高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册全反射精品同步练习题

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第一册全反射精品同步练习题，文件包含17专题5人船模型练习原卷版docx、17专题5人船模型练习解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共15页， 欢迎下载使用。

A．光的折射B．光的全反射
C．光的干涉D．光的衍射
【答案】B
【详解】从题图可以看出，自行车的尾灯是利用了全反射的原理，使光线发生了180°偏折。
故选B。
2．光纤通信已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着至关重要的作用，光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。下列说法正确的是（ ）
A．光纤通信依据的原理是光沿直线传播
B．光纤通信具有容量大、抗干扰性强等优点
C．频率越大的光在光导纤维中传播的速度越大
D．光导纤维内芯的折射率比外套的小
【答案】B
【详解】AD．光纤通信依据的原理是光的全反射，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AD错误；
C．频率越大的光，介质对它的折射率越大，根据
可知，它在光导纤维中传播的速度越小。故C错误；
B．光纤通信具有容量大、抗干扰性强等优点。故B正确。
故选B。
3．（多选）光线在不均匀介质中传播中向上偏折的现象称为“下蜃”，下列属于下蜃的有（ ）
A．沙洲神泉B．海上蓬莱C．夜间声线向下偏折D．日间声线向上偏折
【答案】AD
【详解】A．夏天沙漠表面温度很高，空气密度较小，折射率较小，远处高空的物体发出的光线，射到沙漠表面上方时，会发生全反射，光线反射向上，沙漠中的人群就会看到沙漠深处出现景物，这是光线向上偏折，出现的“下蜃”现象，A正确；
B．由于海水的比热较大，夏天海面的温度较低，上空温度较高时，空气密度较小，折射率较小，地面附近的景物发出的光线射向上空，发生全反射，向下偏折，人们就会看到物体在高空的像，这是“上蜃”现象，B错误；
C．夜间由于地面温度较低，折射率较大，高空温度较高，折射率较小，声线到达高空发生全反射，向下偏折，这是“上蜃”现象，C错误；
D．日间地面温度较高，空气密度较小，折射率较小，声线从高处传向地面，发生全发射，向上偏折，这是“下蜃”现象，D正确。
故选AD。
4．某材料制作的透明砖的横截面，如图所示，ABO为等腰直角三角形，BCO为一个圆，O为圆心，半径为R。一细光束由AB边中点垂直于AB边射入，已知该透明材料的折射率n=2，真空中的光速为c，则光从射入透明砖，经两次全反射后传播到OC边的过程中，传播时间为（ ）
A．B．C．D．
【答案】D
【详解】设光线在透明砖发生全反射的临界角为，则有
可得
在透明砖中的光线图如图所示
光从射入透明砖，经两次全反射后传播到OC边的过程中，经过的路程为
光在透明砖中的传播速度为
则光从射入透明砖，经两次全反射后传播到OC边的过程中，传播时间为
故选D。
5．光线照射到棱镜毛糙面上的反射光线和折射光线射向四面八方，不能成像。如图所示，折射率为2的等腰直角三棱镜的底面S2和侧面S1是平整的光学面，而侧面S3和其它面是毛糙的。将该棱镜的底面压在一幅用特殊颜料画的可发光的水彩画上，观察者通过光学面S1观察水彩画，则画被棱镜底面压住部分可被观察到的比例为（已知）（ ）
A．B．
C．D．
【答案】D
【详解】因为n = 2，根据
解得
C = 30°
则发光水彩画中的任意一点从空气经底面S2进入三棱镜的折射角均应小于或等于30°，可知光在经底面S2进入三棱镜的折射角为30°时，根据几何关系可知，此时该光线到达底面S1的入射角为15°，若光线恰好到达E点，对应发光水彩画中的是B点，此时画被棱镜底面压住部分可被观察到的部分为B点右侧部分，作出光路图，如图所示
其中
∠FBE = 30°
令画被棱镜底面压住部分可被观察到部分的面积为，则可被观察到的比例
故选D。
6．如图所示，一细束激光由光导纤维左端的中心点以i=60°的入射角射入，折射角θ=30°，经过一系列全反射后从右端射出.已知光导纤维长L=1.2×104m，真空中的光速c=3×108m/s，则该激光在光导纤维中传输所经历的时间为（ ）
A．×10-5sB．×10-5sC．8×10-5sD．4×10-5s
【答案】C
【详解】由光的折射定律可知光导纤维材料的折射率为
激光在介质中传播的速度为
激光在光导纤维中传输所经历的时间为
故选C。
7．如图所示为某同学用激光笔测量一半圆形透明玻璃砖的折射率时的一个场景，则下面说法正确的是（ ）
A．CO为入射光线，当入射光绕O点顺时针转动到一定程度时OA会消失
B．CO为入射光线，当入射光绕O点逆时针转动到一定程度时OA会消失
C．AO为入射光线，当入射光绕O点顺时针转动到一定程度时OC会消失
D．AO为入射光线，当入射光绕O点逆时针转动到一定程度时OC会消失
【答案】D
【详解】AB．根据光的反射与折射规律可知，入射角等于反射角，入射光线与反射光线分居法线两侧，折射光线与入射光线也分居法线两侧，而入射光线与反射光线位于界面同一侧，入射光线与折射光线分居界面的两侧，结合图像可知，AO为入射光线，BO为反射光线，CO为折射光线，故AB错误；
C．结合上述可知，AO为入射光线，CO为折射光线，根据图像可知，入射角小于折射角，即光从光密介质进入光疏介质，当入射光绕O点顺时针转动时，入射角减小，折射角也减小，折射光线OC不会消失，故C错误；
D．结合上述，当入射光绕O点逆时针转动时，入射角增大，折射角也增大，当入射角大于临界角时，折射光线OC会消失，故D正确。
故选D。
8．如图所示，夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰、船舶、楼台、亭阁、集市、庙宇等出现在远方的空中，古人不明白产生这种景象的原因，对它作了不科学的解释，认为是海中蛟龙(即蜃)吐出的气结成的，因而叫做“海市蜃楼”，也叫蜃景，沙漠里有时也会看到远处的水源、仙人掌近在咫尺，可望而不可即，这也是“蜃景”，下列有关蜃景的说法中错误的是( )
A．海面上层空气的折射率比下层空气的折射率要小
B．沙面上层空气的折射率比下层空气的折射率要小
C．A是蜃景，B是景物
D．C是蜃景，D是景物
【答案】B
【详解】A．海面上，下层空气的温度比上层低，则下层空气的密度比上层的要大，故下层空气的折射率比上层空气的折射率要大，故A正确，不符合题意；
B．太阳照到沙面上，接近沙面的热空气层比上层空气的密度小，折射率也小，即上层折射率大，故B错误，符合题意；
C．由于人眼认为光线是沿直线传播的，故A是蜃景，B是景物，故C正确，不符合题意；
D．从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，也可能发生全反射．人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒影，故C是蜃景，D是景物，故D正确，不符合题意。
故选B。
9．将某种透明材质的三棱镜置于水中，为其截面，其中，一束由a、b单色光组成的复色光从水中以角度i射入三棱镜再从三棱镜射出，光路如图所示，则（ ）
A．该材质相对水是光密介质
B．增大入射角，AC界面射出时a光先消失
C．减小入射角，AC界面射出时b光先消失
D．单色光在该材质中传播速度小于在水中传播速度
【答案】B
【详解】A．由光路图可知，光线在水中的入射角小于在该材质中的折射角，可知该材质相对水是光疏介质，故A错误；
B．因a光在材质中的折射角较大，则增大入射角，a光的折射角首先到达90°，则a光先在AB面上发生全反射，无法射到AC界面，则AC界面射出时a光先消失，故B正确；
C．减小入射角，则ab两束光在AC面上的入射角变大，但从AC面射出时不会发生全反射，两束光都不会消失，故C错误；
D．因该材质相对水是光疏介质，则单色光在该材质中传播速度大于在水中传播速度，故D错误。
故选B。
10．如图所示，竖直挡板有镂空字母F，全反射棱镜的左侧面与挡板平行，一水平光束从挡板左侧入射，穿过棱镜后在其下方水平光屏abcd上形成的图样是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】C
【详解】光透过镂空部分后，会在全反射棱镜的倾斜面处发生全反射，如图所示：
一水平光束从挡板左侧入射，F的上半部分根据光路可以确定在ab，下半部分靠近F的下半部分。
故选C。
11．如图甲所示，为研究一半圆柱形透明新材料的光学性质，用激光由真空沿半圆柱体的径向射入，入射光线与法线成θ角，由光学传感器CD可以探测反射光的强度。实验获得从AB面反射回来的反射光的强度随θ角变化的情况如图乙所示。光在真空中传播速度为c，则该激光在这种透明新材料中（ ）
A．折射率为
B．传播速度为c
C．θ=0°时，反射光强度为0
D．反射光的强度随θ角的增大而增大
【答案】B
【详解】A.根据图像可得当时激光发生全反射，根据折射定律得
故A错误；
B.根据速度公式
故B正确；
C.θ=0°时大量的激光从O点射出，少量激光反射经过C点，故C错误；
D.根据图像可得当时激光发生全反射，反射光的强度不变，故D错误。
故选B。
12．如图，光导纤维是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具，传输原理是光的全反射，前香港中文大学校长高锟首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，因此获得2009年诺贝尔物理学奖，某光导纤维的横截面为矩形，，其折射率为。一束单色光在纸面内以的入射角从空气射向MQ边的中点O,则该束单色光（ ）
A．在MQ边的折射角为60°B．在MN边的入射角为45°
C．不能从MN边射出D．不能从NP边射出
【答案】C
【详解】A．光线从O点入射，设折射角为，由折射定律有
解得
即该束单色光在边的折射角为，故A错误；
B．设边长，则，作出光路图如图所示
由几何关系可知光在边的入射角为60°，故B错误；
C．设光在玻璃砖与空气界面发生全反射的临界角设为C，有
即，而光在MN边的入射角大于，所以光在MN边发生全反射，不能从边射出，故C正确；
D．根据几何关系可知光在A点发生全反射后到达NP边的B点时的入射角为30°，小于全反射临界角，所以光在B点折射出玻璃砖，故D错误。
故选C。
13．如图所示，横截面为圆环的柱形容器由折射率为n的玻璃制成，其外径为R1，内径为R2，MN为一条直径。有两束光线，其中光线A在纸平面内传播，从M点射向容器，经一次折射后，恰好与容器内壁相切，另一束光线B平行于MN射向容器，经过一次折射后，恰好在容器内壁发生全反射，则（ ）
A．光线A入射角的正弦值sini
B．光线A射入柱形容器后折射出去的时间为
C．光线B的入射角的正弦值sini'
D．光线B到MN的距离等于
【答案】C
【详解】A．光线与容器内壁相切，光路图如图1所示，设光线在M点的入射角为i，折射角为r，由折射定律得：
n
由几何关系得
sinr
解得
sini
故A错误；
B．光线A在柱形容器中通过的距离为
s＝2
光线A在柱形容器中传播速度为
v
则光线A射入柱形容器后折射出去的时间为
t
故B错误；
C．平行于MN的光线射向容器，在容器外壁的入射角为，折射角为，如图2所示，由折射定律得：
光线恰好在容器内壁发生全反射，入射角等于临界角C，则
sinC
根据正弦定理可得
nR1
解得
而
即
故C正确；
D．设光线B到MN的距离为d，根据几何关系可得
故D错误。
故选C。
14．如图甲所示为“水下世界国际摄影大赛”的获奖作品，摄影师在水下对水上的景物进行拍摄，获得了令人赞叹的美学效果。忽略镜头尺寸的影响，假设摄影师由水下竖直向上拍摄，光的传播路径如图乙所示，已知水的折射率为，，，下列说法正确的是（ ）
A．光线射入水中频率减小
B．水中拍摄到的水上景物比实际位置偏低
C．进入镜头的光线与竖直方向的夹角最大为37°
D．通过镜头拍摄到的岸上的景物在一个圆形区域内
【答案】D
【详解】A．光线由水上射入水中时，光的频率不变，故A错误；
B．如图所示，
光源S成像在处，的位置比S的位置偏高，故B错误；
C．当光线在水面的入射角为90°时，水中光线与竖直方向夹角达到最大值，即临界角，且
则
故C错误；
D．由以上分析可知，水面上有岸上景物光线射入的区域为圆形，则通过镜头拍摄到的岸上的景物在一个圆形区域内，故D正确。
故选D。
15．球心为O、半径为R的玻璃球切去大部分后，剩下一个小球冠，如图，是小球冠的中心轴线，含有a、b两种单色光的细光束垂直于平面ABC射入球冠，入射光线与间的距离为，a光刚好在曲面上P点发生全反射，b光在P点射出，折射角为45°，则玻璃球对a、b两种光的折射率之比为（ ）
A．B．C．D．
【答案】A
【详解】由题意可知，两光在P点的入射角为，a光在P点发生全反射，有
b光在P点，有
则
故选A。
16．宝石切工是衡量宝石价值的重要指标之一，优秀的切割工艺可以让宝石璀璨夺目。若将某宝石的剖面简化如图所示（关于虚线左右对称），一束激光垂直面入射，恰好分别在面、面发生全反射后垂直面射出，由此可知该宝石对该激光的折射率为（ ）
A．B．C．1.5D．2
【答案】A
【详解】要求激光分别在PO面、QO面发生全反射后垂直MN面射出，因此光路必须具有对称性，由此可知光线在PO面发生全反射后水平射向QO面，然后在QO面发生全反射，最终垂直MN面射出，由几何关系可得光线在PO面的入射角为，则有
故选A。
17．（多选）如图甲所示是由透明材料制成的半圆柱体，一束单色细光束由真空沿着径向与AB成θ角射入，对射出的折射光线的强度随θ角的变化进行记录，得到的关系如图乙所示.图丙是用这种材料制成的透明实体，左侧是半径为R的半圆柱体，右侧是长为8R、高为2R的长方体，一束该单色光从左侧A′点沿半径方向，且与长方体的长边成37°角射入透明实体.已知光在真空中传播的速度为c，以下说法中正确的是（ ）
A．该透明材料的临界角是37°B．该透明材料的临界角是53°
C．该透明材料的折射率为D．光线在透明体中传播的总时间为
【答案】BCD
【详解】AB．由图乙可知，θ=37°时，折射光线开始出现，说明此时对应的入射角应是发生全反射的临界角C，即得
C=90°-37°=53°
故A错误，B正确。
C．根据全反射临界角公式
得该透明材料的折射率
故C正确；
D．因为临界角是53°，光线在玻璃砖中刚好发生3次全反射，光路图如图所示，

则光程为
光在该透明材料中的传播速度为
光线在透明长方体中运动的总时间
故D正确。
故选BCD。
18．（多选）如图为一折射率的玻璃砖截面示意图，其截面一侧是以O点为圆心、半径为R的四分之一圆弧，其余两侧为直面AC与BC，且。仅靠O点下方有一单色激光发射器S，能在玻璃砖截面所在的平面内发出过O点的光束，现让激光发射器S绕过O点垂直于纸面的轴开始顺时针匀速转动，转动周期为T，观察到玻璃砖AC面和BC面上有光斑移动，光在真空中速度大小为c，不考虑光线的多次反射，下列说法正确的是（ ）
A．光线透过玻璃砖最长时间为
B．光斑从玻璃砖AC面消失到BC面出现的时间间隔为
C．光斑在玻璃砖AC面上刚要消失的瞬时速度为
D．在发射器S开始转动的一个周期内，能观察到AC面和BC面上有光斑的时间为
【答案】CD
【详解】A．光线透过玻璃砖最长时间为从C点射出的光线，则
又
联立，解得
故A错误；
BD．若射到E点和G点的光线恰能发生全反射，可知射到AE之间和GB之间的光线都能从透明光学部件中射出，如图所示
由
sinC=1n
解得
根据几何关系可知
可知光斑从玻璃砖AC面消失到BC面出现的时间间隔为
在发射器S开始转动的一个周期内，能观察到AC面和BC面上有光斑的时间为
故B错误；D正确；
C．把光斑在玻璃砖AC面上刚要消失的瞬时速度分解为沿光线方向和垂直光线方向，可得
又
，
联立，解得
故C正确。
故选CD。
19．如图甲所示，一同学在岸上不慎将手表甩落在正前方水深为2m的泳池中，手表掉落在池底A位置，该同学趴在泳池岸边，眼睛在边缘O处刚好看不到手表。O点正下方池底为B位置，池岸与水面的高度差可忽略不计。已知真空中光速为c，光在泳池水中的传播速度为，。
(1)求手表到B点的距离（结果保留一位小数）；
(2)在第（1）问基础上，若该同学蹲在O点时沿图乙所示光路看到手表，，请估算其蹲在O点时眼睛到泳池岸边的高度。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）由光的传播速度与介质折射率的关系得
由全反射临界角公式可得
解得得泳镜到B点的距离
（2）设蹲下时眼睛到池岸的高度为h，空气中光线与竖直方向夹角为，则有
令水中光线与竖直方向夹角为，则有
由折射定律有
解得蹲下时眼睛到池岸的高度
20．光纤通讯已成为现代主要的有线通信方式。现有一长为1km，直径为的长直光纤，一束单色平行光从该光纤一端沿光纤方向射入，经过在光纤另端接收到该光束。求：
（1）光在光纤中的传播速度；
（2）光纤的折射率；
（3）如图所示该光纤绕圆柱转弯，若平行射入该光纤的光在转弯处均能发生全反射，求该圆柱体半径R的最小值。
【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）光在长直光纤中传输
解得
（2）光纤的折射率
解得
（3）如图所示
当光纤中最下面的光线发生全反射，则平行光在弯曲处全部发生全反射，由几何关系可知
又
解得
21．（2024·浙江·高考真题）如图为水流导光实验，出水口受激光照射，下面桶中的水被照亮，则（ ）
A．激光在水和空气中速度相同
B．激光在水流中有全反射现象
C．水在空中做匀速率曲线运动
D．水在水平方向做匀加速运动
【答案】B
【详解】A．光在介质中的速度为，故激光在水中的传播速度小于在空气中的传播速度，故A错误；
B．水流导光的原理为光在水中射到水与空气分界面时入射角大于临界角，发生了全反射，故B正确；
C．水在空中只受到重力作用，做匀变速曲线运动，速度在增大，故C错误；
D．水在水平方向做匀速直线运动，故D错误。
故选B。
22．（2024·海南·高考真题）一正三角形OPQ玻璃砖，某束光线垂直于OP射入，恰好在PQ界面发生全反射，则玻璃砖的折射率（ ）
A．B．C．D．2
【答案】C
【详解】如图所示
根据几何关系可知光线在PQ界面的入射角为
根据全反射的临界条件可得
解得
故选C。
23．（2024·广东·高考真题）如图所示，红绿两束单色光，同时从空气中沿同一路径以角从MN面射入某长方体透明均匀介质。折射光束在NP面发生全反射。反射光射向PQ面。若逐渐增大。两束光在NP面上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是（ ）
A．在PQ面上，红光比绿光更靠近P点
B．逐渐增大时，红光的全反射现象先消失
C．逐渐增大时，入射光可能在MN面发生全反射
D．逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐增大
【答案】B
【详解】A．红光的频率比绿光的频率小，则红光的折射率小于绿光的折射率，在面，入射角相同，根据折射定律
可知绿光在面的折射角较小，根据几何关系可知绿光比红光更靠近P点，故A错误；
B．根据全反射发生的条件可知红光发生全反射的临界角较大，逐渐增大时，折射光线与面的交点左移过程中，在面的入射角先小于红光发生全反射的临界角，所以红光的全反射现象先消失，故B正确；
C．在面，光是从光疏介质到光密介质，无论多大，在MN面都不可能发生全反射，故C错误；
D．根据折射定律可知逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐减小，故D错误。
故选B。
24．（2024·山东·高考真题）某光学组件横截面如图所示，半圆形玻璃砖圆心为O点，半径为R；直角三棱镜FG边的延长线过O点，EG边平行于AB边且长度等于R，∠FEG=30°。横截面所在平面内，单色光线以θ角入射到EF边发生折射，折射光线垂直EG边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为1.5。
（1）求sinθ；
（2）以θ角入射的单色光线，若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射，求光线在EF上入射点D（图中未标出）到E点距离的范围。
【答案】（1）；（2）
【详解】（1）由题意设光在三棱镜中的折射角为，则根据折射定律有
由于折射光线垂直EG边射出，根据几何关系可知
代入数据解得
（2）根据题意作出单色光第一次到达半圆弧AMB恰好发生全反射的光路图如图
则根据几何关系可知FE上从P点到E点以角入射的单色光线第一次到达半圆弧AMB都可以发生全反射，根据全反射临界角公式有
设P点到FG的距离为l，则根据几何关系有
又因为
联立解得
所以光线在EF上的入射点D到E点的距离范围为