学案导学与随堂笔记教科版物理选修34全套备课精选同步练习43 光的全反射Word文件下载.docx
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知识点一 发生全反射的条件
1.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
C.光线从光疏介质射向光密介质时,不可能发生全反射
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,在界面发生了全反射
2.如图1所示,半圆形玻璃砖放在空气中,三条同一颜色、强度相同的光线,均由空气射入玻璃砖,到达玻璃砖的圆心位置.下列说法正确的是( )
图1
A.假若三条光线中有一条在O点发生了全反射,那一定是aO光线
B.假若光线bO能发生全反射,那么光线cO一定能发生全反射
C.假若光线bO能发生全反射,那么光线aO一定能发生全反射
D.假若光线aO恰能发生全反射,则光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度大
知识点二 全反射的临界角
3.光在某种介质中传播的速度为1.5×
108m/s,光从此介质射向空气并发生全反射时的临界角是( )
A.15°
B.30°
C.45°
D.60°
4.已知介质对某单色光的临界角为C,则( )
A.该介质对单色光的折射率等于
B.此单色光在该介质中的传播速度等于c·
sinC(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sinC倍
D.此单色光在该介质中的频率是在真空中的
倍
知识点三 光导纤维
5.光导纤维的结构如图2所示,其内芯和外套材料不同,光在内芯中传播.以下关于光导纤维的说法正确的是( )
图2
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.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折射
D.内芯的折射率与外套的相同,外套的材料有韧性,可以起保护作用
6.如图3所示,一根长为L的直光导纤维,它的折射率为n,光从它的一个端面射入,又从另一端面射出所需的最长时间为多少?
(设光在真空中的速度为c)
图3
方法技巧练
应用全反射规律解决实际问题的方法
7.有一折射率为n的长方体玻璃砖ABCD,其周围是空气,如图4所示,当入射光线从它的AB面以入射角α射入时.
图4
(1)要使光线在BC面发生全反射,证明入射角应满足的条件是sinα≤
.(BC面足够长);
(2)如果对于任意入射角的光线都能产生全反射,则玻璃砖的折射率应取何值?
8.如图5所示是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片,相机的镜头竖直向上.照片中,水立方运动馆的景象呈现在半径r=11cm的圆形范围内,水面上的运动员手到脚的长度l=10cm.若已知水的折射率为n=
,请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深h.(结果保留两位有效数字)
图5
1.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
2.如图6所示,ABCD是平面平行的透明玻璃砖,AB面和CD面平行,它们分别是玻璃和空气的界面,设为界面Ⅰ和界面Ⅱ,光线从界面Ⅰ射入玻璃砖,再从界面Ⅱ射出,回到空气中,如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角,则( )
图6
A.只要入射角足够大,光线在界面Ⅰ上可能发生全放射现象
B.只要入射角足够大,光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象
C.不管入射角多大,光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象
D.不管入射角多大,光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象
3.某一束单色光在水中的传播速度是真空中的3/4,则( )
A.水的折射率为3/4
B.水的折射率为4/3
C.从水中射向水面的光线,一定可以进入空气中
D.这束光在水中传播时的频率为真空中的3/4
4.在完全透明的水下某处,放一点光源,在水面上可见到一个圆形透光平面,若透光圆面的半径匀速增大,则光源正( )
A.加速上升B.加速下沉
C.匀速上升D.匀速下沉
5.如图7所示,一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象,下列说法正确的是( )
图7
A.红光的偏折最大,紫光的偏折最小
B.红光的偏折最小,紫光的偏折最大
C.玻璃对红光的折射率比紫光大
D.玻璃中紫光的传播速度比红光大
6.如图8所示,一个三棱镜的截面为等腰直角△ABC,∠A为直角.此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边,进入棱镜后直接射到AC边上,并刚好能发生全反射.该棱镜材料的折射率为( )
图8
A.
B.
C.
D.
7.如图8所示,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(图中虚线)与桌面垂直,过轴线的截面为等边三角形.有一半径为r的圆柱形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1.5,则光束在桌面上形成的光斑半径为( )
A.rB.1.5r
C.2rD.2.5r
8.如图9所示,光线从空气垂直射入棱镜界面BC上,棱镜
图9
的折射率n=
,这条光线离开棱镜时与界面的夹角为( )
A.30°
B.45°
C.60°
D.90°
9.空气中两条光线a和b从方框左侧入射,分别从方框下方和上方射出,其框外光线如图10所示.方框内有两个折射率n=1.5的玻璃全反射棱镜.下图给出了两棱镜四种放置方式的示意图.其中能产生如图所示效果的是( )
图10
10.如图11所示,一段横截面为正方形的玻璃棒,中间部分弯成四分之一圆弧形状,一细束单色光由MN端面的中点垂直射入,恰好能在弧面EF上发生全反射,然后垂直PQ端面射出.
图11
(1)求该玻璃棒的折射率.
(2)若将入射光向N端平移,当第一次射到弧面EF上时________(填“能”“不能”或“无法确定能否”)发生全反射.
11.一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯,图12为过轴线的截面图,调整入射角α,使光线恰好在水和空气的界面上发生全反射,已知水的折射率为
,求sinα的值.
图12
12.在厚度为d、折射率为n的大玻璃板的下表面,有一个半径为r的圆形发光面.为了从玻璃板的上方看不见圆形发光面,可在玻璃板的上表面贴一块圆形纸片,所贴纸片的最小半径为多大?
13.如图13所示的圆柱形容器中盛满折射率n=2的某种透明液体,容器底部安装一块平面镜,容器直径L=2H,在圆心正上方h高度处有一点光源S,要使S发出光从液体上方观察照亮整个液体表面,h应该满足什么条件.
图13
答案
课前预习练
1.折射 反射 入射角
2.光密 光疏 大于或等于
3.sinC=
4.折射率 大 全反射
5.B
6.AC
7.A
课堂探究练
1.CD
点评 发生全反射的条件:
①光从光密介质射向光疏介质;
②入射角大于或等于临界角.
2.ACD
点评 当光从光密介质射向光疏介质未发生全反射时,随着入射角的增大,折射光线越来越弱,反射光线越来越强,直到增大到临界角之后,折射光线消失,反射光线达到最强.
3.B
4.ABC
点评 临界角、光在介质中传播速度v以及介质的折射率n之间的关系为sinC=
、n=
.
5.A
6.
解析 由题中的已知条件可知,要使光线从光导纤维的一端射入,然后从它的另一端全部射出,必须使光线在光导纤维中发生全反射现象.要使光线在光导纤维中经历的时间最长,就必须使光线的路径最长,即光线对光导纤维的入射角最小,光导纤维的临界角为C=arcsin
.光在光导纤维中传播的路程为d=
=nL.光在光导纤维中传播的速度为v=
.所需最长时间为tmax=
=
点评 光纤通信就是利用全反射原理,光在内芯内传播时想要减少能量损失,在内芯与外套的界面上就要发生全反射,则内芯的折射率大于外套.
7.
(1)证明见解析
(2)大于或等于
解析
(1)要使光线在BC面发生全反射如图所示,
首先应满足
sinβ≥
①
式中β为光线射到BC面的入射角,由折射定律,有
=n,②
将①②两式联立得sinα≤
(2)如果对于任意入射角的光线都能产生全反射,即0°
≤α≤90°
都能产生全反射,则只有当
≥1才能满足上述条件,故n≥
8.2.1m
解析
设照片圆形区域的实际半径为R,运动员手到脚的实际长度为L,由全反射公式得
sinα=
几何关系sinα=
,
得h=
·
r
取L=2.2m,解得h=2.1m(1.6~2.6m都算对)
方法总结 应用全反射规律解决实际问题的思路:
(1)确定光是由光疏介质进入光密介质还是由光密介质进入光疏介质.
(2)若光由光密介质进入光疏介质,则根据sinC=
确定临界角,看是否发生全反射.
(3)根据题设条件,画出入射角等于临界角的“临界光路”.
(4)运用几何关系、三角函数关系、反射定律等进行判断推理、运算及变换,进行动态分析或定量计算.
课后巩固练
1.C
2.CD
4.D
6.A
7.C
8.B
9.B
10.
(1)
(2)能
解析
(1)如图所示,单色光照射到EF弧面上时恰好发生全反射,由全反射的条件可知
C=45°
①
由折射定律得n=
②
联立①②式解得n=
③
(2)当入射光向N端移动时,光线在EF面上的入射角将增大,所以能产生全反射.
11.
解析 当光线在水面发生全反射时,有sinC=
①
当光线从左侧射入时,由折射定律
=n②
联立①②式,代入数据可得sinα=
12.r+
解析 根据题述,光路如图所示,图中S点为圆形发光面边缘上一点,
由该点发出的光线能射出玻璃板的范围由临界光线SA确定,当入射角大于临界角C时,光线就不能射出玻璃板了.图中Δr=dtanC=d
,而sinC=
,则
cosC=
,所以Δr=
.故所贴纸片的最小半径R=r+Δr=r+
13.H>
h≥(
-1)H
解析 设点光源S通过平面镜所成像为S′,如图,反射光线能照亮全部液面,入射角θ≤C,C为全反射临界角
sinC=1/n=1/2 C=30°
tanθ=(L/2)/(H+h)≤tanC
解得h≥(
则H>
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