高中物理人教版选修34作业第13章+光+132.docx

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高中物理人教版选修34作业第13章+光+132

课后提升作业

【基础达标练】

1.（多选）全反射是自然界中常见的现象,下列与全反射相关的说法中正确的是　

（　　）

A.光只有从光密介质射向光疏介质时才可能发生全反射

B.如果条件允许,光从光疏介质射向光密介质时也可能发生全反射

C.发生全反射时,折射光线完全消失,反射光的能量几乎等于入射光的能量

D.只有在入射角等于临界角时才能发生全反射

E.光在不均匀的大气层中不沿直线传播的原因是在两介质的分界面上发生了折射和全反射现象

【解析】选A、C、E。

发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质,且入射角大于或等于临界角,则A正确,B、D错误;反射光的能量等于入射光的能量,则C正确;光在不均匀的大气层中传播时在两介质的分界面上发生了折射和全反射现象,则E正确。

2.（多选）光从一种介质射到另一种介质时,发生了全反射,则全反射发生在　

（　　）

A.折射率较小的介质中

B.折射率较大的介质中

C.光速较小的介质中

D.入射角小于临界角的条件下

【解题指南】解答本题要理解发生全反射的条件:

（1）光从光密介质射到光疏介质。

（2）入射角大于等于临界角。

【解析】选B、C。

光从光密介质射到光疏介质才可能发生全反射,全反射发生在折射率较大、光速较小的介质中。

3.如图所示为光线由空气进入全反射玻璃棱镜、再由棱镜射入空气的光路图。

指出哪种情况是可以发生的　（　　）

【解析】选A。

光线垂直等腰直角三角形的某直角边射入玻璃棱镜时,在斜边发生全反射,故A正确。

4.（2018·郑州高二检测）光在某种介质中传播时的速度为1.5×108m/s,那么,光从此种介质射向空气并发生全反射的临界角应为　（　　）

A.60°　　　B.45°　　　C.30°　　　D.75°

【解析】选C。

根据n=,sinC=,得sinC===,得C=30°。

【补偿训练】

如图所示的等腰直角三角形表示三棱镜。

光线垂直于一个面入射,在底面上发生全反射,由此看出棱镜的折射率不可能是　（　　）

A.1.7　　　B.1.8　　　C.1.5　　　D.1.36

【解析】选D。

光线射向底边的入射角为45°,因为发生全反射,所以临界角要小于或等于45°,故n≥,D不可能,故正确答案为D。

5.已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为1.33、1.55、1.60和1.63,如果光按下面几种方式传播,可能发生全反射的是　（　　）

A.从水晶射入玻璃B.从水射入二硫化碳

C.从玻璃射入水中D.从水射入水晶

【解析】选C。

本题考查发生全反射的条件,光只有从光密介质射入光疏介质才可能发生全反射,从水晶射入玻璃、从水射入二硫化碳、从水射入水晶都是从光疏介质射入光密介质,都不可能发生全反射,故A、B、D错误,从玻璃射入水中是从光密介质射入光疏介质,有可能发生全反射,故C正确。

6.在完全透明的水下某处,放一点光源,在水面上可以看到一个圆形透光平面,如果圆形透光平面的半径匀速增大,那么光源　（　　）

A.加速上升B.加速下沉

C.匀速上升D.匀速下沉

【解析】选D。

如图所示,在水面上看到透光平面半径为R。

设光从水射入空气发生全反射的临界角为C

sinC=,由几何知识得

sinC=

由以上两式得=

得R=

透光平面半径与h成正比,R均匀增大,h也均匀增大,故D选项正确。

7.（多选）（2018·南阳高二检测）华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理学奖,他被誉为“光纤通讯之父”。

光纤通讯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.波长越长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

【解析】选A、C。

光导纤维利用光的全反射原理,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,A项正确,B项错误;波长越长的光,折射率越小,在光纤中传播的速度越大,C项正确;频率越大的光折射率越大,在光纤中传播的速度越小,D项错误。

【补偿训练】

（多选）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的全反射原理

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

【解析】选A、B、D。

光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝,当光射入时满足光的全反射条件,从而发生全反射,最终实现传递信息的目的,故A、B、D正确。

8.一束光波以45°的入射角,从AB面射入如图所示的透明三棱镜中,棱镜折射率n=。

试求光进入AB面的折射角,并在图上画出该光束在棱镜中的光路。

【解析】sinr===,r=30°

由sinC==,得C=45°。

光在AC面发生全反射,并垂直BC面射出。

答案:

30°　图见解析

【总结提升】光的全反射问题的一般分析思路

（1）画出恰好发生全反射的光路。

（2）利用几何知识分析线、角关系,找出临界角。

（3）以刚好发生全反射的光线为比较对象来判断光路是否发生全反射,从而画出其他光线的光路图。

【能力提升练】

1.（多选）如图所示,ABDC是两面平行的透明玻璃,AB面和CD面平行,它们是玻璃和空气的界面,设为界面1和界面2。

光线从界面1射入玻璃,再从界面2射出,回到空气中,如果改变光到达界面1时的入射角,则　（　　）

A.只要入射角足够大,光线在界面1上可能发生全反射

B.只要入射角足够大,光线在界面2上可能发生全反射

C.不管入射角多大,光线在界面1上都不可能发生全反射

D.不管入射角多大,光线在界面2上都不可能发生全反射

【解题指南】解答本题需要注意以下两点:

（1）光线发生两次折射,无论入射角多大,第一次的折射角均小于临界角。

（2）发生全反射的条件。

【解析】选C、D。

在界面1,光由空气进入玻璃,是由光疏介质进入光密介质,不管入射角多大,都不能发生全反射现象;在界面2,光由玻璃进入空气,是由光密介质进入光疏介质,由于界面1和界面2平行,光由界面1进入玻璃后再到达界面2,在界面2上的入射角等于在界面1上的折射角,因此入射角总是小于临界角,也不会发生全反射现象。

故正确答案为C、D。

【补偿训练】

如图所示,光液面传感器有一个像试管模样的玻璃管,中央插一块两面反光的玻璃板,入射光线在玻璃管内壁与反射光板之间来回发生反射,进入到玻璃管底部,然后在另一侧反射而出（与光纤原理相同）。

当透明液体的折射率大于管壁玻璃的折射率时,就可以通过光液面传感器监测出射光的强弱来判定玻璃管是否被液体包住了,从而了解液面的高度。

以下说法正确的是　（　　）

A.玻璃管被液体包住之后,出射光强度增强

B.玻璃管被液体包住之后,出射光消失

C.玻璃管被液体包住之后,出射光强度减弱

D.玻璃管被液体包住之后,出射光强度不变

【解析】选C。

玻璃管被液体包住之前,由于玻璃管之外是光疏介质空气,光线发生全反射,没有光线从玻璃管中射出。

当玻璃管被透明液体包住之后,如果液体的折射率大于玻璃的折射率,光线不再发生全反射,有一部分光线进入液体,反射光的强度会减弱,故C项正确。

2.三种透明媒质叠放在一起,且相互平行,一束光在Ⅰ和Ⅱ两媒质的界面上发生了全反射后,射向Ⅱ和Ⅲ两媒质界面,发生折射如图所示,设定光在这三种媒质中的速率分别是v1、v2、v3,则它们的大小关系是　（　　）

A.v1>v2>v3B.v1>v3>v2

C.v1v1>v3

【解析】选B。

光在Ⅰ和Ⅱ两媒质的界面上发生了全反射,说明Ⅰ的折射率小于Ⅱ的折射率,即n1n3;媒质Ⅰ与Ⅲ相比较,媒质Ⅰ的折射率小于媒质Ⅲ的折射率,即有n1n3>n1,根据光在这三种媒质中的速率公式v=得知,光速与折射率成反比,则v1>v3>v2,B正确。

【易错提醒】解答本题的两个易错点

（1）发生全反射的条件理解不清导致分不清哪是光密介质、哪是光疏介质。

（2）速率公式v=记不清而出错。

3.（多选）如图所示,一束平行光从真空射向一块半圆形的玻璃砖,下列说法正确的是　（　　）

A.只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖

B.只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖

C.通过圆心的光线将沿直线穿过玻璃砖不发生偏折

D.圆心两侧一定范围外的光线将在曲面产生全反射

【解析】选B、C、D。

垂直射向界面的光线不偏折,因而光束沿直线平行射到半圆面上,其中通过圆心的光线将沿直线穿过不发生偏折,入射角为零。

由中心向外的光线,在半圆面上进入真空时的入射角逐渐增大并趋近90°角,折射角一定大于入射角,所以一定会发生全反射。

4.如图,半径为R的半球形玻璃体置于水平桌面上,半球的上表面水平,球面与桌面相切于A点。

一细束单色光经球心O从空气中射入玻璃体内（入射面即纸面）,入射角为45°,出射光线射在桌面上B点处。

测得AB之间的距离为。

现将入射光束在纸面内向左平移,求射入玻璃体的光线在球面上恰好发生全反射时,光束在上表面的入射点到O点的距离。

不考虑光线在玻璃体内的多次反射。

【解析】当光线经球心O入射时,光路图如图甲所示。

设玻璃的折射率为n,由折射定律有n=　①

式中,入射角i=45°,γ为折射角。

△OAB为直角三角形,因此

sinγ=　②

发生全反射时,临界角C满足sinC=　③

在玻璃体球面上光线恰好发生全反射时,光路图如图乙所示。

设此时光线入射点为E,折射光线射到玻璃体球面的D点。

由题意有

∠EDO=C　④

在△EDO内,根据正弦定理有

=　⑤

联立以上各式并利用题给条件得:

OE=R。

答案:

R

【补偿训练】

一厚度为h的大平板玻璃水平放置,其下表面贴有一半径为r的圆形发光面。

在玻璃板上表面放置一半径为R的圆纸片,圆纸片与圆形发光面的中心在同一竖直线上。

已知圆纸片恰好能完全遮挡住从圆形发光面发出的光线（不考虑反射）,求平板玻璃的折射率。

【解析】如图,考虑从圆形发光面边缘的A点发出的一条光线,假设它斜射到玻璃上表面的A′点折射,根据折射定律有:

n=

式中,n是玻璃的折射率

现假设A′恰好在纸片边缘,由题意,在A′刚好发生全反射,故α=

设AA′线段在玻璃上表面的投影长为L,由几何关系有:

sinθ=,联立以上各式可得:

n=

答案:

精美句子

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