高中物理沪科版 (2019)选择性必修 第一册4.2 全反射与光导纤维课时作业

这是一份高中物理沪科版 (2019)选择性必修 第一册4.2 全反射与光导纤维课时作业，共6页。试卷主要包含了2全反射与光导纤维 课时检测，关于全反射，下列说法中正确的是等内容，欢迎下载使用。
4.2全反射与光导纤维 课时检测（解析版）
1.下列事例哪些应用了光的全反射现象( )
A.海市蜃楼
B.用三棱镜观察太阳光谱
C.某些光学仪器中用等腰直角玻璃三棱镜改变光路90°
D.水中的鱼看起来比实际的要浅
E.多面体钻石能够闪闪发光
【解析】 海市蜃楼和光学仪器中用等腰直角玻璃三棱镜改变光路90°是利用了光的全反射现象，故A、C项正确；用三棱镜观察太阳光谱和水中的鱼看起来比实际的要浅，都是光的折射现象，故B、D项错误.多面体钻石闪闪发光是因为全反射现象，E正确.
【答案】 ACE
2.已知介质对某单色光的临界角为C，则下列说法正确的是( )
A.该介质对单色光的折射率等于eq \f(1,sin C)
B.此单色光在该介质中的传播速度等于csinC(c是光在真空中的传播速度)
C.此单色光在该介质中的传播波长是在真空中波长的sin C倍
D.此单色光在该介质中的频率是在真空中的eq \f(1,sin C)倍
E.此单色光从真空射向介质，入射角大于C时一定发生全反射
【解析】 由临界角的计算式sin C＝eq \f(1,n)得n＝eq \f(1,sin C)，故选项A正确；将n＝eq \f(c,v)代入sin C＝eq \f(1,n)得sin C＝eq \f(v,c)，故v＝csin C，故选项B正确；设该单色光的频率为f，在真空中的波长为λ0，在介质中的波长为λ，由波长、频率、波速的关系得c＝λ0f，v＝λf，由sin C＝eq \f(v,c)＝eq \f(λ,λ0)得，λ＝λ0sin C，故选项C正确；该单色光由真空传入介质时，频率不发生变化，故选项D错误；此单色光从真空射向介质不会发生全反射，E错误.
【答案】 ABC
3.一束光从空气射向折射率为n＝eq \r(2)的某种玻璃的表面，如图4­6­7所示，i代表入射角，则( )
图4­6­7
A.当i＞45°时，会发生全反射现象
B.无论入射角i是多大，折射角r都不会超过45°
C.欲使折射角r＝30°，应以i＝45°的角入射
D.当入射角i＝arctaneq \r(2)时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直
E.当光从玻璃射向空气时， 一定会发生全反射
【解析】 由于光从光疏介质射向光密介质，所以不会发生全反射，A项错误，B正确；由折射定律计算可知C、D两项正确；光从玻璃射向空气，入射角大于临界角时才能发生全反射，E错误.
【答案】 BCD
4.下列说法中正确的是( )
A.因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质
B.因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质
C.同一束光，在光密介质中的传播速度较大
D.同一束光，在光密介质中的传播速度较小
E.光疏介质和光密介质相对于折射率来确定，与密度无关
【解析】 光在各种介质中的传播速度和介质相对真空的折射率都是不同的.两种介质相比较光在其中传播速度大，而折射率小的介质叫光疏介质；光在其中传播速度小，而折射率大的介质叫光密介质.光疏介质和光密介质与密度无关，A、C错误，B、D、E正确.
【答案】 BDE
5.关于全反射，下列说法中正确的是( )
A.发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线
B.光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象
C.光从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射现象
D.水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生全反射
E.介质的临界角越小就越容易发生全反射
【解析】 全反射是当光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于等于临界角时发生的现象，发生全反射时全部光线均不进入光疏介质.介质的临界角越小越容易发生全反射，A、B错误，C、D、E正确.
【答案】 CDE
6.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.目前，我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络.下列说法正确的是( )
A.光纤通信利用光作为载体来传递信息
B.光导纤维传递光信号是利用光沿直线传播的原理
C.光导纤维传递光信号是利用光的色散原理
D.目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝
E.光在光纤内不断地发生全反射，中途不会侧漏
【解析】 光纤是利用光的全反射现象而实现光作为载体的信息传递，光纤是内芯折射率大于外层表皮折射率的很细的玻璃丝.故A、D、E正确，B、C错误.
【答案】 ADE
7.如图4­6­8所示，一束光线从空气射入某介质，入射光线与反射光线夹角为90°，折射光线与入射光线延长线间夹角θ为15°，求：
图4­6­8
(1)该介质的折射率.
(2)光在该介质中传播的速度.
(3)当光从介质射入空气时的临界角.
【解析】 (1)由反射定律可知α＝β，由于α＋β＝90°，故入射角α＝45°；
由图可知r＋θ＝α＝45°，由于θ＝15°，故折射角r＝30°，所以该介质的折射率n＝eq \f(sin α,sin r)＝eq \f(sin 45°,sin 30°)＝eq \r(2).
(2)由折射率与速度的关系n＝eq \f(c,v)得v＝eq \f(c,n)＝eq \f(3.0×108,\r(2)) m/s＝2.12×108 m/s.
(3)光从介质射入空气时临界角的正弦值sin C＝eq \f(1,n)＝eq \f(1,\r(2))＝eq \f(\r(2),2)，故临界角C＝45°.
【答案】 (1)eq \r(2) (2)2.12×108 m/s (3)45°
8.如图4­6­9所示，一玻璃球体的半径为R，O为球心，AB为直径.来自B点的光线BM在M点射出，出射光线平行于AB，另一光线BN恰好在N点发生全反射.已知∠ABM＝30°，求
图4­6­9
(1)玻璃的折射率.
(2)球心O到BN的距离.
【解析】 (1)设光线BM在M点的入射角为i，折射角为r，由几何知识可知，i＝30°，r＝60°，根据折射定律得n＝eq \f(sin r,sin i)①
代入数据得
n＝eq \r(3).②
(2)光线BN恰好在N点发生全反射，则∠BNO为临界角C
sin C＝eq \f(1,n)③
设球心到BN的距离为d，由几何知识可知
d＝R sin C④
联立②③④式得
d＝eq \f(\r(3),3)R.⑤
【答案】 (1)eq \r(3) (2)eq \f(\r(3),3)R
9.△OMN为玻璃等腰三棱镜的横截面.a、b两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面MN，在棱镜侧面OM、ON上反射和折射的情况如图4­6­10所示.由此可知( )
图4­6­10
A.棱镜内a光的传播速度比b光的小
B.棱镜内a光的传播速度比b光的大
C.a光的频率比b光的高
D.a光的波长比b光的长
E.a光的临界角大于b光的临界角
【解析】 由题图可知，a、b两单色光以相同的入射角分别射向OM、ON两界面，b光发生全反射，而a光发生折射，所以a光的折射率小于b光的折射率，因此a光的波长比b光的波长大，D正确；又v＝eq \f(c,n)，则在棱镜内a光的传播速度比b光的大，B正确.由图可知，a光的临界角大于b光的临界角，E正确.
【答案】 BDE
10.如图4­6­11所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为r，外圆半径为R，R＝eq \r(2)r.现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出.设透明柱体的折射率为n，光在透明柱体内传播的时间为t，若真空中的光速为c，则( )
图4­6­11
A.n可能为eq \r(3)
B.n可能为2
C.t可能为eq \f(2\r(2)r,c)
D.t可能为eq \f(4.8r,c)
E.t可能为eq \f(4\r(2)r,c)
【解析】 根据题意可画出光路图如图所示，则两次全反射时的入射角均为45°，所以全反射的临界角C≤45°，折射率n≥eq \f(1,sin 45°)＝eq \r(2)，A、B均正确；光在介质中的传播速度v＝eq \f(c,n)≤eq \f(c,\r(2))，所以传播时间t＝eq \f(x,v)≥eq \f(4\r(2)r,c)，C、D错误，E正确.
【答案】 ABE
11.一束红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光称为一个光脉冲，若这种激光器产生的光脉冲的持续时间为1.0×10－11s，波长为694.3 nm，发射功率为1.0×1010 W.求：
(1)每列光脉冲的长度；
(2)用这种激光照射皮肤色斑，每1 cm2皮肤吸收的能量达到60 J以后，色斑便逐渐消失，一个色斑的面积为50 mm2，则它需要吸收多少列红宝石激光脉冲才能逐渐消失？
【解析】 (1)光脉冲的持续时间即为发射一个光脉冲所需的时间.一列光脉冲的长度Δl＝c·Δt＝3.0×108×1.0×10－11m＝3.0×10－3 m.
(2)一列光脉冲所携带的能量ΔE＝P·Δt＝1.0×1010×1.0×10－11J＝0.1 J.清除面积为50 mm2的色斑需要光脉冲数为n＝E·eq \f(S,ΔE)＝eq \f(60 J/cm2×50×10－2cm2,0.1 J)＝300(列).
【答案】 (1)3.0×10－3 m (2)300列
12.如图4­6­12所示为用某种透明材料制成的一块柱形棱镜的截面图，圆弧CD为半径为R的四分之一的圆周，圆心为O，光线从AB面上的某点入射，入射角θ1＝45°，它进入棱镜后恰好以临界角射在BC面上的O点.
图4­6­12
(1)画出光线由AB面进入棱镜且从CD弧面射出的光路图；
(2)求该棱镜的折射率n；
(3)求光线在该棱镜中传播的速度大小v(已知光在空气中的传播速度c＝3.0×108 m/s).
【解析】 (1)光路图如图所示.
(2)光线在BC面上恰好发生全反射，入射角等于临界角C，sin C＝eq \f(1,n)，cs C＝eq \f(\r(n2－1),n).
光线在AB界面上发生折射，折射角θ2＝90°－C，由几何关系得sin θ2＝cs C，由折射定律得n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)，由以上几式联立解得n＝eq \f(\r(6),2).
(3)光速v＝eq \f(c,n)＝eq \r(6)×108 m/s.
【答案】 (1)见解析图 (2)eq \f(\r(6),2) (3)eq \r(6)×108 m/s