高中物理 第4章 光的折射與全反射 第2節(jié) 光的全反射 第3節(jié) 光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用學(xué)業(yè)分層測評(píng) 魯科版選修3-4

第2節(jié) 光的全反射 第3節(jié) 光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用(建議用時(shí)：45分鐘)學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)1下列事例哪些應(yīng)用了光的全反射現(xiàn)象()A海市蜃樓B用三棱鏡觀察太陽光譜C某些光學(xué)儀器中用等腰直角玻璃三棱鏡改變光路90D水中的魚看起來比實(shí)際的要淺E多面體鉆石能夠閃閃發(fā)光【解析】海市蜃樓和光學(xué)儀器中用等腰直角玻璃三棱鏡改變光路90是利用了光的全反射現(xiàn)象，故A、C項(xiàng)正確；用三棱鏡觀察太陽光譜和水中的魚看起來比實(shí)際的要淺，都是光的折射現(xiàn)象，故B、D項(xiàng)錯(cuò)誤多面體鉆石閃閃發(fā)光是因?yàn)槿瓷洮F(xiàn)象，E正確【答案】ACE2已知介質(zhì)對(duì)某單色光的臨界角為C，則下列說法正確的是()A該介質(zhì)對(duì)單色光的折射率等于B此單色光在該介質(zhì)中的傳播速度等于csinC(c是光在真空中的傳播速度)C此單色光在該介質(zhì)中的傳播波長是在真空中波長的sin C倍D此單色光在該介質(zhì)中的頻率是在真空中的倍E此單色光從真空射向介質(zhì)，入射角大于C時(shí)一定發(fā)生全反射【解析】由臨界角的計(jì)算式sin C得n，故選項(xiàng)A正確；將n代入sin C得sin C，故vcsin C，故選項(xiàng)B正確；設(shè)該單色光的頻率為f，在真空中的波長為0，在介質(zhì)中的波長為，由波長、頻率、波速的關(guān)系得c0f，vf，由sin C得，0sin C，故選項(xiàng)C正確；該單色光由真空傳入介質(zhì)時(shí)，頻率不發(fā)生變化，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤；此單色光從真空射向介質(zhì)不會(huì)發(fā)生全反射，E錯(cuò)誤【答案】ABC3一束光從空氣射向折射率為n的某種玻璃的表面，如圖425所示，i代表入射角，則()圖425A當(dāng)i45時(shí)，會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象B無論入射角i是多大，折射角r都不會(huì)超過45C欲使折射角r30，應(yīng)以i45的角入射D當(dāng)入射角iarctan時(shí)，反射光線跟折射光線恰好互相垂直E當(dāng)光從玻璃射向空氣時(shí)， 一定會(huì)發(fā)生全反射【解析】由于光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)，所以不會(huì)發(fā)生全反射，A項(xiàng)錯(cuò)，B對(duì)；由折射定律計(jì)算可知C、D兩項(xiàng)正確；光從玻璃射向空氣，入射角大于臨界角時(shí)才能發(fā)生全反射，E錯(cuò)誤【答案】BCD4下列說法中正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：78510047】A因?yàn)樗拿芏却笥诰凭拿芏?，所以水是光密介質(zhì)B因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎?，所以水?duì)酒精來說是光疏介質(zhì)C同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較大D同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較小E光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)相對(duì)于折射率來確定，與密度無關(guān)【解析】光在各種介質(zhì)中的傳播速度和介質(zhì)相對(duì)真空的折射率都是不同的兩種介質(zhì)相比較光在其中傳播速度大，而折射率小的介質(zhì)叫光疏介質(zhì)；光在其中傳播速度小，而折射率大的介質(zhì)叫光密介質(zhì)光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)與密度無關(guān)，A、C錯(cuò)誤，B、D、E正確【答案】BDE5關(guān)于全反射，下列說法中正確的是()A發(fā)生全反射時(shí)，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認(rèn)為不存在折射光線而只有反射光線B光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，一定會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象C光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)，不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D水或玻璃中的氣泡看起來特別亮，就是因?yàn)楣鈴乃虿Ａ湎驓馀輹r(shí)，在界面發(fā)生全反射E介質(zhì)的臨界角越小就越容易發(fā)生全反射【解析】全反射是當(dāng)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于等于臨界角時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象，發(fā)生全反射時(shí)全部光線均不進(jìn)入光疏介質(zhì)介質(zhì)的臨界角越小越容易發(fā)生全反射，A、B錯(cuò)誤，C、D、E正確【答案】CDE6光纖通信是一種現(xiàn)代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高質(zhì)量的通信服務(wù)目前，我國正在大力建設(shè)高質(zhì)量的寬帶光纖通信網(wǎng)絡(luò)下列說法正確的是()A光纖通信利用光作為載體來傳遞信息B光導(dǎo)纖維傳遞光信號(hào)是利用光沿直線傳播的原理C光導(dǎo)纖維傳遞光信號(hào)是利用光的色散原理D目前廣泛應(yīng)用的光導(dǎo)纖維是一種非常細(xì)的特制玻璃絲E光在光纖內(nèi)不斷地發(fā)生全反射，中途不會(huì)側(cè)漏【解析】光纖是利用光的全反射現(xiàn)象而實(shí)現(xiàn)光作為載體的信息傳遞，光纖是內(nèi)芯折射率大于外層表皮折射率的很細(xì)的玻璃絲故A、D、E正確，B、C錯(cuò)誤【答案】ADE7.如圖426所示，一束光線從空氣射入某介質(zhì)，入射光線與反射光線夾角為90，折射光線與入射光線延長線間夾角為15，求：圖426(1)該介質(zhì)的折射率(2)光在該介質(zhì)中傳播的速度(3)當(dāng)光從介質(zhì)射入空氣時(shí)的臨界角【解析】(1)由反射定律可知，由于90，故入射角45；由圖可知r45，由于15，故折射角r30，所以該介質(zhì)的折射率n(2)由折射率與速度的關(guān)系n得v m/s2.12108 m/s(3)光從介質(zhì)射入空氣時(shí)臨界角的正弦值sin C，故臨界角C45【答案】(1)(2)2.12108 m/s(3)458.如圖427所示，AB為光導(dǎo)纖維，A、B之間距離為s，使一光脈沖信號(hào)從光導(dǎo)纖維中間入射，射入后在光導(dǎo)纖維與空氣的界面上恰好發(fā)生全反射，由A點(diǎn)傳輸?shù)紹點(diǎn)所用時(shí)間為t，求光導(dǎo)纖維所用材料的折射率n.圖427【解析】設(shè)介質(zhì)的折射率為n，則有sin sin Cnt由以上三式解得t，所以n.【答案】能力提升9OMN為玻璃等腰三棱鏡的橫截面a、b兩束可見單色光從空氣垂直射入棱鏡底面MN，在棱鏡側(cè)面OM、ON上反射和折射的情況如圖428所示由此可知()圖428A棱鏡內(nèi)a光的傳播速度比b光的小B棱鏡內(nèi)a光的傳播速度比b光的大Ca光的頻率比b光的高Da光的波長比b光的長Ea光的臨界角大于b光的臨界角【解析】由題圖可知，a、b兩單色光以相同的入射角分別射向OM、ON兩界面，b光發(fā)生全反射，而a光發(fā)生折射，所以a光的折射率小于b光的折射率，因此a光的波長比b光的波長大，D正確；又v，則在棱鏡內(nèi)a光的傳播速度比b光的大，B正確由圖可知，a光的臨界角大于b光的臨界角，E正確【答案】BDE10.如圖429所示，空氣中有一橫截面為半圓環(huán)的均勻透明柱體，其內(nèi)圓半徑為r，外圓半徑為R，Rr.現(xiàn)有一束單色光垂直于水平端面A射入透明柱體，只經(jīng)過兩次全反射就垂直于水平端面B射出設(shè)透明柱體的折射率為n，光在透明柱體內(nèi)傳播的時(shí)間為t，若真空中的光速為c，則() 圖429【導(dǎo)學(xué)號(hào)：78510048】An可能為Bn可能為2Ct可能為Dt可能為Et可能為【解析】根據(jù)題意可畫出光路圖如圖所示，則兩次全反射時(shí)的入射角均為45，所以全反射的臨界角C45，折射率n，A、B均正確；光在介質(zhì)中的傳播速度v，所以傳播時(shí)間t，C、D錯(cuò)誤，E正確【答案】ABE11.如圖4210所示為用某種透明材料制成的一塊柱形棱鏡的截面圖，圓弧CD為半徑為R的四分之一的圓周，圓心為O，光線從AB面上的某點(diǎn)入射，入射角145，它進(jìn)入棱鏡后恰好以臨界角射在BC面上的O點(diǎn)圖4210(1)畫出光線由AB面進(jìn)入棱鏡且從CD弧面射出的光路圖；(2)求該棱鏡的折射率n；(3)求光線在該棱鏡中傳播的速度大小v(已知光在空氣中的傳播速度c3.0108 m/s)【解析】(1)光路圖如圖所示(2)光線在BC面上恰好發(fā)生全反射，入射角等于臨界角C，sin C，cos C.光線在AB界面上發(fā)生折射，折射角290C，由幾何關(guān)系得sin 2cos C，由折射定律得n，由以上幾式聯(lián)立解得n.(3)光速v108 m/s.【答案】(1)見解析圖(2)(3)108 m/s12.如圖4211所示，AOB是由某種透明物質(zhì)制成的圓柱體的橫截面(O為圓心)，其折射率為.今有一束平行光以45的入射角射向柱體的OA平面，這些光線中有一部分不能從柱體的AB面上射出設(shè)凡射到OB面的光線全部被吸收，也不考慮OA面的反射，求圓柱AB面上能射出光線的部分占AB表面的幾分之幾？圖4211【解析】如圖所示，從O點(diǎn)射入的光線，折射角為，根據(jù)折射定律有：n，解得30.設(shè)從某位置P點(diǎn)入射的光線，折射到AB弧面上Q點(diǎn)時(shí)，入射角恰等于臨界角C，有：sin C，代入數(shù)據(jù)得：C45.所以能射出光線的區(qū)域?qū)?yīng)的圓心角C45，故能射出光線的部分占AB表面的比例為.【答案】