2020-2021学年4.2 全反射与光导纤维课后练习题

4.2全反射与光导纤维同步练习2021—2022学年高中物理沪教版（2019）选择性必修第一册

一、选择题（共15题）

1．一束单色光从空气进入水中，下列说法正确的是（　　）

A．光的频率不变

B．光的传播速度变大

C．折射角大于入射角

D．入射角增大到某一角度时将会发生全反射

2．如图1所示，一束光线从玻璃射向空气，入射角为45°．已知该束光从玻璃射向空气时的临界角为42°，下列四幅光路图中正确的是（       ）

A．

B．

C．

D．

3．一束单色光斜射到两种介质的界面上，则

A．一定有反射光线存在 B．一定有折射光线存在

C．一定发生全反射 D．反射光线和折射光线一定同时存在

4．太阳照在平坦的大沙漠上，我们在沙漠中向前看去，发现前方某处射来亮光，好象太阳光从远处水面射来的一样，我们认为前方有水，但走到该处仍是干燥的沙漠，这种现象在夏天城市中太阳照在沥青路面时也能看到．对此有以下解释：()

①这是光的干涉现象；　　　　　　　　　②这是光的全反射现象；

③形成原因是越靠近地面处折射率越大；　④形成原因是越靠近地面处折射率越小．

其中正确的是：

A．①③； B．①④； C．②③； D．②④．

5．如图所示是某一单色光由空气射入截面为等腰梯形的玻璃砖，或由该玻璃砖射入空气时的光路图，其中正确的是（     ）（已知该玻璃砖对该单色光的折射率为1.5）

A．图甲、图丙 B．图甲、图丁 C．图乙、图丙 D．图乙、图丁

6．如图所示，真空中一半径为R，质量分布均匀的玻璃球，频率为f的细激光束在真空中沿直线BC传播，于玻璃球表面的C点经折射进入小球，并在玻璃球表面的D点又经折射进入真空中，已知∠COD＝120°，玻璃球对该激光的折射率为，则下列说法中正确的是（　　）

A．激光束在C点的入射角

B．此激光束在玻璃中穿越的时间为  （其中c为光在真空中的传播速度）

C．减小入射角的大小，细激光束在璃中穿越的时间减少

D．改变入射角的大小，细激光束可能在球表面D处发生全反射

7．为了表演“隐形的大头针”节目，某同学在半径为r的圆形薄软木片中心垂直插入一枚大头针，并将其放入盛有水的碗中，如图所示。已知水的折射率为，为了保证表演成功（在水面上看不到大头针），大头针末端离水面的最大距离h为（　　）

A． r B． r C．r D．r

8．一束由红光和紫光组成的复色光斜射到水平放置的平行矩形玻璃砖的上表面上的点，如图所示，入射光线与法线的夹角为i。下列说法中正确的是（　　）

A．红光从玻璃砖下表面射出时偏折程度比紫光大

B．红光在玻璃砖中传播速度比紫光小

C．红光从玻璃砖下表面射出时，相对入射光线侧移距离比紫光小

D．增大入射角，红光先从玻璃砖下表面上消失

9．在桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆锥的轴（图甲中虚线）与桌面垂直，过轴线的截面为等边三角形，如图所示．有一半径为r的圆柱形的平行光束垂直入射到圆锥的底面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合．已知玻璃的折射率为1.6，则光束在桌面上形成的光斑面积为（        ）

A．2πr2

B．3πr2

C．4πr2

D．5πr2

10．劣质的玻璃中往往含有空气泡,这些空气泡看上去比较亮,对这一现象有以下不同的解释,其中正确的是(　　)

A．空气泡对光线有会聚作用,因而较亮

B．空气泡对光线有发散作用,因而较亮

C．从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分发生全反射,因而较亮

D．从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分发生全反射,因而较亮

11．某同学用插针法测量平行玻璃砖折射率的实验图如图所示。他按正确的方法插了大头针。则下列说法正确的是（　　）

A．实验中，入射角应适当大些

B．该同学在插大头针d时，只要使d挡住c的像

C．若入射角太大，光会在玻璃砖内表面发生全反射

D．该实验方法只能测量平行玻璃砖的折射率

12．光在某种介质中传播的速度为，那么，光从此介质射向空气并发生全反射的临界角应为

A． B． C． D．

13．如图所示，P、Q是两种透明材料制成的两块直角梯形的棱镜，叠合在一起组成一个长方体。某单色光沿与P的上表面成θ角的方向斜射向P，其折射光线正好垂直通过两棱镜的界面。已知材料的折射率nP<nQ，则下列说法正确的是（　　）

A．一定没有光线从Q的下表面射出

B．从Q的下表面射出的光线一定与入射到P的上表面的光线平行

C．如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定大于θ

D．如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定小于θ

14．如图，光导纤维由内芯和外套两部分组成，内芯折射率比外套的大，光在光导纤维中传播时，光在内芯和外套的界面上发生全反射。假设外套为空气，一束红光由光导纤维的一端射入内芯，红光在内芯与空气的界面上恰好发生全反射，经时间t1从另一端射出；另让一束绿光也从光导纤维的一端射入，绿光在内芯与空气的界面上也恰好发生全反射，经时间，t2从另一端射出。下列说法正确的是（　　）

A．内芯对红光的折射率n1与对绿光的折射率n2之比为

B．内芯对红光的折射率n1与对绿光的折射率n2之比为

C．红光在内芯中的传播速度v1与绿光在内芯中的传播速度v2之比为

D．红光在内芯中的传播速度v1与绿光在内芯中的传播速度v2之比为

15．如图所示，将等腰直角棱镜截去棱角，使截面平行于底面，制成“道威棱镜”，可以减小棱镜的重量和杂散的内部反射．从M点发出一束平行于底边CD的单色光从AC边射入，已知折射角γ＝30°，则(        )

A．光在玻璃中的频率比空气中的频率大

B．玻璃的折射率

C．光在玻璃中的传播速度为

D．CD边不会有光线射出

二、填空题（共4题）

16．如图所示，容器中装有某种透明液体，深度为h，容器底部有一个点状复色光源S，光源S可发出两种不同频率的单色光。液面上形成同心圆形光斑Ⅰ、Ⅱ，测得光斑Ⅰ的直径为，光斑Ⅱ的直径为。透明液体对光斑Ⅱ这种单色光比光斑Ⅰ这种单色光的折射率___________；光斑Ⅱ这种单色光在液体中的传播速度比光斑Ⅰ这种单色光在液体中的传播速度___________（均选填“大”或“小”）

17．某摄影师用相机抓拍到的某旅游景区的照片，对该照片和摄影师拍摄过程中涉及的光学知识，下列理解正确的是________

A．图中的景物在水中的像不是实际光线会聚而成的

B．由于景物发出的光在平静的湖面上发生全反射，所以景物在水中的像看起来很亮

C．从相机中看不见湖面下物体的原因，可能是湖面下物体发出的光在湖面发生了全反射

D．如果摄影师向湖面靠近，从相机中仍不能看到湖面下的物体

E．如果摄影师远离湖面，从相机中一定看不到湖面下的物体

18．某材料表面形状如图所示，一束光与第1个表面成45°角入射，已知该材料对该光的折射率为。光线在第1个表面的折射角正弦值为_______；这束光最远能传播到第_______个表面。（选填“2” “3”“4” “5”）

19．如图所示，一个学生用广口瓶和直尺测定水的折射率，填写下述实验步骤中的空白：

（1）用刻度尺测出广口瓶瓶口内径d。

（2）在瓶内装满水。

（3）将直尺沿瓶口边缘竖直插入水中。

（4）沿广口瓶边缘D点向水中直尺正面看去，若恰能看到直尺上0刻度，(即图中S1点)，同时看到水面上S2点刻度的像S2′恰与S1点的像相重合。

（5）若水面恰与直尺的S0点相平，读出S1S0的长度L1和S2S0的长度L2。

（6）由题中所给条件，可以计算水的折射率n=______，沿广口瓶边缘D点向水中直尺正面看去，可看到水下直尺的最高点距S0的距离为______。（用题目中所给符号表示）

三、综合题（共4题）

20．如图所示为某玻璃砖的截面图，由半径为R的四分之一圆与长方形组成，长为R，长为，一束单色光以平行于的方向照射到圆弧面上的F点，，折射光线刚好交于的中点，光在真空中的传播速度为c，求：

（1）玻璃砖对光的折射率；

（2）试判断光在面上能否发生全反射，并求光从F点传播到所用的时间。

21．由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为高速传输信息的载体．如图所示，要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来， 则：

（1）画出一次全反射光路图；

（2）光导纤维所用材料的折射率至少应为多少？

22．如图所示，AOB是截面为圆形、半径为R的玻璃砖，现让一束单色光在横截面内从OA靠近O点处平行OB射入玻璃砖，光线可从OB面射出；保持光束平行OB不变，逐渐增大入射点与O的距离，当入射点到达OA的中点E时，一部分光线经AB面反射后恰好未从OB面射出．不考虑多次反射，求玻璃的折射率n及OB上有光射出的范围．

23．如图是一个用折射率的透明介质做成的四棱柱的横截面图，其中，，现有一束光从图示的位置垂直入射到棱镜的面上，画出光路图，确定射出光线。注意：每个面的反射光线和折射光线都不能忽略。

参考答案：

1．A

2．A

3．A

4．D

5．C

6．B

7．A

8．C

9．C

10．D

11．A

12．C

13．D

14．A

15．D

16．     小     大

17．ACE

18．          3

19．    

20．（1）；（2）

21．（1） （2）n=

22．n=2 ；

23．