高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光及其应用3 光的全反射优秀同步练习题

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第3节 光的全反射

1. 某种介质对空气的折射率是，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.[多选]如图所示，半圆形玻璃砖放在空气中，三条同一颜色、强度相同的光线，均由空气沿半圆半径方向射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置．下列说法正确的是(　　)

A.假若三条光线中只有一条在O点发生了全反射，那一定是aO光线

B.假若光线bO能发生全反射，那么光线cO一定能发生全反射

C.假若光线bO能发生全反射，那么光线aO一定能发生全反射

D.假若光线aO恰能发生全反射，那么光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度大

3. [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

4. [多选]如图所示，包含红、蓝两种颜色的一束复色光沿半径方向射向一块半圆形玻璃砖。在玻璃砖底面的入射角为i，经折射后射出到空气中。下列说法正确的是（　　）

A.在玻璃砖中，a光的传播速度小于b光的传播速度

B. a光为红光，b光为蓝光

C.玻璃砖材料对a光的折射率小于对b光的折射率

D.若改变光束的入射方向使i角逐渐变大，则a光的折射光首先消失

5. 如图所示，将由某种透明介质制成的长直细圆柱体置于真空中．某种单色光在介质中传输，经过多次全反射后从右端射出．若以全反射临界角传输的光线刚好从右端以张角2θ出射，则此介质的折射率为(　　)

A.   B.

C.       D.

6. 如图所示是两个城市间光缆中的一条光导纤维的一段，光缆总长为L，它的玻璃芯的折射率为n1，外层材料的折射率为n2.若光在空气中的传播速度近似为c，则对于光由它的一端射入经多次全反射后从另一端射出的过程，下列判断中正确的是(　　)

A．n1<n2，光通过光缆的时间等于

B．n1<n2，光通过光缆的时间大于

C．n1>n2，光通过光缆的时间等于

D．n1>n2，光通过光缆的时间大于

7.如图所示，光线从空气垂直射入棱镜界面的BC边上，棱镜的折射率n=。请作相应光路图，并求这条光线离开棱镜时与界面的夹角。

8.折射率为n、长度为L的玻璃纤维置于空气中，若从A端射入的光线能在玻璃纤维中发生全反射，最后从B端射出，如图所示，求：

（1）光在A面上入射角的最大值。

（2）若光在玻璃纤维中恰能发生全反射，由A端射入到从B端射出经历的时间是多少？

9.如图所示，一块半圆形玻璃砖，其横截面是半径为R的半圆，AB为半圆的直径，O为圆心。玻璃的折射率n=。

（1）平行光垂直射向玻璃砖的下表面。若光到达上表面后，都能从上表面射出，则入射光束在AB上的最大宽度为多少？

（2）一束光在点O左侧与O相距R处垂直于AB从下方入射，求此光从玻璃砖上表面射出时的位置。

10.打磨如图所示的宝石某剖面时，必须将OP边、OQ边与轴线的夹角θ切磨在θ1<θ<θ2的范围内，才能使从MN边垂直入射的光线在OP边和OQ边都发生全反射（仅考虑如图所示的光线第一次射到OP边并反射到OQ边后射向MN边的情况）。请根据θ角度的各个范围，分析对应出射光线的各种可能。

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第3节 光的全反射

参考答案

1.D   2.ACD   3.CD   4.AD   5.D   6.D

7. 解：光线垂直BC边由空气射入棱镜中，在AB面上的入射角θ1为60°。因为棱镜的折射率为n=，则光线从棱镜射入空气中的临界角sin ic==得ic=45°，θ1>45°。所以光线在AB面上发生全反射，根据反射定律，以及几何关系可得光线入射到AC面上时的入射角为30°。此时入射角小于临界角，所以光线会从AC边射出，同时存在反射光线。由折射定律n=得sin γ=nsin i=·sin 30°=，解得γ =45°，即折射光线与AC界面的夹角为45°。

由几何知识得，AC面上的反射光线与AB面垂直，故反射光线射出棱镜时，与AB界面的夹角为90°。

8. 解：（1）光线在玻璃纤维侧面恰好发生全反射时，入射角等于临界角ic，光路图如图所示，此时光在A面上的入射角最大。

由临界角ic的公式有sin ic=，

由几何关系有：折射角θ2=90°-ic

所以cos θ2=sin ic=，

sin θ2==。

由折射率公式n=，

计算得出sin θ1=nsin θ2=，

所以光在A面上入射角的最大值θ1=。

（2）光在玻璃纤维中的传播速度v=，

则光从A端射入到从B端射出通过的总路程

s==nL。

则光由A端射入到从B端射出经历的时间

t===。

点评：对于几何光学问题，一定要画出光路图，并根据题意找出临界角与其他角度的关系，再结合相应的规律解题。

9. 解：（1）据全反射定律：sin C=，得C=45°，

（a）　　　　　　　　　（b）

假设从E、F点射入的光恰好发生全反射，则E、F之间的光都能从上表面射出［图（a）为从F点射入的光］。

由几何关系知=R·sin 45°=，则知入射光束在AB上的最大宽度为d=。

（2）光在距O点左侧处入射，

sin α=，α=60°

α>C，发生全反射，如图（b）所示，光经三次全反射，由G点射出。

据反射定律及几何知识，OG=OD=。

10. 解：从MN边垂直入射，由几何关系可知光线射到OP边上时的入射角i=-θ，根据题意可知，θ在θ1<θ<θ2的范围内，才能使从MN边垂直入射的光线在OP边和OQ边都发生全反射，说明临界角ic的范围为-θ2<ic<-θ1。

如图所示。

当θ>θ2时，入射角i=-θ2<ic，光在OP面上发生折射，即会从OP边射出。若θ=θ1时，光在OP边发生全反射，照射到OQ边刚好发生全反射，此时在OQ边上入射角为3θ1-=ic，若θ<θ1，此时在OQ边上入射角3θ-<ic，光会从OQ边射出。