高考物理专题16几何光学备考强化训练42光的全反射光导纤维新人教版.docx
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高考物理专题16几何光学备考强化训练42光的全反射光导纤维新人教版
强化训练42全反射临界角光导纤维
本套强化训练搜集近年来各地高中物理高考真题、模拟题及其它极有备考价值的习题等筛选而成。
其主要目的在于:
深刻理解临界角和全反射等几何光学的概念和规律,结合光的折射率、折射定律,棱镜及色散等知识,掌握解决全反射、光导纤维等的一类问题的基本方法,以提高我们综合分析此类物理问题的能力。
全卷19题,总计120分,选做题14道备用。
一、破解依据
欲解决此类问题,试归纳以下几条依据:
㈠直线传播:
光在同一种均匀介质中是直线传播的。
即“一面二侧三等大,光路可逆”。
㈡光的反射:
⑴反射定律:
反、入射光线、界面、法线位于同一平面内;反、入射光线位于界面“同侧”、法线的“异侧”;并且,,其中,i、i/分别为反、入射角。
⑵平面镜成像特点:
“虚像,等大,等距离,与镜面对称。
”物体在水中倒影是虚像,属光的反射现象。
㈢光的折射:
⑴折射定律:
折、入射光线、界面、法线位于同一平面内,折、入射光线皆位于界面、法线的“异侧”;并且,其中,i、r分别为入、折射角,n2、n1分别为介质Ⅱ、Ⅰ的绝对折射率。
⑵折射率:
反映折射光线的偏折程度。
其大小为:
。
㈣全反射:
⑴特点:
光疏射入光密,折射角较小;光密射入光疏,折射角较大。
⑵条件:
当光从介质射入空气(或真空)时,当而,亦即入射角i等于或大于临界角C,光将全部返回到原介质中。
⑶临界角:
注:
反射、折射、全反射的光路皆为可逆的——“光路的可逆性。
二、精选习题
㈠选择题(每小题5分,共55分)
⒈(14浙江)关于下列光学现象,说法正确的是( )
A.水中蓝光的传播速度比红光快
B.光从空气射入玻璃时可能发生全反射
C.在岸边观察前方水中的一条鱼,鱼的实际深度比看到的要深
D.分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验,用红光时得到的条纹间距更宽
⒉.(14开封联考)下列有关光纤及光纤通信的说法正确的是( )
A.光纤由内芯和外套两层组成,内芯的折射率比外套的小
B.光在光纤中的传输利用了全反射的原理
C.光纤通信是一种以光波为传输介质的通信方式,光波按其波长长短,依次可分为红外线光、可见光和紫外线光,但红外线光和紫外线光属不可见光,它们都不可用来传输信息
D.光波和无线电波同属电磁波,光波的频率比无线电波的频率低,波长比无线电波的波长大,在真空中传播的速度都约为3.0×108m/s
⒊(14四川)如图-1所示,口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球,则( )
图-1
A.小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球
B.小球所发的光能从水面任何区域射出
C.小球所发的光从水中进入空气后频率变大
D.小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大
⒋.(15龙岩综测)一束红色的细光束由真空沿着径向射入一块半圆柱形透明体,如图-2(a)所示,对其射出后的折射光线的强度进行记录,发现折射光线的强度随着θ的变化而变化,如图-2(b)的图线所示。
下列说法正确的是()
图-2
A.透明体对红光的折射率为
B.红光在透明体中的速度大小与在真空中的相同
C.红光的折射光线的频率会随着折射光线强度的增大而增大
D.红光在透明体内发生全反射的临界角为
⒌.(13四川)光射到两种不同介质的分界面,分析其后的传播情形可知( )
A.折射现象的出现说明光是纵波
B.光总会分为反射光和折射光
C.折射光与入射光的传播方向总是不同的
D.发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同
6.(14吉林九校)如图-3所示,真空中有一个半径为R、质量分布均匀的玻璃球.频率为的细光束在空中沿直线BC传播,于C点经折射进入玻璃球,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(设c为真空中的光速)()
A.激光束的入射角
B.改变入射角α的大小,细激光束可能在玻璃球的内表面发生全反射
C.光子在射入玻璃球后,光的频率变小
D.此激光束在玻璃中的波长为
E.从C点射入玻璃球的激光束,在玻璃球中不经反射传播的最长时间为
图-3
7.(14成都)如图-4所示,块上、下表面平行的玻璃砖的厚度为L,玻璃砖的折射率n=,若光从上表面AB射入的人射角i=60°,光在真空中的光速为c,则( )
A折射角r=30°
B光在玻璃中传播的时间为
C光在玻璃中传播的时为
D改变入射角i,光在下表面CD可能发生全发射
图-4
8.(14武汉二中)下面有关光纤及光纤通信说法正确的是()
A、光纤由内芯和外套两层组成,内芯的折射率比外套的大
B、光在光纤中传输利用了全反射的原理
C、光纤通信是一种以光波为传输介质的通信方式,光波按其波长长短,依次可分为红外线光、可见光和紫外线光,但红外线光和紫外线光属不可见光,它们都不可用来传输信息
D、光波和无线电波同属电磁波,光波的频率比无线电波的频率低,波长比无线电波的波长长,在真空中传播的速度大小都约为3.0×108m/s
E、光纤通讯的主要优点是容量大,此外,光纤传输还有衰减小、抗干扰性强等优点
9.(15南平综测)如图-5所示,ABC为等腰棱镜,OO’是棱镜的对称轴,a、b两束不同频率的单色光垂直AB边射入棱镜,两束光在AB面上的入射点到D点的距离相等,两束光折射后相交于图中的P点,下列判断正确的是( )
图-5
A.在同一介质中,a光光速火于b光光速
B.若从同一介质射入真空,发生全反射时a光的临界角比b光大
C.用同一双缝干涉实验装置观察,a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距
D.在真空中,a光波长大于b光波长
10.(14重庆)打磨某剖面如图-6所示的宝石时,必须将OP、OQ边与轴线的夹角θ切磨在θ1<θ<θ2的范围内,才能使从MN边垂直入射的光线,在OP边和OQ边都发生全反射(仅考虑如图所示的光线第一次射到OP边并反射到OQ边后射向MN边的情况),则下列判断正确的是( )
图-6
A.若θ>θ2,光线一定在OP边发生全反射
B.若θ>θ2,光线会从OQ边射出
C.若θ<θ1,光线会从OP边射出
D.若θ<θ1,光线会在OP边发生全反射
11.(14焦作一模)彩虹是由阳光进入水滴,先折射一次,然后在水滴的背面反射,最后离开水滴时再折射一次形成的.彩虹形成的示意图如图-7所示,一束白光L由左侧射入水滴,a、b是白光射入水滴后经过一次反射和两次折射后的两条出射光线(a、b是单色光).下列关于a光与b光的说法中正确的是( )
图-7
A.水滴对a光的折射率大于对b光的折射率
B.a光在水滴中的传播速度小于b光在水滴中的传播速度
C.用同一台双缝干涉仪做光的双缝干涉实验,a光相邻的亮条纹间距大于b光的相邻亮条纹间距
D.a、b光在水滴中传播的波长都比各自在真空中传播的波长要长
E.若a、b光在同一介质中,以相同的入射角由介质射向空气,若b光能够发生全反射,则a光也一定能够发生全反射
㈡作图题(共5分)
12.(14武昌模拟)②图-8表示两面平行玻璃砖的截面图,一束平行于CD边的单色光入射到AC界面上,a、b是其中的两条平行光线。
光线a在玻璃砖中的光路已给出。
画出光线b从玻璃砖中首次出射的光路图.并标出出射光线与界面法线夹角的度数。
图-8
㈢计算题(共60分)
⒔(16全国Ⅰ)(10分)如图-9,在注满水的游泳池的池底有一点光源A,它到池边的水平距离为3.0m.从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角,水的折射率为.
(i)求池内的水深;
(ii)一救生员坐在离池边不远处的高凳上,他的眼睛到池面的高度为2.0m.当他看到正前下方的点光源A时,他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45°.求救生员的眼睛到池边的水平距离(结果保留1位有效数字).
图-9
⒕(14山东)(8分)如图-10,三角形ABC为某透明介质的横截面,O为BC边的中点,位于截面所在平面内的一束光线自O以角i入射,第一次到达AB边恰好发生全反射。
已知θ=15°,BC边长为2L,该介质的折射率为。
求:
①入射角i;
②从入射到发生第一次全反射所用的时间(设光在真空中的速度为c,可能用到:
或。
图-10
15.(14新课标Ⅱ)(10分)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。
16.(14海南)(7分)如图-11,矩形ABCD为一水平放置的玻璃砖的截面,在截面所在平面内有一细束激光照射玻璃砖,入射点距底面的高度为h,反射光线和折射光线与底面所在平面的交点到AB的距离分别为l1和l2。
在截面所在平面内,改变激光束在AB面上入射点的高度和入射角的大小,当折射光线与底面的交点到AB的距离为l3时,光线恰好不能从底面射出。
求此时入射点距底面的高度H。
图-11
17.(14新课标Ⅰ)(9分)一个半圆柱形玻璃砖,其横截面是半径为R的半圆,AB为半圆的直径,O为圆心,如图-12所示.玻璃的折射率为n=.
(ⅰ)一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面,若光线到达上表面后,都能从该表面射出,则入射光束在AB上的最大宽度为多少?
(ⅱ)一细束光线在O点左侧与O相距R处垂直于AB从下方入射,求此光线从玻璃砖射出点的位置.
图-12
18.(15海南)(8分)一半径为R的半圆形玻璃砖,横截面如图-13所示。
已知玻璃的全反射临界角r(r<)。
与玻璃砖的底平面成()角度、且与玻璃砖横截面平行的平行光射到玻璃砖的半圆柱面上。
经柱面折射后,有部分光(包括与柱面相切的入射光)能直接从玻璃砖底面射出。
若忽略经半圆柱内表面反射后射出的光,求底面透光部分的宽度。
图-13
19.(15山东)(8分)半径为R、介质折射率为n的透明圆柱体,过其轴线OO’的截面如图-14所示。
位于截面所在平面内的一细束光线,以角i0由O点入射,折射光线由上边界的A点射出。
当光线在O点的入射角减小至某一值时,折射光线在上边界的B点恰好发生全反射。
求A、B两点间的距离。
图-14
(三)选做题
20.(14徐州一中)如图-15为某种透明材料制成的边长为4cm,横截面为正三角形的三棱镜,将其置于空气中,当一细光束从距离顶点A为1cm的D点垂直于AB面入射时,在AC面上刚好发生全反射,光在真空中的速度c=3×108m/s.求:
①此透明材料的折射率;
②光通过三棱镜的时间.
图-15
21.(15青岛统测)
(2)如图-16所示,一透明半圆柱体折射率为n=2,半径为R、长为L.一平行光束从半圆柱体的矩形表面垂直射入,从部分柱面射出.求该部分柱面的面积S.
图-16
22.(15大庆三检)如图-17,某透明介质的截面为直角三角形ABC,其中∠A=30°,AC边长为L,一束单色光从AC面上距A为的D点垂直于AC面射入,恰好在AB面发生全反射.已知光速为c.求:
①该介质的折射率n;
②该光束从射入该介质到第一次穿出经历的时间t.
图-17
23.(15宝鸡三检)(9分)MN为水平放置的光屏,在其正下方有一半圆柱形玻璃砖,玻璃砖的平面部分ab与光屏平行且过圆心O,平面ab与屏间距离为,整个装置的竖直截面图如图-18所示。
在O点正下方有一光源S,发出的一束单色光沿半径射入玻璃砖,通过圆心O再射到屏上。
现使玻璃砖在竖直面内以O点为圆心沿逆时针方向以角速度缓慢转动,在光屏上出现了移动的光斑。
已知单色光在这种
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