高中物理第三節(jié) 光的全反射與光纖技術(shù)課后作業(yè)題

這是一份高中物理第三節(jié) 光的全反射與光纖技術(shù)課后作業(yè)題，共6頁。試卷主要包含了關(guān)于全反射，下列敘述正確的是等內(nèi)容，歡迎下載使用。
光的全反射與光纖技術(shù) 1．關(guān)于全反射，下列敘述正確的是(　　)A．發(fā)生全反射時仍有折射光線，只是折射光線非常弱B．光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，一定會發(fā)生全反射現(xiàn)象C．光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，可能不發(fā)生全反射現(xiàn)象D．光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時，可能發(fā)生全反射現(xiàn)象解析：選C　發(fā)生全反射時折射光線的能量為零，折射光線消失，所以選項A錯誤；發(fā)生全反射的條件是光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于或等于臨界角，二者缺一不可，所以選項B、D錯誤，選項C正確。2．一條光線由水中射向空氣，當(dāng)入射角由0°逐漸增大到90°時，下列說法正確的是(　　)A．折射角由0°增大到大于90°的某一角度B．折射角始終大于入射角，當(dāng)折射角等于90°時，發(fā)生全反射C．折射角始終小于90°，不可能發(fā)生全反射D．入射角的正弦與折射角的正弦之比逐漸增大解析：選B　光線由水射向空氣，根據(jù)折射定律可知 nsin θ1＝sin θ2，而n>1, 所以存在折射時，總是θ2>θ1，直到θ2＝90°(發(fā)生全反射)為止。發(fā)生全反射以后，折射光線不存在，折射定律不再適用。該題中，發(fā)生全反射以前，入射角的正弦與折射角的正弦之比就是n，是一個常數(shù)，B項正確。3．(多選)如圖所示，有一束平行于等邊三棱鏡截面ABC的單色光從空氣射向E點，并偏折到F點，已知入射方向與邊AB的夾角為θ＝30°，E、F分別為AB、BC的中點，則(　　)A．該棱鏡的折射率為B．光在F點發(fā)生全發(fā)射C．從F點出射的光束與入射到E點的光束不平行D．從F點出射的光束與入射到E點的光束平行解析：選AC　在E點作出法線可知入射角為60°，折射角為30°，折射率為，選項A正確；由光路的可逆性可知，在BC邊上的入射角小于臨界角，不會發(fā)生全發(fā)射，選項B錯誤；從F點出射的反射光線與法線的夾角為30°，折射光線與法線的夾角為60°，由幾何關(guān)系知，不會與入射到E點的光束平行，選項C正確，選項D錯誤。4.三種透明介質(zhì)疊放在一起，且相互平行，一束光在Ⅰ和Ⅱ兩介質(zhì)的界面上發(fā)生了全反射后，射向Ⅱ和Ⅲ兩介質(zhì)界面，發(fā)生折射，如圖所示。設(shè)光在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ這三種介質(zhì)中的速率分別是v1、v2、v3，則它們速率的關(guān)系是(　　)A．v1>v2>v3　　　　　 B．v1>v3>v2C．v1<v2<v3 D．v2>v1>v3解析：選B　光在Ⅰ和Ⅱ兩介質(zhì)的界面上發(fā)生了全反射，說明Ⅰ的折射率小于Ⅱ的折射率，即n1<n2；光射向Ⅱ和Ⅲ兩介質(zhì)界面時發(fā)生了折射，而且折射角大于入射角，說明Ⅱ的折射率大于Ⅲ的折射率，即n2>n3；介質(zhì)Ⅰ與Ⅲ相比較，介質(zhì)Ⅰ的折射率小于介質(zhì)Ⅲ的折射率，即有n1<n3，所以有n2>n3>n1，根據(jù)光在介質(zhì)中的速率公式v＝得知，光速與折射率成反比，則v1>v3>v2，B項正確。5．光在某種介質(zhì)中傳播時的速度為1.5×108 m/s，那么，光從此種介質(zhì)射向空氣并發(fā)生全反射的臨界角應(yīng)為(　　)A．60° B．45°C．30° D．75°解析：選C　根據(jù)n＝，sin iC＝，得sin iC＝＝＝，得iC＝30°，C項正確。6．為了表演“隱形的大頭針”節(jié)目，某同學(xué)在半徑為r的圓形薄軟木片中心垂直插入一枚大頭針，并將其放入盛有水的碗中，如圖所示。已知水的折射率為，為了保證表演成功(在水面上看不到大頭針)，大頭針末端離水面的最大距離h為(　　)A．r　　　　　 B．rC．r D．r解析：選A　只要從大頭針末端發(fā)出的光線射到圓形薄軟木片邊緣界面處能夠發(fā)生全反射，從水面上就看不到大頭針，如圖所示，根據(jù)圖中幾何關(guān)系，有sin iC＝＝＝，解得h＝r，A項正確。7.(多選)(2020·湖南長沙期末)　如圖所示，一束光從空氣中射向折射率n＝的某種玻璃的表面，i表示入射角，光在真空中的傳播速度c＝3×108 m/s，則下列說法正確的是(　　)A．當(dāng)i>45°時會發(fā)生全反射現(xiàn)象B．無論入射角是多大，折射角r都不會超過45°C．當(dāng)入射角滿足tan i＝時，反射光線跟折射光線恰好垂直D．光在該玻璃中的傳播速度v＝1.5×108 m/s解析：選BC　光從空氣中射向玻璃表面時，不可能發(fā)生全反射，故A錯誤。根據(jù)折射定律n＝知，當(dāng)入射角最大時，折射角也最大，而最大的入射角約為90°，則由n＝，得sin γ＝≈，γ≈45°，所以最大的折射角約為45°(小于45°)，故B正確。當(dāng)反射光線跟折射光線恰好互相垂直時，設(shè)折射角為β，有i＋β＝90°，則n＝＝＝tan i，所以tan i＝，故C正確。光在該玻璃中的傳播速度v＝＝ m/s≈2.1×108 m/s，故D錯誤。8．如圖所示，一條長度為L＝5.0 m的光導(dǎo)纖維用折射率為n＝的材料制成，一束激光束由其左端的中心點以α＝45°的入射角射入光導(dǎo)纖維內(nèi)，經(jīng)過一系列全反射后從右端射出。(已知光在真空中的傳播速度為c)則(1)該激光束在光導(dǎo)纖維中的傳播速度v是多大？(2)該激光束在光導(dǎo)纖維中傳輸所經(jīng)歷的時間t是多少？解析：(1)由n＝，得v＝＝c。(2)設(shè)該激光束進入光導(dǎo)纖維時的折射角為β，由折射定律，有＝n，解得β＝30°，則激光束在光纖中傳輸?shù)穆烦?/span>s＝＝  m，所以傳輸時間t＝＝(s)。答案：(1)c　(2)(s) 9．(多選)如圖所示，ABCD是兩面平行的透明玻璃磚，AB面和CD面是玻璃和空氣的分界面，分別設(shè)為界面Ⅰ和界面Ⅱ。光線從界面Ⅰ射入玻璃磚，再從界面Ⅱ射出，回到空氣中，如果改變光到達界面Ⅰ時的入射角，則(　　)A．只要入射角足夠大，光線在界面Ⅰ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象B．只要入射角足夠大，光線在界面Ⅱ上可能發(fā)生全反射現(xiàn)象C．不管入射角多大，光線在界面Ⅰ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D．不管入射角多大，光線在界面Ⅱ上都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象解析：選CD　在界面Ⅰ上光由空氣進入玻璃磚，是由光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)，不管入射角多大，都不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象，則選項C正確；在界面Ⅱ上光由玻璃進入空氣，是由光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)，但是，由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行，光由界面Ⅰ進入玻璃后再到達界面Ⅱ，在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角，入射角總是小于臨界角，因此也不會發(fā)生全反射現(xiàn)象，選項D正確。10．(2020·浙江金華十校高二上期末)一個柱體棱鏡的橫截面如圖所示，圖中MN為圓弧，點E、F、G、H將半徑OM分成5等份，虛線EE1、FF1、GG1、HH1平行于半徑ON，ON邊可吸收到達其上的所有光線。已知該棱鏡的折射率n＝，若平行光束垂直入射并覆蓋OM，則光線能從棱鏡NM弧面射出的范圍是(　　)A．NE1 B．NF1C．NG1 D．NH1解析：選C　由臨界公式得sin iC＝＝，設(shè)圓弧的半徑為R，Rsin iC＝R，則由題意可知，當(dāng)光線從G點入射到圓弧面G1點時恰好發(fā)生全反射。當(dāng)入射點在G1的右側(cè)時，入射角大于臨界角，將發(fā)生全反射，光線將不能從圓弧面射出。當(dāng)在NM弧面的入射點在G1的左側(cè)時，入射角小于臨界角，不發(fā)生全反射，光線將從圓弧面射出，所以光線只能從圓弧面NG1射出，故C正確。11．一足夠大的水池深h＝ m，水池底部中心有一點光源S，其中一條光線斜射到水面上，其在水面上的反射光線和折射光線恰好垂直，并測得點光源S到水面反射點的距離L＝2 m。求：(1)水的折射率n；(2)水面上能被光源照亮部分的面積(取π＝3)。解析：(1)設(shè)入射角、反射角、折射角分別為α、θ和β，如圖所示，由幾何關(guān)系知cos α＝＝，解得α＝30°。由反射定律可知θ＝α＝30°，則β＝90°－θ＝60°。由折射定律可知n＝＝。(2)設(shè)點光源S射向水面的光線發(fā)生全反射的臨界角為C，則sin C＝＝，所以tan C＝，由幾何關(guān)系可知＝tan C，解得|AB|＝，所以水面被照亮部分的面積S＝π×|AB|2＝4.5 m2。答案：(1)　(2)4.5 m212．(2019·全國卷Ⅲ)如圖，直角三角形ABC為一棱鏡的橫截面，∠A＝90°，∠B＝30°。一束光線平行于底邊BC射到AB邊上并進入棱鏡，然后垂直于AC邊射出。(1)求棱鏡的折射率；(2)保持AB邊上的入射點不變，逐漸減小入射角，直到BC邊上恰好有光線射出。求此時AB邊上入射角的正弦。解析：(1)光路圖及相關(guān)量如圖所示。 光束在AB邊上折射，由折射定律得＝n①式中n是棱鏡的折射率。由幾何關(guān)系可知α＋β＝60°②由幾何關(guān)系和反射定律得β＝β ′＝∠B③聯(lián)立①②③式，并代入i＝60°得n＝。④(2)設(shè)改變后的入射角為i′，折射角為α′，由折射定律得＝n⑤依題意，光束在BC邊上的入射角為全反射的臨界角θc，且sin θc＝⑥由幾何關(guān)系得θc＝α′＋30°⑦由④⑤⑥⑦式得入射角的正弦為sin i′＝。⑧答案：(1)　(2)