高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册全反射同步练习题

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\l "_Tc12626" 题型01 全反射 PAGEREF _Tc12626 1
\l "_Tc24468" 题型02折射率 PAGEREF _Tc24468 6
\l "_Tc25819" 创新拓展练 PAGEREF _Tc25819 8
\l "_Tc21073" 新题速递 PAGEREF _Tc21073 11
题型分组练
题型01 全反射
1．（24-25高二下·河北秦皇岛·期末）海市蜃楼是一种反常的折射现象。其中一种情况如图所示，空气密度随高度增大迅速减小，光线在这种空气密度随高度锐减的气层中传播，会向下屈折，远方地平线处的物体发出或反射的光线经折射进入观测者眼帘。根据上述情况，下列说法正确的是（ ）
A．空气折射率随高度的升高而逐渐增大
B．光线在最高处发生的是折射
C．若光线的频率增大，则能到达的最高点升高
D．若光线初始的入射角增大，则能到达的最高点降低
【答案】D
【详解】A．由题意可知，随高度升高，空气密度迅速减小，折射率也应随之减小，从而使光线不断向下偏折，形成海市蜃楼现象，故A错误。
B．海市蜃楼现象是光在不同密度（折射率）层间连续折射所致，随着折射率的减小，光发生全反射时所需达到的临界角也在减小，当入射角大于临界角时，光线将在最高处发生全反射，不再有光线折射出去，故B错误。
C． 一般情况下，可见光各频率在空气中折射率差异极小，频率增大并不会导致能到达的最高点显著升高。若光线的频率增大，考虑折射率的变化，则折射率将变大，根据折射定律可知，折射角将变大，光线更容易向下偏折，提前达到发生全反射的临界角，所以光线能够达到的最高点将降低，而不是升高，故C错误。
D．若初始入射角增大，光线更倾向“斜射”进入折射率梯度区，往往更快发生较大偏折，最高点反而降低，故D正确。
故选D。
2．（24-25高二下·北京大兴·期末）如图所示，玻璃砖的上表面与下表面平行，一束红光从上表面的点处射入玻璃砖，从下表面的点处射出玻璃砖，下列说法正确的是（ ）
A．红光进入玻璃砖前后的波长不会发生变化
B．红光进入玻璃砖前后的速度会发生变化
C．若增大红光的入射角，则红光可能会在玻璃砖下表面的点左侧某处发生全反射
D．若紫光与红光都从点以相同的入射角入射，则紫光将从点左侧某处射出玻璃砖
【答案】B
【详解】B．光作为一种电磁波，对一种介质的折射率n是一定的，红光从空气进入玻璃介质后，光的频率不变，由折射定律
可得速度v会发生改变，所以红光进入玻璃砖前后的速度会发生变化，故B正确，
A．由公式可得红光进入玻璃砖前后的波长会发生变化，故A错误；
C．根据折射率
若增大红光的入射角，则折射角也变大，根据光路的可逆性，只要光线可以从上表面射入，在玻璃中发生折射，就一定可以从下表面射出，所以增大红光的入射角，则红光不会在玻璃砖下表面发生全反射，故C错误；
D．若紫光与红光都从P点以相同的入射角入射，由于紫光折射率较大，所以紫光折射角较小，所以紫光将从Q点右侧某处射出玻璃砖，故D错误。
故选B。
3．（24-25高二下·辽宁·期末）2025年第九届亚洲冬季运动会在哈尔滨举行，开幕式上的“冰灯启梦”表演蔚为壮观。某学习小组设计制作了一个正方体“冰灯”，中心O处有一单色点光源。已知冰对该单色光的折射率约为，只考虑第一次到达表面的光线。则其中一个面的透光区域形状应为（ ）
A．B．
C．D．
【答案】B
【详解】已知冰对该单色光的折射率约为，可知单色光从冰射出空气发生全反射的临界角满足
则有
研究中心O处单色点光源射到底部的出射情景，设正方体的边长为，如图所示
根据几何关系可得
解得
由于
如图所示
可知图中圆形与正方形叠加区域有光线射出。
故选B。
4．（24-25高二下·湖北省直辖县级单位·期末）生活中很多饮料都装在玻璃瓶中。现用透明的玻璃瓶盛装西瓜汁和橙汁，对于这两瓶饮料，下列说法正确的是（ ）
A．西瓜汁反射的红色光比橙汁反射的橙色光在真空中的波长更短
B．西瓜汁反射的红色光比橙汁反射的橙色光在玻璃中的光速更慢
C．从玻璃射向空气时，红色光的临界角大于橙色光的临界角
D．用完全相同的玻璃瓶装满饮料，装西瓜汁的玻璃瓶壁看起来跟装橙汁的一样厚
【答案】C
【详解】A．因红光的频率小于橙光的频率，根据可知，西瓜汁反射的红色光比橙汁反射的橙色光在真空中的波长更长，故A错误；
B．根据可知，因红光的折射率小于橙光，则西瓜汁反射的红色光比橙汁反射的橙色光在玻璃中的速度更快，故B错误；
C．根据发生全反射的临界条件，红光的折射率小于橙光，可知红色光的临界角大于橙色光的临界角，故C正确；
D．红光的折射率更小，射到玻璃瓶壁上时的“视深”更大，看起来比装橙汁的更厚一些，故D错误。
故选C。
5．（24-25高二下·河南安阳·期末）一个柱状玻璃砖的横截面如图所示，它由半圆和等腰直角三角形组成，其中为圆心，。一束单色光从光源垂直射到面上的点，恰好在面发生全反射，之后从半圆上的某点射出。已知光在真空中的速度大小为，求：
(1)玻璃砖的折射率；
(2)光从点射入到第一次离开玻璃砖的时间。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）依题意，画出光路图，如图：
由于为等腰直角三角形，，，光恰好在点发生全反射，由
解得玻璃砖的折射率
（2）由几何关系得，，，因此，
解得
光在玻璃中的传播距离
光在玻璃中的传播速度
光在玻璃中的传播时间
解得光从M点射入到第一次离开玻璃砖的时间
题型02折射率
6．（24-25高二下·陕西咸阳·期末）光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务。光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，光导纤维传递光信号的物理原理是（ ）
A．光的全反射B．光的衍射C．光的干涉D．光的折射
【答案】A
【详解】光导纤维传递光信号的物理原理是光的全反射。
故选A。
7．（24-25高二下·福建漳州·期末）光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，长为，其侧截面如图所示，光纤应满足外套折射率 内芯折射率（填“大于”、“小于”或“等于”）；一复色光以一定的入射角从轴心射入光导纤维后分为a、b两束单色光，则在内芯介质中a光的传播速度 b光的传播速度（填“大于”、“小于”或“等于”）。
【答案】 小于 大于
【详解】[1]为保证光在光纤内发生全反射，则光纤应满足外套折射率小于内芯折射率；
[2]由图可知，因b光偏折程度较大，则b光折射率较大，根据可知，在内芯介质中a光的传播速度大于b光的传播速度。
8．（24-25高二下·湖北咸宁·期末）光导纤维是一种能够将光信号传输的纤维材料，它的用途非常广泛。如图所示，光在有机玻璃棒内沿着锯齿形路线传播，这就是光导纤维导光的原理。关于光导纤维下列说法正确的是（ ）
A．沿着光传播的方向，光线的折射率需逐渐减小
B．光纤外套的折射率小于光纤内芯的折射率
C．光纤的内芯以真空取代后，光讯号可增强
D．光线传播讯号无法沿着弯曲的管道前进
【答案】B
【详解】A．沿着光传播的方向，介质不变，光线的折射率不变，A错误；
B．根据光导纤维原理可知，光从内芯向外套传播时发生全发射，则根据全反射的条件可知，光纤外套的折射率小于光纤内芯的折射率，B正确；
C．光纤的内芯以真空取代后，内芯向外套传播时不能发生全发射，光讯号不能传播，C错误；
D．光线传播讯号在传播过程中发生全反射，可沿着弯曲的管道前进，D错误；
故选B。
9．（24-25高二下·安徽芜湖·期末）如图所示为光导纤维（可简化为长玻璃丝）的示意图，玻璃丝长为L=60m，一束激光从玻璃丝左端面的中心点O以α=60°的入射角射入，在玻璃丝的侧面以入射角θ=60°多次反射后，从另一端射出。已知光在真空中的传播速度为c=3.0×108m/s。求：
(1)玻璃丝对该束激光的折射率n；
(2)该激光在玻璃丝中传播所经历的时间t。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）由玻璃丝侧面的入射角为，由几何关系可得在左端的折射角为β=30°，由折射定律
代入数据解得
（2）光路图如图所示
设激光在玻璃丝中的传输速度为v，激光在玻璃丝中传播的距离为s，则有
因为
则
代入数据联立解得
10．（24-25高二下·吉林·期末）光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。下列关于光导纤维的说法中，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．波长越短的光在光纤中传播的速度越大
D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大
【答案】A
【详解】AB．光纤内芯比外套折射率大，在内芯与外套的界面上发生全反射，故A正确，B错误；
CD．波长越短的光，频率越大，折射率越大，根据
可知频率越大的光在光纤中传播的速度越小，故CD错误。
故选A。
创新拓展练
11．（2025·河北·一模）如图所示，一细束激光由光导纤维左端的中心点以的入射角射入，折射角经过一系列全反射后从光导纤维右端射出。已知光导纤维长L=3000m，真空中的光速则该激光在光导纤维中传输所经历的时间为（ ）
A．B．C．D．
【答案】C
【详解】题意可得光导纤维对光的折射率
故光在光导纤维中速度为
故该激光在光导纤维中传输所经历的时间为
代入题中数据，解得
故选 C。
12．（25-26高三上·河北唐山·开学考试）俄乌战争中有一种无人机是靠光纤导航的，已知光纤由内芯和外套组成，内芯折射率大于外套。如图所示，光从光纤端面以特定角度入射，在光纤内不断发生全反射，沿着锯齿形路线传播。关于此过程，下列说法正确的是（ ）
A．光沿着锯齿形路线在内芯中传播时，在内芯与外套界面发生的是折射
B．光从内芯射向外套时，只要入射角足够小，就能发生全反射
C．光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射，折射光完全消失，反射光遵循反射定律
D．当光纤弯曲时，在其中传播的光一定不能在内芯与外套的界面上发生全反射
【答案】C
【详解】A．光沿着锯齿形路线在内芯中传播时，在内芯与外套界面发生的是全反射，故A错误；
B．光从内芯射向外套，入射角足够大时（大于发生全反射的临界角）才能发生全反射现象，故B错误；
C．光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射，折射光完全消失，反射光遵循反射定律，故C正确；
D．当光纤弯曲时，在其中传播的光有可能在交界面处仍然发生全反射，故D错误。
故选C。
13．（2025·河北秦皇岛·模拟预测）现在许多家庭及单位接入的网络信号都是用光纤传输的，光纤主要材料为高纯度石英玻璃。如图为一长度为L=30m的直光纤AB的示意图，该光纤对某光的折射率，光在真空中的传播速度c=3×108m/s，有折射光时不考虑反射光，则该光从A端传播到B端的最长时间与最短时间的差值约为（ ）
A．4×10-8sB．4×10-7sC．6×10-8sD．6×10-7s
【答案】C
【详解】光信号由A点进入光导纤维后，斜向上方向射到光纤上表面，此时入射角α恰好等于临界角，光在此介质中的传播速度为v，而沿水平方向的分速度为vsinα，则，，
解得
光从A端传播到B端的最长时间为，最短时间为
所以
故选C。
14．（2025·湖南永州·模拟预测）据世界卫生组织统计，中国肠胃病患者高达1.4亿人，平均每十个人中就有一人患有肠胃病。医学上用玻璃纤维制成内窥镜，用来检查人体胃、肠、气管等脏器的内部情况。如图所示为长为的玻璃纤维，代表光的入射端面。某种单色光以任何角度从端面进入玻璃纤维后，均能无损耗地从端面传播到另一端面。下列说法正确的是（ ）
A．玻璃纤维对该光的折射率最小为
B．玻璃纤维对该光的折射率最小为
C．若玻璃纤维对该光的折射率为，则光从一端传播到另一端的最长时间为
D．若玻璃纤维对该光的折射率为，则光从一端传播到另一端的最长时间为
【答案】AD
【详解】AB．如图所示
设入射角为，折射角为，光线到达上界面的入射角为，由折射定律得
由几何关系得
由题意知入射角增大到时，，且时，折射率最小；可得折射率最小时，则最小折射率为，故A正确，B错误；
CD．光在玻璃纤维中的传播速度
光在玻璃纤维中传播的时间
要使时间最长，应最小，则最大，最大仅能为，所以最小为
则
若玻璃纤维对该光的折射率为，则光从一端传播到另一端的最长时间为，若玻璃纤维对该光的折射率为，则光从一端传播到另一端的最长时间为，故C错误，D正确。
故选AD。
15．（2025·江苏苏州·模拟预测）如图所示，一条圆柱形的光导纤维，长为L，它的玻璃芯的折射率为，外层材料的折射率为，光在空气中的传播速度为下列说法正确的是（ ）
A．折射率小于折射率
B．光在光纤中传播的速度
C．光在内外层的临界角C满足
D．光从它的一端射入经全反射后从另一端射出所需的最长时间为
【答案】B
【详解】A．如图所示，欲使光在和的界面上发生全反射，需有，故A错误；
B．根据，可得光在光纤中传播的速度，故B正确；
C．光在内外层的临界角C满足
可得，故C错误；
D．光从它的一端射入经全反射后从另一端射出传播的最长路程为
则所需的最长时间为
故D错误。
故选B。
新题速递
16．（2025·广东·模拟预测）如图，光导纤维由内、外两种材料制成，一束蓝光信号与界面成α角由内芯射向外芯时恰好发生全反射，当光信号与界面的夹角大于α时将出现漏光现象，下列说法正确的是（ ）
A．内芯的折射率小于外芯的折射率
B．激光在内芯中的传播速度大于在外芯中的传播速度
C．光导纤维在扭曲过度时可能会出现漏光现象
D．若红光信号与界面成α角由内芯射向外芯时，依然可以发生全反射
【答案】C
【详解】A． 根据全反射条件，内芯的折射率大于外芯的折射率，A错误；
B． 根据 ，
解得， 所以激光在内芯中的传播速度小于在外芯中的传播速度，B错误；
C． 光导纤维在扭曲过度时，入射角小于临界角，不发生全反射，会出现漏光现象，C正确；
D． 根据 ，
解得 ，红光的临界角大于蓝光临界角，蓝光恰好能发生全反射时，红光不能发生全反射，D错误。
故选C。
17．（2025·河北邯郸·模拟预测）如图甲所示，在医学领域的内窥镜检查中，常利用光导纤维将光传输到人体内部进行照明，并通过另一细管中的微型摄像机来进行观察。如图乙所示，某内窥镜所用光导纤维由折射率为n1的内芯和折射率为n2的外套组成。一束光从空气以入射角θ射向平直的光导纤维内芯的左端面并在内芯与外套的界面发生全反射。已知光导纤维长度为L，真空中光速为c。下列说法正确的是（ ）
A．
B．
C．光在光导纤维中传播的时间为
D．光在光导纤维中传播的时间为
【答案】AC
【详解】AB．发生全反射的条件是光由光密介质射向光疏介质，所以
故A正确，B错误；
CD．当入射角为θ时，设光的折射角为r，根据折射定律有
由数学知识可知
根据几何关系可知，光的传播距离为
由知传播速度为
则传播的时间为
故C正确，D错误。
故选AC。
18．（2025·江西上饶·二模）为了研究某种透明新材料的光学性质，将其压制成长为6m的细圆柱棒，如图甲所示。让一束平行激光从圆柱棒的一个底面垂直射入，历时在另一端接收到该光束，已知光在真空中的速度为。现将这种新材料制成一根半径的光导纤维束弯成半圆形暴露于空气中（假设空气中的折射率与真空相同），半圆形外半径为R，如图乙所示。
(1)求这种新材料的折射率n；
(2)用同种激光垂直于光导纤维的端面射入，若该束激光恰好不从光导纤维的侧面外泄，求半圆形的半径R。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）光在细圆柱棒中传输有
解得传播速度为
材料的折射率为
解得
（2）当入射光线越接近E点时，则光在光纤中的入射角越大，就越容易发生全反射，因此激光不从光导纤维束侧面外泄的临界条件是入射光在光导纤维束内侧面发生全反射，临界光路图如图所示
根据几何关系可得
又因为
联立解得
19．（2025·吉林白城·模拟预测）使用石英玻璃作为光纤材料可以显著降低光信号的衰减，这一发现开启了光纤通信的新时代，使得长距离数据传输成为可能，极大地促进了全球信息技术的进步。如图模拟光纤通信，将直径为的圆柱形玻璃棒弯成圆环，已知玻璃的折射率为，光在真空中的速度为。光纤在转弯的地方不能弯曲太大，要使从A端垂直入射的光线能全部从B端射出。求：
(1)圆环内径的最小值；
(2)在（1）问的情况下，从A端最下方入射的光线，到达B端所用的时间。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）在圆柱形玻璃棒A端最下方射入的光线在玻璃棒外侧边界上的入射角最小，令其为，根据几何关系有
若所有光线均能够发生全反射，则有
根据临界角与折射率的关系有
解得
即圆环内径的最小值为。
（2）在（1）问的情况下，解得
作出光路图如图所示
光传播的路程
根据折射率与光速关系有
从A端最下方入射的光线，到达B端所用的时间
结合上述解得
20．（2025·江西·一模）如图所示，光导纤维由内，外两种材料制成，一束光信号与界面成α角由内芯射向外芯时恰好发生全反射，当光信号与界面的夹角大于α时将出现漏光现象，下列说法正确的是（ ）
A．内芯的折射率小于外芯的折射率
B．图中入射光线与反射光线的夹角为2α
C．光导纤维在扭曲过度时会出现漏光现象
D．激光在内芯中的传播速度大于在外芯中的传播速度
【答案】C
【详解】A．当内芯的折射率比外套的大时，光传播时在内芯与外套的界面上才能发生全反射，故A错误；
B．因入射角等于反射角，则图中入射光线与反射光线的夹角为
故B错误；
C．光纤弯折过大的地方因为截面的扭曲可能会破坏全反射发生的条件，因此会有折射光透出来，但剩余的反射光线在经过这个弯折处后会继续在光纤内传播至末端，故C正确；
D．因内芯的折射率更大，由可知激光在内芯中的传播速度小于在外芯中的传播速度，故D错误。
故选C。