高中物理沪科版 (2019)选择性必修 第一册第4章 光及其应用4.2 全反射与光导纤维同步练习题

4.2全反射与光导纤维同步练习2021—2022学年高中物理沪教版（2019）选择性必修第一册

一、选择题（共15题）

1．图1是测定半圆柱形玻璃砖的折射率n的示意图，O是圆心，MN是法线。一束单色光线以入射角i=30°由玻璃砖内部射向O点，折射角为r，当入射角增大到也为r时，恰好无光线从玻璃砖的上表面射出。让该单色光分别通过宽度不同的单缝a、b后，得到图2所示的衍射图样（光在真空中的传播速度为c）。则下列说法错误的是（　　）

A．此光在玻璃砖中的全反射临界角为60°

B．玻璃砖的折射率n=

C．此光在玻璃砖中的传播速度v=c

D．单缝b宽度较大

2．一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光，光路如图所示，比较内芯中的a、b两束光，a光的（　　）

A．频率小，发生全反射的临界角小

B．频率大，发生全反射的临界角小

C．频率小，发生全反射的临界角大

D．频率大，发生全反射的临界角大

3．如图所示，为一等腰直角棱镜的横截面，其材料的折射率为，同一颜色的光线1、2、3都平行入射到面，经面反射后都能从面射出。不考虑光在棱镜内的多次反射，则下列叙述错误的是（　　）

A．三条光线都在面上发生全反射

B．三条光线在面上射出后仍平行

C．从射出后，光线从上到下的顺序为3、2、1

D．若光线3绕入射点逆时针转过一小角度，则可能从面射出棱镜

4．光纤通讯中信号传播的主要载体是光纤，它的结构如图所示，可看成一段直线，其内芯和外套的材料不同，光在内芯中传播。下列关于光纤的说法中正确的是（　　）

A．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射

B．内芯的折射率比外套的大，光传播时在外套与外界的界面上发生全反射

C．波长越长的光在光纤中传播的速度越大

D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大

5．如图所示，两束单色光A、B分别沿半径方向由空气射入半圆形玻璃砖，出射光合成一束复色光P，下列说法正确的是

A．A光的频率大于B光的频率

B．在玻璃砖中A光的传播速度小于B光的传播速度

C．两种单色光由玻璃射向空气时，A光的临界角较大

D．玻璃砖对A光的折射率大于对B光的折射率

6．如图所示为单反照相机取景器的示意图，五边形ABCDE为五棱镜的一个截面，AB⊥BC。光线垂直AB射入，且只在CD和EA上各发生一次反射， 两次反射的入射角相等，最后光线垂直BC射出。若两次反射都为全反射，则该五棱镜折射率的最小值是（计算结果可用三角函数表示）（　　）

A． B．

C． D．

7．题图是一个圆柱体棱镜的截面图，图中E、F、G、H将半径OM分成5等份，虚线EE1、FF1、GG1、HH1平行于半径ON，ON边可吸收到达其上的所有光线。已知该棱镜的折射率n=，若平行光束垂直入射并覆盖OM，则光线（   ）

A．不能从圆弧射出 B．只能从圆弧射出

C．能从圆弧射出 D．能从圆弧射出

8．如图所示，以半圆形玻璃砖上O点为圆心，c为顶点，一细束白光沿cO方向射入玻璃砖．保持入射光线的方向不变，将玻璃砖以O点为轴沿顺时针方向缓缓转动，首先在ab界面上发生全反射的应是白光中的（     ）

A．红色光，因为玻璃对红光的折射率较大

B．紫色光，因为玻璃对紫光的折射率较大

C．红色光，因为玻璃对红光的折射率较小

D．紫色光，因为玻璃对紫光的折射率较小

9．如图所示，扇形AOB为透明玻璃砖截面示意图，圆心角∠AOB=60°，OM为∠AOB的角平分线平行于OM的单色光在空气中由OA边射入玻璃砖，经OA面折射后的光线恰平行于OB面。则下列说法正确的是（　　）

A．该入射光在空气中的波长与在玻璃砖中的波长相等

B．该入射光在空气中的频率与在玻璃砖中的频率不相等

C．该玻璃砖的折射率为

D．经OA面折射后的光线射到AMB面都将发生全反射

10．华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理奖，他被誉为“光纤通讯之父”。光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。下列关于光导纤维的说法中正确的是（　　）

A．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射

B．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射

C．波长越短的光在光纤中传播的速度越大

D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大

11．有一玻璃圆柱体，其横截面为半径的圆，一点光源位于圆柱体中轴线上的点，点在圆柱体外距截面圆圆心的距离，如图甲所示。点光源向各个方向发射单色光，发现从半径的圆面内射入圆柱体的光线均无法从圆柱体的侧面出射，如图乙所示，则该玻璃的折射率为（　　）。

A． B． C． D．

12．真空中一个直径足够大的圆柱形容器中有两层液体，上层液体厚为，折射率为，下层液体厚为，折射率为，已知。在容器底部中心有一单色点光源，可以向周围发出可见光。从光源发出的光，经折射以后达到上层液体表面的可见光的最大半径是（　　）

A． B．

C． D．

13．如图所示，上、下表面平行的玻璃砖放在空气中，光以入射角θ从玻璃砖的上表面A点射入，从下表面的B点射出的光线相对于入射光线的侧移距离为d，当θ增大一个小角度时，下列说法正确的是（　　）

A．侧移距离d增大

B．在A点可能发生全反射

C．在B点一定发生全反射

D．光在玻璃中的传播时间变短

14．如图所示，ABC为等腰棱镜，a、b两束不同频率的单色光垂直AB边射入棱镜，两束光在AB面上的入射点到OC的距离相等，两束光折射后相交于图中的P点，以下判断正确的是(　　)

A．在真空中，a光光速大于b光光速

B．在真空中，a光波长大于b光波长

C．a光通过棱镜的时间大于b光通过棱镜的时间

D．a、b两束光从同一介质射入真空过程中，a光发生全反射的临界角大于b光发生全反射的临界角

15．两束不同频率的单色光a、b从空气彼此平行射入水中，发生了如图所示的折射现象α>β。光束a与光束b比较，下列正确的是（　　）

A．光束a相对于水的折射率比b大

B．光束a在水中的速度比b小

C．光束a在水中的波长比b小

D．若从水中斜射向空气，随着入射角的增大，光束b比光束a先发生全反射

二、填空题（共4题）

16．为了增加夜间行车的安全性，很多人在电动车和自行车上贴上了“反光贴”。图甲所示的反光贴在保护层下面是全棱镜反射层（见图乙），它由很多微小的等腰直角棱镜组成。

如图丙所示，当光线1垂直直角棱镜的斜边入射时，在棱镜的两个直角边发生全反射，临界角__________（填“大于”或“小于”）45°，射出棱镜的出射光线与光线1平行：当光线2沿图示方向入射时，出射光线__________（填“能”或“不能”）与光线2平行射出棱镜。

17．我国的光纤通信技术处于世界领先水平。光纤内芯（内层玻璃）的折射率比外套（外层玻璃）的_____（选填“大”或“小”）。某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为，则该内芯的折射率为_____。（取，结果保留2位有效数字）

18．某介质对红光的折射率为n1，红光在该介质中的速度为v1,波长为λ1，发生全反射的临界角为C1，该介质对紫光的折射率为n2，，紫光在该介质中的速度为v2, 波长为λ2发生全反射的临界角为C2，则n1____n2；λ1____λ2；v1___v2；C1_____C2．（填<,>或=）。

19．利用插针法可以测量半圆柱形玻璃砖的折射率。实验方法如下：在白纸上做一直线MN，并做出它的一条垂线AB，将半圆柱形玻璃砖（底面的圆心为O）放在白纸上，它的直边与直线MN对齐，在垂线AB上插两个大头针P1和P2，然后在半圆柱形玻璃砖的右侧插上适量的大头针，可以确定光线P1P2通过半圆柱形玻璃砖后的光路，从而求出玻璃的折射率。实验室中提供的器材除了半圆柱形玻璃砖、木板和大头针外，还有量角器等。

（1）某学生用上述方法测量玻璃的折射率，在他画出的垂线AB上竖直插上了P1、P2两枚大头针，但在半圆柱形玻璃砖右侧的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过半圆柱形玻璃砖同时看到P1、P2的像，原因是_______措施是_________。

（2）为了确定光线P1P2通过半圆柱形玻璃砖后的光路，在玻璃砖的右侧，最少应插___枚大头针。

三、综合题（共4题）

20．如图所示为某种透明材料制成的一块柱形棱镜的横截面图，CD是四分之一圆，圆心为O；ABOD为一长方形且B、O、C三点在同一平面上。光线从AB面上的M点入射，入射角为=30°，光进入棱镜后恰好在BC面上的O点发生全反射，然后由CD面射出。真空中的光速为c。求：

（1）透明材料的折射率n；

（2）光在该透明材料内传播的速度。

21．某同学用一种透明介质制作的三棱镜来改变一束平行光的光路。如图，三棱镜的横截面为直角三角形，，，。一束平行光以60°入射角射向边，A和B两点均有光线照射；光线在边发生全反射后从边射出，射出方向与边平行（不考虑多次反射）。

（ⅰ）求三棱镜的折射率；

（ⅱ）边有光线射出的长度。

22．MN为水平放置的光屏，在其正下方有一半圆柱玻璃砖，玻璃砖的平面部分ab与光屏平行且过圆心O，平面ab与屏间距离为d=0.2m，整个装置的竖直截面如图所示，在O点正下方有一光源S，发出的一束单色光沿半径射入玻璃砖，通过圆心O再射到屏上．现使玻璃砖在竖直面内以O点为圆心沿逆时针方向以角速度缓慢转动，在光屏上出现了移动的光斑。已知单色光在这种玻璃中的折射率为，求：

①当玻璃砖由图示位置转动多长时间屏上光斑刚好彻底消失；

②玻璃砖由图示位置转到光斑刚好彻底消失的过程中，光斑在屏上移动的距离s。

23．如图是一个用折射率的透明介质做成的四棱柱的横截面图，其中，，现有一束光从图示的位置垂直入射到棱镜的面上，画出光路图，确定射出光线。注意：每个面的反射光线和折射光线都不能忽略。

参考答案：

1．A

2．C

3．D

4．C

5．C

6．A

7．B

8．B

9．C

10．B

11．A

12．C

13．A

14．C

15．D

16．     小于     能

17．     大    

18．     <     >     >     >

19．     发生了全反射     P1P2向O点平行下移（或玻璃砖向上平移）     1

20．（1）；（2）

21．（ⅰ）；（ⅱ）10cm

22．①；②

23．