高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册3 光的全反射课时练习

课时素养评价19　光的全反射

　A组　合格性考试练

1．(多选)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．关于光纤的说法正确的是(　　)

A．光纤是由高级金属制成的，所以它比普通电线容量大

B．光纤是非常细的特制玻璃丝，但导电性能特别好，所以它比普通电线衰减小

C．光纤是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外套两层组成，光纤是利用全反射原理来实现光的传导的

D．在实际应用中，光纤必须呈笔直状态，因为弯曲的光纤是不能传导光的

3．已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为1.33、1.55、1.60和1.63，如果光按下面几种方式传播，可能发生全反射的是(　　)

A．从水晶射入玻璃

B．从水射入二硫化碳

C．从玻璃射入水中

D．从水射入水晶

4.(多选)如图所示，ABCD是两面平行的透明玻璃砖，AB面和CD面是玻璃和空气的分界面，分别设为界面Ⅰ和界面Ⅱ.光线从界面Ⅰ射入玻璃砖，再从界面Ⅱ射出，回到空气中，如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角，则(　　)

A．只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象

B．只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象

C．不管入射角多大，光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象

D．不管入射角多大，光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象

5．酷热的夏天，在平坦的柏油公路上你会看到一定距离之外，地面显得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎还能看到远处车、人的倒影，但当你靠近“水面”时，它也随你靠近而后退．对此现象正确的解释是(　　)

A．出现的是“海市蜃楼”，是由于光的折射造成的

B．“水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉

C．太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率增大，发生全反射

D．太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率减小，发生全反射

6．如图所示为单反照相机取景器的示意图，ABCDE为五棱镜的一个截面，AB⊥BC.光线垂直AB射入，分别在CD和EA上发生反射，且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，则该五棱镜的折射率(　　)

A．最小值为B．最大值为

C．最小值为D．最大值为

7．如图所示，一束单色光沿半圆柱形玻璃砖的半径垂直于ab面入射，有光线从ab面射出．以O点为圆心，将玻璃砖缓慢转过θ角时，恰好没有光线从ab面射出，则该玻璃砖的折射率为(　　)

A．    B．C．    D．

8．如图甲所示，为研究一半圆柱形透明新材料的光学性质，用激光由真空沿半圆柱体的径向射入，入射光线与法线成θ角，由光学传感器CD可以探测反射光的强度．实验获得从AB面反射回来的反射光的强度随θ角变化的情况如图乙所示．光在真空中的传播速度为c，则该激光在这种透明新材料中(　　)

A．折射率为

B．传播速度为c

C．θ＝0°时，反射光强度为0

D．反射光的强度随θ角的增大而增大

9．为了表演《隐形的大头针》节目，某同学在半径为r的圆形软木片中间垂直插入一枚大头针，并将其放入盛有水的碗中，如图所示．已知水的折射率为 ，为了保证表演成功即在水面上看不到大头针，大头针末端离水面的最大距离h为(　　)

A．r     B．r　C．r　    D．r

10．如图所示，AB为一长L＝30 km的光导纤维，一束光线从端面A射入，在侧面发生全反射，最后从B端面射出．已知光导纤维的折射率n＝1.35，光线从纤维内侧面向外射出时，临界角的正弦值为0.9，设在侧面发生全反射的光线从A端传播到B端所需时间为t，真空中的光速为3×108 m/s，则下列说法正确的是(　　)

A．t的最小值是1.35×10－4 sB．t的最大值小于1.5×10－4 s

C．t的最大值大于1.5×10－4 sD．以上说法都不正确

B组　选择性考试练

11.(多选)如图甲为一种检测油深度的油量计，油量计竖直固定在油桶内，当入射光竖直向下照射时，通过观察油桶上方的矩形窗口亮暗两个区域可确定油量．油量计结构可看成由多块长度不同的锯齿形的透明塑料拼叠而成，图乙是其中一块的示意图，锯齿形的底是一个等腰直角三角形，最右边的锯齿刚接触到油桶的底部，已知透明塑料的折射率小于油的折射率，则下列说法正确的是(　　)

A．透明塑料的折射率应小于

B．塑料锯齿和油的界面处发生全反射形成暗区

C．油量增加时，亮区范围变小

D．对于透明塑料和油来说，油是光密介质

12．在桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆锥的轴(图中虚线)与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图所示．有一半径为r的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的底面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合．已知玻璃的折射率为1.5，则光束在桌面上形成的光斑半径为(　　)

A．r 　　    B．1.5r　C．2r 　    D．2.5r

[答题区]

13.一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯，如图所示为过轴线的截面图，调整入射角α，光线恰好在水和空气的界面上发生全反射．已知水的折射率为，求sin α 的值．

14．如图所示，一玻璃球体的半径为R，O为球心，AB为直径．来自B点的光线BM在M点射出，出射光线平行于AB，另一光线BN恰好在N点发生全反射．已知∠ABM＝30°，求：

(1)玻璃的折射率；

(2)球心O到BN的距离．

课时素养评价19　光的全反射

1．解析：因为水的折射率为1.33，酒精的折射率为1.36，所以水对酒精来说是光疏介质，A错误，B正确；由v＝可知，光在光密介质中的速度较小，C错误，D正确．

答案：BD

2．解析：光导纤维的作用是传导光，它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝，且由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大；载有声音、图像及各种数字信号的激光传播时，在内芯和外套的界面上发生全反射，光纤具有容量大、衰减小、抗干抗性强等特点；在实际应用中，光纤是可以弯曲的，故选C.

答案：C

3．解析：光从水晶射入玻璃、从水射入二硫化碳、从水射入水晶，都是从光疏介质射入光密介质，不可能发生全反射，A、B、D错误；光从玻璃射入水中，是光从光密介质射入光疏介质，有可能发生全反射，C正确．

答案：C

4．解析：在界面Ⅰ，光由空气进入玻璃砖，是由光疏介质进入光密介质，不管入射角多大，都不能发生全反射现象，A错误，C正确；在界面Ⅱ，光由玻璃进入空气，是由光密介质进入光疏介质，但是，由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行，光由界面Ⅰ进入玻璃后再到达界面Ⅱ，在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角，入射角总是小于临界角，因此也不会发生全反射现象，B错误，D正确．

答案：CD

5．解析：酷热的夏天地面温度高，地表附近空气的密度小，空气的折射率下小上大，远处车、人反射的太阳光由光密介质射入光疏介质发生全反射，D正确．

答案：D

6．解析：设入射到CD面上的入射角为θ，因为在CD和EA上发生全反射，且两次反射的入射角相等，根据几何关系有4θ＝90°，解得θ＝22.5°；由sin C＝，可得该五棱镜折射率的最小值n＝，故C正确．

答案：C

7．解析：由题意，将玻璃砖缓慢转过θ角时，恰好没有光线从ab面射出，说明光线发生了全反射，此时在ab面的入射角恰好等于临界角，即有i＝C，而入射角i＝θ，则临界角C＝θ.由临界角公式sin C＝得n＝＝，B正确．

答案：B

8．解析：据题图乙知θ＝60°时激光发生全反射，由折射定律得n＝＝，A错误；由速度公式得v＝＝c，B正确；θ＝0°时大量的激光从O点射出，少量激光发生反射，C错误；根据题图乙可知当θ＝60°时激光发生全反射，此后θ角增大，但反射光的强度不变，D错误．

答案：B

9．解析：大头针末端射到软木片边缘的光线恰好发生全反射时，在水面上看不到大头针，且大头针末端离水面的距离最大，此时sin C＝，又sin C＝，解得h＝r，A正确．

答案：A

10．解析：光从光导纤维到空气的界面，当入射角α＝C时，光的路程最长，所用时间也最长．光的传播路程s＝，又n＝，设所用最长时间为tmax，则s＝vtmax，解以上各式得tmax＝＝ s＝1.5×10－4 s，B、C错误；时间最小值为tmin＝＝＝ s＝1.35×10－4 s，A正确，D错误．

答案：A

11．解析：

如图所示，光由上面射入塑料板中，在直角部分发生全反射时上面看起来才会明亮，光在从透明塑料板射向空气，此时发生全反射的条件是折射率n＞＝，即透明塑料的折射率应大于，A错误；光从塑料锯齿和油的界面处发生折射，光线射向油中，在矩形窗口形成暗区，B错误；油量增加时，被浸入到油中的塑料锯齿增多，则全反射光线减小，则亮区范围变小，C正确；透明塑料的折射率小于油的折射率，对于透明塑料和油来说，油是光密介质，D正确．

答案：CD

12．解析：

光路图如图所示，α＝60°，sin α＝，而sin C＝＝，所以α＞C，光线将在BC面发生全反射，反射光线正好垂直于AC面射出，由对称性可知CD即是光斑的半径．由几何知识可得，CD＝OC，在三角形OCE中，∠COE＝30°，CE＝r，则OC＝2r，C正确．

答案：C

13．解析：当光线在水面发生全反射时，有sin C＝，当光线从左侧射入玻璃杯时，由折射定律有n＝，联立以上两式并代入数据可得sin α＝.

答案：

14．解析：(1)设光线BM在M点的入射角为i，折射角为r，由几何知识可知，i＝30°，r＝60°，根据折射定律得

n＝　①

代入数据得n＝　②

(2)光线BN恰好在N点发生全反射，则∠BNO为临界角C

sin C＝　③

设球心到BN的距离为d，

由几何知识可知d＝R sin C　④

联立②③④式得d＝R

答案：(1)　(2)R