高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光2 全反射当堂检测题

第四章  光

2  全反射

【基础巩固】

1.(多选)下列现象或应用与全反射有关的是 (    )

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.用光导纤维传输信号

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

解析:露珠或喷泉的水珠,在阳光照耀下在部分位置发生全反射,所以格外明亮,选项A正确.直棒斜插入水中时呈现弯折现象是由光的折射形成的,选项B错误.光导纤维传输信号利用了全反射,选项C正确.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,选项D正确.

答案:ACD

2.(多选)光从介质1通过两种介质的界面进入介质2的光路如图所示.下列论述正确的是(　　) 

A.光在介质1中的传播速度较大

B.光在介质2中的传播速度较大

C.光从介质1射向两种介质的界面时,不可能发生全反射现象

D.光从介质2射向两种介质的界面时,可能发生全反射现象

解析:光从介质1进入介质2时,折射角小于入射角,即从光疏介质入射到光密介质,所以光在介质1中的传播速度较大,选项A正确,选项B错误;光从光密介质进入光疏介质可能发生全反射,选项C、D正确.

答案:ACD

3.(2023·广东深圳)测定平行玻璃砖的折射率时,光路图如图所示,下列说法正确的是 (　　)

A.光线AB与CD一定平行

B.玻璃砖的折射率为

C.增大入射角θ1,光可能在玻璃砖下表面发生全反射

D.增大入射角θ1,光在玻璃砖中的传播速度变小

解析:如图所示,设光在O'点的入射角为θ3,折射角为θ4,由于两界面互相平行,根据几何知识得θ2=θ3,根据折射定律和光路可逆的知识,折射率n==,解得θ1=θ4,即入射光线和射出玻璃砖的光线是平行的,故选项A正确;玻璃砖的折射率为n=,故选项B错误;入射光线和射出玻璃砖的光线是平行的,根据临界角公式可知,光在O'点的入射角不可能大于临界角,因此光不可能在玻璃砖下表面发生全反射,故选项C错误;光在玻璃砖中的传播速度为定值,故选项D错误.

答案:A

4.(多选)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.临界角可能是60°

解析:由n==2,sin C=知,临界角C=30°,所以选项A、C正确.

答案:AC

5.(2021·辽宁卷)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.比如内芯中的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

解析:两束单色光的入射角相同,a光对应的折射角大,根据折射定律可知,a光的折射率小,则a光的频率小;由全反射的条件可知sin C=,故a光对应的临界角大,选项C正确. 

答案:C

6.下图是某种透明物质制成的直角三棱镜ABD的截面图,光在棱镜中的传播速度为2.4×108 m/s.一束光在纸面内垂直于AB所在的面射入棱镜,发现光刚好不能从AD所在的面射出,光在真空中的传播速度为3.0×108 m/s,sin 53°=

0.8,cos 53°=0.6,求:

(1)透明物质的折射率和直角三棱镜∠A的大小;

(2)光从BD所在的面首次射出时的折射角α的正弦值.

解析:(1)折射率与光速之间的关系是n=,

代入数据,解得n=1.25.

由题意可知,光从AB所在的面垂直射入棱镜,恰好在AD所在的面发生全反射,光从BD所在的面射出,光路图如图所示.由sin C=,解得∠C=53°,

由几何关系可知∠A=C=53°.

(2)由几何关系知β=37°,

由折射定律知n=,

解得sin α=.

答案:(1)1.25　53°　(2)

【拓展提高】

7.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 

解析:如图所示,光束射到A点或B点时,入射角为60°,大于临界角C=arcsin 

=42°,发生全反射,由几何关系可知光第二次到达界面的时候与界面垂直;同理,在AB之间射入的光线都发生全反射.O点为△ABC的重心,设FC的长度为x,

则由几何关系得=,解得光斑半径x=2r.选项C正确.

答案:C

8.(2023·广东广州)如图所示,圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上,光线从P点垂直界面入射后,恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射.当入射角θ=60° 时,光线从玻璃砖圆形表面射出后恰好与入射光平行.已知真空中的光速为c,则              (　　)

A.玻璃砖的折射率为1.5

B.OP之间的距离为R

C.光在玻璃砖内的传播速度为c

D.光从玻璃到空气的临界角为30°

解析:根据题意可知,当光线从P点垂直界面入射后,恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射,如图甲所示;当入射角θ=60°时,光线从玻璃砖圆形表面射出后恰好与入射光线平行,则折射光线与垂直于OP的法线的夹角相等,故光路如图乙所示.

对图甲根据全反射的条件可得sin C==,

对图乙根据折射定律可得n=,

其中sin α=,

联立解得OP=R,n=,临界角C=arcsin,故选项A、B、D错误;光在玻璃砖内的传播速度为v==c,故选项C正确.

甲

乙

答案:C

9.如图所示,一段横截面为正方形的玻璃棒,中间部分弯成四分之一圆弧状,一细束单色光由MN端面的中点垂直射入,恰好能在弧面EF上发生全反射,然后垂直PQ端面射出.

(1)该玻璃棒的折射率是　　　　. 

(2)若将入射光向N端平移,当光第一次射到弧面EF上时　　　　(选填“能”“不能”或“无法确定能否”)发生全反射. 

解析:(1)因为一细束单色光由MN端面中点垂直射入,如图所示,所以光到达弧面EF界面时入射角为45°,又因为恰好发生全反射,所以临界角C=45°,由sin C=可知,该玻璃棒的折射率n==.

(2)若将入射光向N端平移,则光第一次射到弧面EF上时的入射角将增大,即大于临界角45°,所以能发生全反射.

答案:(1)　(2)能

10.(2022·广东卷)一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体,液体上方是空气,其截面如图所示.一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动,它所发出的光束始终指向圆心O点.当光束与竖直方向成45°角时,恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束.已知光在空气中的传播速度为c,求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v.

解析:当光束与竖直方向成45°角时,恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束,即恰好发生了全反射,设临界角为C,则C=45°,由全反射的临界角和折射率的关系可得n===,再由公式n=得激光在液体中的传播速度v===c.

答案:   c

【挑战创新】

11.如图所示,光液面传感器有一个像试管的玻璃管,在其中央插一块两面反光的玻璃板,入射光在玻璃管内壁与反光板之间发生多次反射,进入到玻璃管底部,然后从另一侧反射而出(与光纤原理相同).当透明液体的折射率大于玻璃管壁的折射率时,就可以通过光液面传感器监测出出射光的强弱来判定玻璃管是否被液体包住了,从而了解液面的高度.下列说法正确的是(    )

A.玻璃管被液体包住之后,出射光强度增强

B.玻璃管被液体包住之后,出射光消失

C.玻璃管被液体包住之后,出射光强度减弱

D.玻璃管被液体包住之后,出射光强度不变

解析:玻璃管被液体包住之前,由于玻璃管之外是光疏介质空气,光发生全反射,没有光从玻璃管侧壁射出.当玻璃管被透明液体包住之后,液体的折射率大于玻璃管壁的折射率,有一部分光不再发生全反射,进入液体,出射光的强度会减弱,选项C正确.

答案:C