高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册2 全反射随堂练习题

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册2 全反射随堂练习题，共6页。

1．某种介质对空气的折射率是eq \r(2)，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)( )
2．[2022·江苏苏州高二检测]光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播．以下关于光导纤维的说法正确的是( )
A．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
B．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
C．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折射
D．内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用
3．潜水员在水深为h的地方向水面张望，发现自己头顶上有一圆形亮斑．如果水对空气的临界角为C，则此圆形亮斑的直径是( )
A．2htanCB．2hsinC
C．2hcsCD．2h
4．如图所示，已知介质Ⅰ为空气，介质Ⅱ的折射率为eq \r(2)，则下列说法中正确的是( )
A．光线a、b都不能发生全反射
B．光线a、b都能发生全反射
C．光线a发生全反射，光线b不发生全反射
D．光线a不发生全反射，光线b发生全反射
5．如图所示，一束光从空气垂直射到直角棱镜的AB面上，已知棱镜材料的折射率为1.4，则这束光进入棱镜后的光路图应为( )
6．一半径为R的半圆形玻璃砖放置在竖直平面上，其截面如图所示．图中O为圆心，MN为竖直方向的直径．有一细光束自O点沿水平方向射入玻璃砖，可以观测到有光束自玻璃砖内射出，现将入射光束缓慢平行下移，当入射光束与O点的距离为d时，从玻璃砖射出的光线刚好消失．则此玻璃的折射率为( )
A．eq \f(R,\r(R2－d2))B．eq \f(\r(R2－d2),R)
C．eq \f(R,d)D．eq \f(d,R)
7．如图所示，圆柱形油桶中装满折射率n＝eq \r(2)的某种透明液体，油桶的高度为H，半径为eq \f(3,2)H，桶的底部装有一块平面镜，在油桶底面中心正上方高度为d处有一点光源P，要使人从液体表面上方任意位置处都能够观察到此液体内点光源P发出的光，d应该满足什么条件？
8．如图所示，一玻璃工件折射率为n，左侧是半径为R的半球体，右侧是长为8R、直径为2R的圆柱体．一细束光频率为f，沿半球体半径方向射入工件，最终这束光都能到达圆柱体的右端面，忽略光在圆柱体端面的反射，已知光在真空中的传播速度为c.求：
(1)光在玻璃工件中的波长；
(2)光在工件中传播的最长时间．
素养综合练
9．一湖面上有一伸向水面的混凝土观景台，如图所示是截面图，观景台下表面恰好和水面相平，A为观景台右侧面在湖底的投影，水深h＝4m，在距观景台右侧面x＝4m处有一可沿竖直方向上下移动的单色点光源S，点光源S可从距水面高3m处下移到接近水面，在移动过程中，观景台水下被照亮的最远距离为AC，最近距离为AB，若AB＝3m，求：
(1)水的折射率n.
(2)光能照亮的最远距离AC.(结果可以保留根式)
10．阳光作为万物生长之源，是必不可少的资源，如图甲是一个神奇的采光系统(Slatube)，可以将阳光送到室内每一个角落，它由半球形玻璃透光罩、导光管道和灯片组成，透光罩上的半球形凸透镜可投射任何角度的太阳光，然后通过管道将光线反射到灯片，让室内充满阳光．某种颜色的光通过导光系统进入室内，原理图如图乙所示，已知半球形透光罩半径为R＝30cm，导光管道长为L＝3m，该色光在玻璃内芯与包层界面发生全反射的临界角C＝60°，透光罩与内芯为同种玻璃制成，对该光的折射率n＝eq \r(3)，光在真空中的速度c＝3×108m/s，该光按乙图所示竖直向下由B点射入透光罩时，求该光到达灯片的时间．
课时分层作业(十七) 全反射
1．解析：由题意知，光由光密介质射向光疏介质，由sinC＝eq \f(1,n)＝eq \f(1,\r(2))，得C＝45°<θ1＝60°，故在两介质的界面上会发生全反射，只有反射光线，没有折射光线，故选项D正确．
答案：D
2．解析：光导纤维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，故选项A对，选项B、C、D错误．
答案：A
3.
解析：在圆形亮斑边缘从空气射入水中的光线，折射角的大小等于临界角C，如图所示，由几何关系可知，此圆形亮斑的直径是：d＝2r＝2htanC．A符合题意．
答案：A
4．解析：根据发生全反射的条件，光从光密介质射向光疏介质，介质Ⅱ对空气Ⅰ来说是光密介质，光线a不能发生全反射，光线b可能发生全反射，临界角为C，有sinC＝eq \f(1,n)＝eq \f(1,\r(2))，则C＝45°.题图中光线b与界面的夹角为60°，而此时的入射角为30°<45°，故光线b也不能发生全反射，故正确选项为A.
答案：A
5．解析：光线垂直AB面射入，在到达AC面上时入射角i＝60°，因光线的临界角C满足sinC＝eq \f(1,n)，C＝45°，i>C，所以光线在AC面发生全反射；光线到达BC面上的入射角i′＝30°，由于i′答案：D
6．解析：
根据题意可知，当入射光与O点的距离为d时，从玻璃砖射出的光刚好消失，光恰好在MN圆弧面上发生了全反射，作出光路图，如图所示
根据几何知识得：sinC＝eq \f(d,R)，又sinC＝eq \f(1,n)，
联立解得n＝eq \f(R,d).
答案：C
7．解析：
点光源P通过平面镜所成像为P′，如图所示．
要使人从液体表面上方任意位置处都能够观察到点光源P发出的光，即相当于像P′发出的光，则入射角i≤i0，
i0为全反射临界角，有：sini0＝eq \f(1,n)
而tani＝eq \f(\f(3H,2),H＋d)
且tani≤tani0
联立解得d≥eq \f(H,2)，又有H>d
解得eq \f(H,2)≤d答案：eq \f(H,2)≤d8．解析：(1)光在玻璃工件中的速度v＝eq \f(c,n)①
波长λ＝eq \f(v,f)②
由①②式解得光在玻璃工件中的波长λ＝eq \f(c,nf).
(2)设光在圆柱体中发生全反射时的入射角为a，传播到右端面的路程为s，则sinα＝eq \f(8R,s)③
光在工件中传播的时间t＝eq \f(s＋R,v)④
即t＝(eq \f(8,sinα)＋1)eq \f(nR,c)，当α为最小值时，t有最大值，此时sinα＝eq \f(1,n)⑤
由③④⑤式得tmax＝eq \f(（8n2＋n）R,c).
答案：(1)eq \f(c,nf) (2)eq \f(（8n2＋n）R,c)
9．解析：(1)点光源S在距水面高3m处发出的光在观景台右侧面与水面交接处折射到水里时，被照亮的距离为最近距离AB，由于n＝eq \f(sini,sinr)，
所以水的折射率n＝eq \f(\f(x,\r(32＋x2)),\f(AB,\r(AB2＋h2)))＝eq \f(4,3).
(2)点光源S接近水面时，光在观景台右侧面与水面交接处折射到水里时，被照亮的距离为最远距离AC，此时，入射角为90°，折射角为临界角C
则：n＝eq \f(sin90°,sinC)＝eq \f(\r(AC2＋h2),AC)＝eq \f(4,3)
可得sinC＝eq \f(3,4)
由数学知识得tanC＝eq \f(sinC,csC)＝eq \f(3\r(7),7)，
解得AC＝htanC＝eq \f(12,7)eq \r(7)m.
答案：(1)eq \f(4,3) (2)eq \f(12,7)eq \r(7)m
10.
解析：光线射入透光罩由折射定律得：
n＝eq \f(sini,sinr)①
由几何关系得光线在内芯处入射角
θ＝60°＝C
由光线恰好在内芯处发生全反射②
光线在传导过程中的光程为
s＝eq \f(R,2csr)＋eq \f(L,sinθ)③
光在透光罩和内芯内传播速度为v＝eq \f(c,n)④
光线传播时间为t＝eq \f(s,v)⑤
联立③④⑤⑥式得光到达灯片的时间
t＝2.1×10－8s⑥
答案：该光到达灯片的时间为2.1×10－8s