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

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)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,如果光按以下几种方式传播,可能发生全反射的是              (    )

A.光从玻璃射入水晶

B.光从水中射入二硫化碳

C.光从玻璃射入水中

D.光从水晶射入水中

解析:发生全反射的条件之一是光从光密介质射入光疏介质,光密介质折射率较大,选项A、C、D正确.

答案:ACD

3.(多选)一束光从介质1射入介质2,如图所示.下列对于1、2两种介质的光学属性判断正确的是              (    )

A.介质1是光疏介质

B.介质1的折射率大

C.光在介质1中传播速度大

D.光在介质2中传播速度大

解析:光从介质1射入介质2,从光路图可以看出入射角为θ1=90°-60°=30°,折射角为θ2=90°-15°=75°,入射角小于折射角,说明介质1的折射率大,介质1是光密介质,选项A错误,选项B正确.由n=可知光在介质2中的传播速度大,选项C错误,选项D正确.

答案:BD

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.下图为水流导光的实验装置示意图.长直开口透明塑料瓶内装有适量清水,在其底侧开一小孔,水从小孔流出形成弯曲不散开的水流,用细激光束透过塑料瓶水平射向该小孔,观察到激光束没有完全被限制在水流内传播.下列操作有助于激光束完全被限制在水流内传播的是              (    )

A.增大该激光的强度

B.向瓶内再加适量清水

C.改用频率更低的激光

D.改用折射率更小的液体

解析:激光束没有完全被限制在水流内传播,说明部分光发生折射现象,没有全部发生全反射.要使全部的激光发生全反射,应增大激光与水流界面之间的入射角或减小临界角.要增大入射角,可向瓶内再加适量清水,增大水在小孔高度处的压强,使水流在出水口处弯曲的程度小一些,选项B正确.由sin C=知要减小临界角,应改用折射率更大的液体,或频率更高的激光,选项C、D错误.改变激光强度对全反射无影响,选项A错误.

答案:B

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.(多选)半圆形玻璃砖横截面如图所示,AB为直径,O点为圆心.在该界面内有a、b两束单色可见光从空气垂直于AB射入玻璃砖,两入射点到O点的距离相等.两束光在半圆边界上反射和折射的情况如图所示,则a、b两束光(    )

A.在同种均匀介质中传播时,a光的传播速度大

B.以相同的入射角从空气斜射入水中,b光的折射角大

C.从同一介质以相同的入射角射向空气,若a光不能进入空气,则b光也不能进入空气

D.a光的频率大于b光的频率

解析:由于两束光的入射点到O点的距离相等,它们在半圆边界上的入射角相同,b光发生全反射,而a光能够折射,说明b光全反射的临界角小于a光全反射的临界角,由n=可知,b光在玻璃中的折射率大于a光在玻璃中的折射率,所以b光的频率比a光的频率高,由v=可知,在同种均匀介质中,a光的传播速度大,选项A正确,选项D错误.以相同的入射角从空气斜射入水中,b光的偏折程度大,折射角小,选项B错误.因为b光全反射临界角小,所以选项C正确.

答案:AC

8.光导纤维是利用光的全反射来传输光信号的.光导纤维由内、外两种材料制成,内芯材料的折射率为n1,外套材料的折射率为n2,如图所示的一束光信号与界面间的夹角为α,由内芯射向外套,要想在此界面发生全反射,必须满足的条件是              (    )

A.n1>n2,α大于某一值

B.n1<n2,α大于某一值

C.n1>n2,α小于某一值

D.n1<n2,α小于某一值

解析:光在内芯和外套的界面上发生全反射,则内芯的折射率n1大于外套的折射率n2,由于入射角要大于或等于临界角才能发生全反射,α应小于某一值,选项C正确.

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

10.一厚度为h的平板玻璃水平放置,其下表面贴有一半径为r的圆形发光面.在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片,圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上.已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光(不考虑反射),求平板玻璃的折射率.

解析:如图所示,从圆形发光面边缘的A点发出的光射到玻璃上表面A'点恰好发生全反射,则

sin C=,

sin C=,

其中l=R-r,

联立解得n==.

答案:

【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