露珠或喷泉的水珠,在阳光照耀下格外明亮
B.直棒斜插入水中时呈现弯折现象
C.口渴的沙漠旅行者,往往会看到前方有一潭晶莹的池水,当他们喜出望外地奔向那潭池水时,池水却总是可望而不可即
D.在盛水的玻璃杯中放一空试管,用灯光照亮玻璃杯侧面,在水面上观察水中的试管,看到试管壁特别明亮
10.空气中两条光线a和b从虚线框左侧入射,分别从虚线框下方和上方射出,其框外光线如图所示。虚线框内有两个折射率n=1.5的全反射玻璃棱镜。下列选项给出了两棱镜的四种放置方式的示意图。其中能产生图中效果的是( )
11.(2024江苏南京第二十九中学学情检测)导光管采光系统是一套采集天然光,并经管道传输到室内的采光系统,如图为过装置中心轴线的截面。上面部分是收集阳光的半径为R的某种均匀透明材料的半球形采光球,O为球心,下面部分是内侧涂有反光涂层的导光管,MN为两部分的分界面,M、N为球面两点。若一束平行于MN且与MN相距h=32R的细光束从空气入射到采光球表面时,经折射绿光恰好照射到N点。真空中的光速为c。则( )
A.绿光在采光球中的传播速度为32c
B.红光一定能从N点上方射出
C.若为紫光,折射光线有可能经过O点
D.要使光束在导光管中发生全反射,涂层折射率应小于管壁折射率
能力提升练
题组一 全反射的理解及应用
1.(2024江苏阜宁中学期末)很多公园的水池底部都装有彩灯,当一束由红、蓝两色光组成的灯光从水中斜射向空气时,下列光路图中可能存在的一种情况是( )
2.(2024广东深圳期中)鉴别钻石的真假,根据钻石的折射率与玻璃的对比就能区分真假。让一束光线穿过介质1(玻璃)、2(空气)、3(钻石)时,光路如图所示,则( )
A.玻璃的折射率比钻石的大
B.空气是光密介质
C.光在钻石中的传播速度最小
D.当入射角由45°逐渐增大时,光由介质1射入介质2时在分界面不可能发生全反射
3.(2024山东济宁期末统考)如图所示,某同学利用一圆桶形透明容器测量液体的折射率,该容器的横截面直径为D,底部中心安装一点光源,将该容器竖直放置,向容器中注入待测液体,当恰好看到液体上表面被全部照亮时,液体的高度为h,则该液体的折射率为( )
A.2hD B.D2+4h2D
C.D2+4h22D D.D2+2h2D
4.(多选题)(2024福建三明第一中学月考)如图所示,半径为12 cm的半圆形透明柱体与屏MN接触于B点,MN垂直于直径AB,一单色光a以入射角53°射向圆心O,反射光线b与折射光线c恰好垂直。已知光在真空中的传播速度为3×108 m/s,则下列说法不正确的是( )
A.柱体的折射率为43
B.MN上两个光点间的距离为20 cm
C.增大光束a的入射角,该光不会在O点发生全反射
D.光在该介质中的传播速度v=2.25×108 m/s
题组二 全反射问题的相关计算
5.(多选题)(2024重庆巴蜀中学期中)一细束单色光在直角棱镜ABC的侧面AC上以大角度由D点入射(入射面在棱镜的横截面内),入射角为i,经折射后射至AB边的E点,如图所示,逐渐减小i,E点向B点移动,当i=45°时,从AB边反射的光线恰好垂直射向BC边,此时DE=DA=12L,已知边长AC=L,∠B=30°。真空中的光速为c,则有( )
A.该棱镜的折射率为2
B.光从棱镜射入空气时的临界角为45°
C.光在棱镜中传播时,频率变为原来的2倍
D.光在棱镜里传播的时间为t=52L4c
6.(2023山东青岛第十七中学期中)如图所示,空气中有一折射率为2的玻璃柱体,其横截面是圆心角为90°、半径为R的扇形OAB,一束平行光平行于横截面,以45°入射角射到OA上,OB不透光,若考虑首次入射到圆弧AB上的光,则AB上没有光透出的部分的弧长为( )
A.16πR B.14πR C.13πR D.512πR
7.(2024江苏南通期中统考)如图所示,棱长为2a的正方体玻璃砖,中心有一单色点光源O,该玻璃砖对该光源所发出的光的折射率n=2,已知光在真空中传播的速度为c。求:
(1)光线从玻璃砖射出的最短时间tmin;
(2)从外面看玻璃砖被照亮的总面积S。
8.(2024山东德州期末统考)一均匀透明介质OABC由三棱柱OAB和13圆柱体OBC组成,其竖直截面如图所示,∠A=30°,∠ABO=90°,点M为AB上的点,且AM=2MB,OB=OC=R,E为底边AO的中点,一束与底边AC平行的单色光射向AM区域,从M点进入介质的光线经折射后恰好射向圆心O点。已知光在真空中的传播速度为c。
(1)求透明介质的折射率;
(2)请分析说明:从M点射向圆心O点的光线,在O点能否发生全反射;
(3)从AM区域射入的某条光线,经折射后射向E点,最后有光线从AC边射出,求该光线在透明介质中传播的时间为多少。
答案全解全析
基础过关练
1.BD 因为水的折射率小于酒精的折射率,所以水对酒精来说是光疏介质,故A错,B对;由v=cn可知,光在光密介质中的速度较小,故C错,D对。
2.BD 光线从介质1射入介质2,从题中光路图可以看出入射角为θ1=90°-60°=30°,折射角为θ2=90°-15°=75°,入射角小于折射角,说明介质1的折射率大,选项B正确,A错误;由n=cv可知光在介质2中的传播速度大,选项C错误,D正确。
3.AC 由n=cv=3×108 m/s1.5×108 m/s=2,sin C=1n,知临界角C=30°,所以A、C正确。
4.A 光路如图所示,由几何关系可知α=∠C=∠B,2α+∠B=180°,解得α=60°,所以该棱镜的折射率为n=1sinα=132=233,故A正确,B、C、D错误。
5.C 由题图可知,玻璃砖③中光的偏折程度最大,则玻璃砖③对该种色光的折射率最大,根据v=cn可知,光线在玻璃砖③中的传播速度最小,故A、B错误;光线通过玻璃砖发生两次折射,第二次的入射角等于第一次的折射角,根据光路可逆性原理可知,光不可能在下表面发生全反射,一定能从下表面射出玻璃砖,故C正确,D错误。
6.B 因甲光的偏折程度小于乙光,可知甲光的折射率较小,则甲光的频率小于乙光的频率,A错误;根据v=cn可知,甲光在冰晶中的传播速率大于乙光在冰晶中的传播速率,B正确;甲光在冰晶中的传播速度较大,路程也较短,则甲光在冰晶中的传播时间小于乙光在冰晶中的传播时间,C错误;根据 sin C=1n可知,从冰晶射入空气时,甲光发生全反射的临界角大于乙光发生全反射的临界角,D错误。
7.B 设光在水面发生全反射的临界角为C,有sin C=1n=34,tan C=37。在小蝌蚪竖直向下运动过程中,如图所示,小蝌蚪从A点到B点过程中,在水面之上看不到小蝌蚪,有AB=RtanC-h=724 m,则在水面之上看不到小蝌蚪的时间为t=ABv=576 s,选B。
方法技巧 解决全反射问题的思路
(1)确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质。
(2)若由光密介质进入光疏介质时,则根据sin C=1n确定临界角,看是否发生全反射。
(3)根据题设条件,画出入射角等于临界角的“临界光路”。
(4)运用几何关系、三角函数关系、折射定律等进行判断推理、动态分析或定量计算。
8.答案 (1)3 (2)5R2c (3)23R3
解析 (1)从A点入射的光线通过透镜射到P点的光路图如图所示:
设此光线在半圆面上射出透镜的出射点为B,设对应的入射角为θ1,折射角为θ2,则 sin θ1=OAOB=12,故θ1=30°
由于OP=3R,过B点作OP的垂线,可得∠BPO=30°,△OBP为等腰三角形,θ2=60°
由折射定律可得玻璃的折射率为n=sin θ2sin θ1=sin60°sin30°=3
(2)光在玻璃中的传播速度v=cn
入射点为A的光从A到传播到P所需的时间t=ABv+BPc=32Rc3+Rc=5R2c
(3)设从距O点x2处进入的光在半圆面发生全反射,则 sin C=x2R
又 sin C=1n
解得x=23R3
9.ACD 露珠或喷泉的水珠,在阳光照耀下部分位置发生全反射,故格外明亮,A符合题意;直棒斜插入水中时呈弯折现象是光的折射现象,B不符合题意;口渴的沙漠旅行者,往往会看到前方有一潭晶莹的池水,是全反射现象,C符合题意;盛水的玻璃杯中放一空试管,用灯光照亮玻璃杯侧面,在水面上观察水中的试管,看到试管壁特别明亮,是由于发生了全反射,D符合题意。
10.B 四个选项的光路图如图所示
可知B项正确。
11.B 根据题意画出绿光的光路图,如图所示,根据几何关系有sin α=hR=32,α=2θ,采光球对绿光的折射率n=sinαsinθ=3,则绿光在采光球中的传播速度为v=cn=33c,故A错误;该种透明材料对红光的折射率比对绿光的小,则红光一定能从N点上方射出,故B正确;紫光的折射光线不可能经过O点,如果经过O点,折射角为0°,C错误;光由光密介质射向光疏介质可能发生全反射,则涂层折射率应大于管壁折射率,故D错误。
能力提升练
1.C 光线射到水面时一定发生反射,所以反射光中红光和蓝光都有,故D图不可能;由于水对红光的折射率比对蓝光的折射率小,由临界角公式sin C=1n可知,红光的临界角比蓝光的大,所以在水面上若蓝光发生全反射,则红光可能不会发生全反射,故C可能,B不可能;当两种色光都能折射到空气中时,根据折射定律n=sinisinr可知,水对红光和蓝光的折射率不同,由于水对红光的折射率比对蓝光的折射率小,从水面射入空气时,在入射角相等的情况下,红光折射角小,故A不可能。故选C。
2.C 由于sin 45°< sin 60°,根据折射定律可知n1>n2,同理n3>n2,根据光的可逆性原理,光从介质2射向介质1或者从介质2射向介质3时,入射角相等,则n3>n1,所以n3>n1>n2,介质3(钻石)的折射率最大,介质2(空气)的折射率最小,A错误;因为n3>n1>n2,介质2(空气)对介质1(玻璃)和介质3(钻石)来说都是光疏介质,故B错误;因为n3>n1>n2,结合v=cn,可知光在介质3(钻石)中的传播速度最小,故C正确;光从介质1进入介质2时,是从光密介质进入光疏介质,入射角小于折射角,当入射角从45°逐渐增大时,光在此界面上可能发生全反射,D错误。
3.B 当恰好看到液体上表面被全部照亮时,即液面上恰好均有光射出,光射到液面与容器壁的交界处恰好不发生全反射,根据全反射条件知sin C=1n,由几何关系可得sin C=D2D22+h2=DD2+4h2,解得n=D2+4h2D。故选B。
4.B b、c两束光线垂直,由几何关系可得折射角为37°,折射率n=sin 53°sin 37°=43,A正确;MN上两个光点之间的距离为R tan 53°+R tan 37°=25 cm,B错误;光线由光疏介质进入光密介质,不会发生全反射,C正确;光在该介质中的传播速度v=cn=2.25×108 m/s,D正确。故选B。
5.BD 在直角棱镜中∠B=30°,则∠A=60°,又DE=DA=12L,可得∠ADE=60°,AE=12L,则光线射入棱镜中的折射角θ=30°,光路如图所示,该棱镜的折射率为n=sinisinθ=2,故A错误;光从棱镜射入空气时的临界角C满足sin C=1n,解得C=45°,故B正确;光从空气射入棱镜频率不变,故C错误;由数学知识可知EF=12BE=12(AB-AE)=34L,光在棱镜里传播的路程s=DE+EF=54L,光在棱镜里传播的速度v=cn=22c,则光在棱镜里传播的时间为t=sc=52L4c,故D正确。
6.B 根据折射定律有2=sin 45°sinr,可得光进入玻璃后的折射角r=30°,过O点的光线垂直入射到AB界面上的C点射出,CB之间没有光线射出,越接近A的光线入射角越大,全反射的可能性越大,根据临界角公式 sin C=1n,可得临界角为C=45°,如果光线射到AB界面上D点时,恰好达到临界角,此光线在AO界面上的点E入射,在三角形DOE中可求得DO与水平方向的夹角为180°-(120°+45°)=15°,所以没有光线射出的圆弧对应圆心角为30°+15°=45°,所以没有光透出的部分弧长为14πR。故选B。
7.答案 (1)2ac (2)2πa2
解析 (1)光在玻璃砖中传播的速度v=cn=c2
光从玻璃砖射出的最短路程为a,所以tmin=av
解得tmin=2ac
(2)光线在侧面恰好发生全反射时,设临界角为C,则 sin C=1n=12
由几何关系得tan C=ra
解得r=33a
从外面看玻璃砖被照亮的总面积S=6πr2=2πa2
8.答案 (1)3 (2)见解析 (3)11R2c
解析 (1)在M点作AB的垂线即为法线,由几何知识可知,入射角i=60°,折射角r=30°,由n=sinisinr得n=3
(2)设光线发生全反射的临界角为C,则 sin C=1n=33
由几何知识可知,光线在O点的入射角为60°,sin 60°=32>sin C
即60°>C,所以能发生全反射。
(3)由几何关系可得从AM中点N射入的光线,经折射后射向E点。光路如图所示
光线在介质中的速度v=cn=33c
由几何知识计算得NE=AN=33R,EF=3R,FP=32R
光在透明介质中的路程s=NE+EF+FP=1136R
传播时间t=sv=11R2c
1.BD
2.BD
3.AC
4.A
5.C
6.B
7.B
9.ACD
10.B
11.B
1.C
2.C
3.B
4.B
5.BD
6.B