沪科版 (2019)选择性必修 第一册4.2 全反射与光导纤维课堂检测

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．如图是半径为R的半圆形玻璃砖，一束单色光从A点射入玻璃砖，在直径面上发生全反射，最终从B点射出玻璃砖（B点位置未标出），已知出射光与入射光之间互相垂直，真空中光速为c，则（　　）

A．玻璃砖的折射率为

B．光在玻璃砖内的速度为

C．光在玻璃砖中的临界角为

D．光在直径面上的全反射点P与O点的距离为

2．一束单色光从真空斜射向某种介质的表面，光路如图所示。下列说法中正确的是（　　）

A．此介质的折射率等于1.5

B．此介质的折射率等于

C．入射角小于45°时可能发生全反射现象

D．入射角大于45°时可能发生全反射现象

3．圆形平底薄壁玻璃碗中盛有水。玻璃碗的俯视图如图甲所示，其前视图如图乙所示，图中与为圆弧，半径为R，对应的圆心角，为直线。现用一支激光笔发出一束红色激光垂直水面照射，入射点可沿着直径移动。已知水和玻璃的折射率同为，若激光进入水中后，只考虑的首次反射和折射，则以下说法中正确的是（　　）

A．激光在水中的速度为

B．激光不可能从圆弧面射出

C．若激光从O点射入，从边射出，所需时间为

D．激光能从圆弧面射出的圆弧长度为圆弧总长度的

4．如图所示，同种色光以相同的入射角从空气射入三种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．①玻璃砖对该种色光的折射率最大

B．光线在③玻璃砖中的传播速度最大

C．入射光线都能从三块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发射

5．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MN且与MN相距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。则（　　）

A．绿光在采光球中的传播速度为

B．红光一定能从N点上方射出

C．紫光有可能直接折射经过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

6．小明同学利用插针法测量半圆柱形玻璃砖的折射率，他在白纸上作一直线MN以及它的垂线AB，将玻璃砖（底边圆心为O）的底边与直线MN对齐，在垂线AB上插两枚大头针P1和P2，如图所示。实验时，小明在半圆柱形玻璃砖右侧区域内观察，均无法透过半圆柱形玻璃砖同时看到P1、P2的像。为了同时看到P1、P2的像。下列说法正确的是（　　）

A．半圆柱形玻璃砖沿MN向M平移适当距离

B．半圆柱形玻璃砖沿MN向N平移适当距离

C．半圆柱形玻璃砖平行MN向左平移适当距离

D．半圆柱形玻璃砖平行MN向右平移适当距离

7．如图所示，一束红光从空气穿过平行玻璃砖，下列说法正确的是

A．红光进入玻璃砖前后的波长不会发生变化

B．红光进入玻璃砖前后的速度不会发生变化

C．若紫光与红光以相同入射角入射，则紫光不能穿过玻璃砖

D．若紫光与红光以相同入射角入射，在玻璃砖中紫光的折射角比红光的折射角小

8．某种介质对空气的折射率是 ，一束光从该介质射向空气，入射角是 60°，则下列光路图中正确的是（图 中 I 为空气，Ⅱ为介质）（       ）

A． B． C． D．

9．如图所示，一截面为折射率为n=1.5直角三角形的玻璃砖，，一细激光束自中点垂直射入玻璃砖，在面全反射。光线第一次射到边时，自边折射出的光线与边夹角为，则为（　　）

A． B． C． D．

10．如图所示，一玻璃球体的半径为R，O为球心，AB为直径，在球的左侧有一竖直接收屏在A点与玻璃球相切。自B点发出的光线BM在M点射出玻璃球，出射光线平行于AB，照射在接收屏上的Q点。另一光线BN恰好在N点发生全反射。已知∠ABM＝30°，光在真空中传播的速度为c，下列说法正确的是（　　）

A．光在此玻璃球体发生全反射的临界角不可能大于45°

B．光由B传到Q点所需时间为

C．N点到AB的竖直距离为

D．若B点处光源为红光，将其换为绿光光源，则圆弧上恰好发生全反射的N点向右移动

11．如图所示，半径为12cm的半圆形透明柱体与屏幕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3×108m/s，则下列说法正确的是（　　）

A．柱体的折射率为 B．两个光斑之间的距离为20cm

C．增大光束a的入射角，可以在O点发生全反射 D．光在介质中的传播速度v=2.25×108m/s

12．如图甲所示是由透明材料制成的半圆柱体，一束细光束由真空沿着径向与AB成 θ 角射入，对射出的折射光线的强度随 θ 角的变化进行记录，得到的关系如图乙所示。图丙是这种材料制成的透明体，左侧是半径为R的半圆，右侧是长为8R、高为2R的长方体，一束单色光从左侧A'点沿半径方向与长边成37°角射入透明体。已知光在真空中的传播速度为c，sin37°=0.6，cos37°=0.8，下列说法正确的是（　　）

A．该透明材料的临界角为37° B．该透明材料的折射率为1.5

C．光在透明体中传播的路程为10R D．光在透明体中传播的时间为

13．为观察光的传播现象，一同学用半圆柱形玻璃砖进行实验。半圆柱形玻璃砖的横截面如图所示，底面BD竖直，此时右侧光屏与BD平行。一束白光从玻璃砖左侧垂直于BD射到圆心O上，在光屏上C点出现白色亮斑。使玻璃砖底面绕O逆时针缓慢转过角度θ（0°<θ<90°），观察到屏上的白色亮斑在偏离C点的同时变成下紫、上红的彩色光斑。在θ角缓慢变大的过程中，光屏上的彩色光斑（　　）

A．沿光屏向下移动，紫光最先消失

B．沿光屏向下移动，红光最先消失

C．沿光屏向上移动，紫光最先消失

D．沿光屏向上移动，红光最先消失

14．如图所示为玻璃砖横截面，上表面为半圆，ABCD为正方形，一束平行光线垂直于CD边射入玻璃砖，在半圆面AB上恰好有三分之一面积可看到透光。则玻璃砖的折射率为（　　）

A．2 B． C．3 D．

15．某透明材料对红光的折射率为，工厂用这种材料做出一个半径为的透明半球体，其底面内壁涂有吸光材料，O为半球体的球心，在O点正上方有一点光源S，能够朝各个方向发射红光，如图为透明半球体的截面示意图。已知的距离，真空中的光速。（忽略经透明半球体内表面反射后射出的光），则下列说法正确的是（　　）

A．红光到透明半球体的最短时间

B．红光到透明半球体的最长时间

C．透明半球体外表面发光区域在此截面上形成的弧长为

D．透明半球体外表面发光区域为球冠，其面积为

二、填空题（共4题）

16．如图所示，一束平行的绿光从半圆形玻璃砖的平面垂直入射，OC为中心线，已知在半圆弧上的入射点是A的入射光线经折射后与OC的交点为点B，∠AOB＝30°，∠ABC＝15°，则绿光在该玻璃中的折射率为_________，圆形玻璃砖中有光从半圆面透射区域的圆心角为________；若将入射光改为红光，则光从半圆面透射区域的圆心角将________（选填“变小”、“不变”或“变大”）．

17．光纤通信技术是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式。我国的光纤通信技术处于世界领先水平。当光从光纤的外套进入内芯后，光的传播速度变______（选填“大”或“小”）。若某种光纤的内芯在空气中发生全反射的临界角为45°，则内芯的折射率为______（结果可用根号表示）。

18．2009年诺贝尔物理奖获得者高锟被称为光导纤维之父。光纤由折射率为n１的内芯和折射率为n２的包层构成，则n１___n２（填“＞”，“＜”或“＝”）。若光导纤维长度为L，光以入射角射到内芯与包层的界面上，如图所示，已知光在真空中传播的速度为c，则光在内芯中传播的速度为____，光信号从光导纤维的一端传播到另一端所需时间为_____。

19．在“测定玻璃的折射率”实验中：

（1）为了取得较好的实验效果，下列操作正确的是__________。

A．选择的入射角应尽量小些

B．大头针应垂直地插在纸面上

C．大头针和及和之间的距离尽量小些

（2）小红同学在测量入射角和折射角时，由于没有量角器，在完成了光路图以后，她以点为圆心，OA为半径画圆，交延长线于点，过点和点作垂直法线的直线分别交于点和点，如图甲所示，她测得，，则可求出玻璃的折射率__________。

（3）小明在画界面时，不小心将两界面、间距画得比玻璃砖的宽度稍大些，如图乙所示，则他测得的折射率_____________（选填“偏大”“偏小”或“不变”）。

（4）小明又设想用下面的方法测量液体的折射率：取一个半径为的圆形软木塞，在它的圆心处垂直插上一枚大头针，让软木塞浮在液面上，如图丙所示。调整大头针插入软木塞的深度，使它露在外面的长度为，这时从液面上方的各个方向向液体中看，恰好看不到大头针。利用测得的数据可求出液体的折射率__________。

三、综合题（共4题）

20．如图所示，三角形ABC是直角三棱镜的横截面，∠A=60°。一细束单色光从AC边上的D点射入棱镜，入射角的正弦值为，进入棱镜后折射光线与BC边交于E点（图中未画出）。已知D、C两点间的距离为，三棱镜对该单色光的折射率为，光在真空中的速度为。求：

（1）单色光从D点入射到E点所用的时间t和CE的距离x；

（2）该单色光进入棱镜后第一次射出棱镜的位置和方向（以上计算结果均可保留分式或根式，角度可用反三角函数表示）。

21．如图所示，有一玻璃做成的工件，上半部分是半径为的半球体，球心为。下半部分是半径为，高的圆柱体。圆柱体底面是一层发光面。发光面向上竖直发出平行于中心轴的光线，有些光线能够从上半部的球面射出（不考虑半球的内表面反射后的光线）。已知从球面射出的光线对应的入射光线间的最大距离为。（取，）

(1)求该玻璃工件的折射率；

(2)求从发射面发出的光线中入射角都为的入射光线经球面折射后交于中心轴的交点离发光面中心的距离。

22．某透明材料的截面如图所示，矩形ABCD中挖掉一个半径为BC的四分之一圆 ， BC=AD= 4a ， AB=CD=6a，C点为圆弧圆心，透明材料的折射率为n=， sin37°=0.6，在C点放一点光源，只研究从C点发出照射到AB界面上的光线，某一部分光线在AB、AD两界面均发生全反射，光在真空中传播的速度为c，求：

(1)射向A点的光线在透明材料中传播的时间；

(2)该部分光线在AB边上的照射区域长度。

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．D

2．B

3．D

4．C

5．B

6．A

7．D

8．D

9．C

10．C

11．D

12．D

13．A

14．A

15．C

16．     1.41     90°     变大

17．     小    

18．     ＞         

19．     B     1.5     偏小    

20．(1) ， ；(2) 从AB面射出，折射角为

21．(1)；(2)

22．(1)；(2)a。

23．