第4章 第3节 光的全反射 第4节 光导纤维及其应用-【高中必刷题】2024-2025学年新教材高中物理选择性必修第一册同步课件（鲁科版2019）

物理 选择性必修 第一册 LK 1 3 第3节 光的全反射 第4节 光导纤维及其应用 刷基础 2 1.如图所示，将一个半圆形玻璃砖置于空气中，当一束单色光入射到玻璃砖的圆心 时，下列情 况不可能发生的是( ) A A. B. C. D. 题型1 全反射现象及发生条件 3 解析 当光由空气射入半圆形玻璃砖并发生折射时，折射角应小于入射角，故A不可能，符合题 意；当光由空气斜射入半圆形玻璃砖时，既有反射光线又有折射光线，折射角小于入射角，故B 可能；当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角小于临界角，既有反射光线又有折射光线，故 C可能；当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角大于等于临界角，会发生全反射，只有反射 光线，没有折射光线，故D可能. 题型1 全反射现象及发生条件 4 2.[江苏淮安2024高二上期中] （多选）在观察光的全反射实验中，用激光笔 从点照射半圆形玻璃砖的圆心点，发现有、 两条细光束.当入射光束 绕点顺时针转动小角度 ，、 也会随之转动.则( ) AD A.光束顺时针转动的角度大于 B.光束逆时针转动的角度小于 C.光束逐渐变亮，光束 逐渐变暗 D.光束逐渐变暗，光束 逐渐变亮 题型1 全反射现象及发生条件 5 解析 由题图可知，光束 为折射光束，光从光密介质到光疏介质，入射角小于折射角，当入射 光束绕点顺时针转动时，折射光束也顺时针转动，设转动的角度为 ，则有 ,化简有，所以光束顺时针转动的角度大于 ，A正确；由题 图可知，光束为反射光束，转动方向与入射光线相反，但转动快慢相同，所以光束 逆时针 转动的角度等于 ，B错误；当入射光束 顺时针转动小角度时，入射角逐渐增大，折射光束 逐渐远离法线且逐渐变暗，反射光束 逐渐远离法线且逐渐变亮，C错误，D正确. 题型1 全反射现象及发生条件 6 3.[湖北宜荆荆随恩2024高二上联考] （多选）人们常用“井底之蛙”形容见识短浅的人.如图所 示，在一口较浅的枯井的正中间有一只青蛙（看成质点），设井深为 且可视为圆柱体，井口的 直径为，水的折射率 ，当井灌满水时，青蛙能够看到整片天空，则下列说法正确的 是( ) AC A.井深 B.青蛙能够看到整片天空是因为光通过井口时发生了反射 C.当井灌满水时，地面上的人看到的井深比实际更浅 D.当井灌满水时，地面上的人看到的井深比实际更深 题型1 全反射现象及发生条件 7 解析 由全反射和光的可逆性可知，进入青蛙眼中的光射到井的边缘时发生全反射，此时 青蛙恰能看见整片天空，则，解得 ，故A正确；青蛙能够 看到整片天空是因为光通过井口时发生了折射，从而射到青蛙眼睛里，故B错误；根据光 的折射定律，结合光路图可知，当井灌满水时，地面上的人看到的井底在 位置，即看到的井深 比实际更浅，故C正确，D错误. 题型1 全反射现象及发生条件 8 4.如图所示为单反照相机取景器的示意图，五边形 为五棱镜的一个截 面，.光线垂直射入，分别在和 上发生反射，且两次反射的 入射角相等，最后光线垂直 射出.若两次反射都为全反射，则该五棱镜折射 率的最小值是( ) A A. B. C. D. 题型2 的简单应用 9 解析 作出光路图如图所示，结合题给条件可知， ，又 ，可得入射角 ，则折射率最小值 . 题型2 的简单应用 10 5.[重庆实验中学校2024高二上月考] 某透明介质的横截面为半圆，小明将一束平 行单色光线垂直于半圆的直径 射入透明介质，如图所示，发现在半圆弧上恰好 有半圆周长三分之一的圆弧部分没有光透出，则透明介质的折射率为( ) D A.3 B.1.5 C. D. 题型2 的简单应用 11 解析 由题意可知，光线射入透明介质后，从圆弧面 射出时，有部分光线发生全反射，因在半 圆弧上恰好有半圆周长的圆弧部分有光透出，则恰好发生全反射时入射角为 ，折射率为 ，故选D. 题型2 的简单应用 12 6.[江西宜春高安二中等五校2024高二上联考] 如图所示，楔形玻璃的横截面 为直角三角形，顶角为 ，边上的点光源到点的距离为 ，光在玻 璃中的折射率为，光线射向边，不考虑多次反射， 边上有光射出部分的长 度为( ) C A. B. C. D. 题型2 的简单应用 13 解析 根据全反射临界角公式有，可知发生全反射的临界角为 ，所以光线可以 从点射出，恰好在边发生全反射的光线与边的夹角为 ，根据几何关系及正弦定理可 知，解得 ，故选C. 题型2 的简单应用 14 7.如图所示，一个棱镜的顶角为 ，一束白光以较大的入射角从棱镜的左侧面射入，在 光屏上形成从红到紫排列的彩色光带，部分色光在棱镜中的折射率和临界角见表中数据.当入射角 逐渐减小到 的过程中，彩色光带的变化情况是( ) 色光 红 橙 黄 绿 蓝 紫 折射率 1.513 1.514 1.517 1.519 1.528 1.532 临界角/ 41.370 41.340 41.230 41.170 40.880 40.750 B A.紫光最先消失，最后只剩红光、橙光、黄光 B.紫光最先消失，最后只剩红光、橙光 C.红光最先消失，最后只剩紫光 D.红光最先消失，最后只剩紫光、蓝光 题型3 对色散的理解 15 解析 由表格数据看出，紫光的折射率最大，临界角最小，当白光的入射角逐渐减小到 的过程 中，光线射到棱镜右侧面的入射角增大，紫光最先达到临界角，发生全反射，最先消失.当白光的 入射角减小到 时，光线射到棱镜右侧面的入射角 ，小于红光与橙光的临界角，所以 这两种光不发生全反射，仍能射到光屏上，故最后光屏上只剩下红、橙两种色光，故B正确. 题型3 对色散的理解 16 8.[山东淄博2023高二上期末] 自行车的尾灯采用了全反射棱镜，虽然它本身不发光，但在夜间骑 行时，从后面驶来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到 前面有自行车.尾灯由透明介质制成，其外形如图所示，下列说法正确的是( ) C A.汽车灯光从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射 B.汽车灯光从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射 C.汽车灯光从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射 D.汽车灯光从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射 题型4 全反射棱镜和光导纤维 17 解析 从题图中取尾灯中的一个凸起为研究对象，作出一条光路如图所示.由图可知， 每一个凸起相当于一块全反射棱镜，要想让自行车后的司机看到反射光，光只能从 右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射，故选项C正确，A、B、D错误. 题型4 全反射棱镜和光导纤维 18 9.[湖南长沙2023高二上检测] （多选）光纤通信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( ) AD 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.波长越短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小 题型4 全反射棱镜和光导纤维 19 解析 光从光密介质射向光疏介质才能发生全反射，所以内芯的折射率比外套的大，选项A正确， B错误；光的频率越大（波长越短），折射率越大，根据 可知，频率越大的光在光纤中传播 的速度越小，选项C错误，D正确. 题型4 全反射棱镜和光导纤维 20 【关键点拨】光纤通信利用了全反射原理，要牢记发生全反射的条件是光从光密介质射入光疏介 质，并且入射角等于或大于临界角，所以光导纤维的内芯是光密介质，外套是光疏介质. 题型4 全反射棱镜和光导纤维 21 10. [山西运城教育发展联盟2023高二下调研] （多选）华裔科学家高锟获得2009年诺贝 尔物理学奖，他被誉为“光纤通信之父”.如图所示为一光导纤维（可简化为一长玻璃丝）的示意 图，玻璃丝长为，折射率为，代表一侧端面，已知光在真空中的传播速度为 ，则下 列说法正确的是( ) BD A. 端面的入射角变化时，光线可能会有一部分从光纤射入空气而损耗 B.无论 端面的入射角怎样变化，光线都可无损耗地传到另一端面 C.光线从玻璃丝的端面传播到另一端面的时间与 端面的入射角有关， 入射角越小，传播时间越长 D.光线从玻璃丝的端面传播到另一端面所需的最长时间大于 题型4 全反射棱镜和光导纤维 22 解析 在光纤中发生全反射的临界角C满足,解得临界角为 ，则无论 端面的入射角 怎样变化，端面的折射角均小于 ，即在从光纤射入空气时，入射角一定大于 ，光线 都可在光纤与空气的界面上发生全反射，无损耗地传到另一端面，故A错误，B正确；光在玻璃丝 中传播时速度的大小为，设光在端面的入射角为 ，折射角为 ，则 ,沿轴线方 向的分速度大小为 ，光线从玻璃丝的端面传播到另一端面的时间为 ,联立可 得,其中 ,可知传播时间与 端面的入射角有关，入射角越小，光在玻 璃丝中传播的时间越短，当入射角为 时，传播时间最长，此时，因为 ，则最 长时间大于 ,C错误，D正确. 题型4 全反射棱镜和光导纤维 23 【教材变式】本题目由教材P120第5题演变而来，教材考查了光从一个端面射入从另一端面射出所 需的最长时间，本题延伸至考查 端面的入射角变化时，光线传到另一端面时是否有损耗的问题. 题型4 全反射棱镜和光导纤维 24 3 第3节 光的全反射 第4节 光导纤维及其应用 刷提升 25 1.[山西大同2023高二下检测] 如图所示，取一个半径为 的软木塞，在它的圆心处 插上一枚大头针，让软木塞浮在液面上.调整大头针插入软木塞的深度，使它露在 外面的长度为 .这时从液面上方的各个方向向液体中看，恰好看不到大头针.光在 真空中的速度为 .下列说法正确的是( ) D A.此液体的折射率 B.此液体的折射率 C.光在此液体中的速度 D.光在此液体中的速度 26 解析 由题意结合光路可逆原理知，大头针的最底部反射的光线照射到软木塞 的边缘时恰好发生全反射，如图所示，则 ，此液体的折射率 ，故A、B错误；由 ，可知光在此液体中的速度 ，故C错误，D正确. 27 2.[浙江温州十校联合体2023高二下联考] 夜晚高速公路路标在灯光的照射下特别亮，主要是因为 使用了由大量均匀透明介质球组成的反光材料.如图所示，介质球的球心位于点，半径为 .平行 于直径的单色光沿 从空气射入介质球，在球内表面经一次反射后，再次折射回空气中时出 射光线恰好仍与平行.已知到的距离为 ，下列说法正确的是( ) C A.光线经过第一次折射后对应折射角为 B.介质球的折射率为 C.增大单色光的频率，入射光射入球体后，在球内表面不可能发生全反射 D.换不同单色光，沿 入射，在球内表面经一次反射后，再次折射回空气时仍与 平行 28 解析 根据题意,出射光线恰好仍与平行，画出光路图如图甲所示，已知到的距离为 ， 有，可得 ，根据几何关系可知，光线经过第一次折射后对应折射角为 ，A错误；根据折射定律，可知介质球的折射率为 ，B错误；增大单 色光的频率，根据折射率与入射光的频率的关系可知，入射光射入球体后，第一次的折射角 变 小，如图乙所示，根据光路可逆可知，光线可以从介质球中射出，C正确；换不同单色光，沿 入射，在球内表面经一次反射后，折射角会发生变化，不会射到B点，再次折射回空气时不会与 平行，D错误. 甲 乙 29 3.[福建厦门湖滨中学2023高二下期中] （多选）一束光从空气射向折射率 的某种玻璃的表面，如图所示， 为入射角，则( ) BCD A.当 时会发生全反射现象 B.无论入射角多大，折射角都不会超过 C.欲使折射角 ，应以 的角度入射 D.当入射角 时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直 30 解析 因为光从空气进入玻璃是从折射率小的介质射入折射率大的介质，所以不可能发生全反射， 故A错误；根据可知，折射角最大值为 ，所以无论入射角多大，折射角 都不会 超过 ，故B正确；当折射角 时，由，解得 ，故C正确；当反 射光线跟折射光线恰好互相垂直时，有 ， ，所以 ，故D正确. 31 4.如图所示是一直角槽圆柱形玻璃砖的截面，其折射率为 ，半径为 ，为轴心.一束光线从距该玻璃砖轴心处的点垂直于 面进 入玻璃砖，经几次反射后又照射到玻璃砖的面上的某一位置 点（图中未画出）. （1）试在图中补充完整这束光线由点到 点的光路； [答案] 见解析 解析 根据题意，由反射定律和折射定律画出光路图，如图所示. 32 （2）通过计算说明，这束光线是否能从玻璃砖的面射出.点到轴心 的距离是多少？ [答案] 能; 解析 根据题意，由可得，光在玻璃砖中发生全反射的临界角为 ， 根据（1）中光路图，由几何关系可得 ，则这束光线在 点的入射角小于临界角，不发生 全反射，这束光线能从玻璃砖的面射出，由几何关系有 ， 解得 ， 即点到轴心的距离是 . 33 5.[河北邯郸2023高二上期中] 如图所示，一块玻璃砖的横截面为直角三角形 与半圆 的组合体，半圆的半径为，三角形的斜边正好是半圆半径的三倍， 点为圆心， .一束单色光从点射向圆心， ，已知玻璃砖的折射率 . （1）该光束在 面上能否发生全反射； [答案] 能 34 解析 光束经过 点方向不变，画出光路图如图所示， 由几何关系可知，光束射到边上的点，入射角为 ， 设临界角为，则 ， 可得 ， 而 ， 则光束在 面上能发生全反射. 35 （2）求该光束从玻璃砖射出后的光线与入射光线 间的夹角. [答案] 解析 由几何关系可知，光束射到边上的点，入射角为 ， 在边上，有 ， 解得 ， 则 ， 由几何关系可知，该光束从玻璃砖射出后的光线与入射光线间的夹角为 ， 解得 . 36 $$