课时梯级训练(23) 光的全反射（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册（教科版2019）

课时梯级训练(23)　光的全反射 1．下列关于光纤的说法正确的是(　　) A．光纤是由高级金属制成的，所以它比普通电线容量大 B．光纤是非常细的特制玻璃丝，导电性能特别好，所以它比普通电线衰减小 C．光纤是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外套两层组成，光纤是利用全反射原理来实现光的传导的 D．在实际应用中，光纤必须呈笔直状态，因为弯曲的光纤是不能传导光的 C　解析：光导纤维的作用是传导光，它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝，且由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大；载有声音、图像及各种数字信号的激光传播时，在内芯和外套的界面上发生全反射，光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强等特点；在实际应用中，光纤是可以弯曲的，C正确。 2．(多选)当光从光密介质射向光疏介质时(　　) A．反射光线的强度随入射角的增大而减小 B．折射光线的强度随入射角的增大而减小 C．当入射角等于临界角时，折射光线的强度等于零 D．当入射角等于零时，反射光线的强度等于零 BC　解析：当光从光密介质射向光疏介质时，反射光线的强度随入射角的增大而增大，折射光线的强度随入射角的增大而减小，A错误，B正确；当入射角等于临界角时，光线恰好发生全反射，故折射光线的强度等于零，C正确，D错误。 3．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O时，下列情况不可能发生的是(　　) B　解析：当光由空气斜射入半圆形玻璃砖时，折射角应小于入射角，A可能发生，B不可能发生；当光由半圆形玻璃砖斜射入空气时，若入射角小于临界角，既有反射又有折射，折射角大于入射角，C可能发生；当光由半圆形玻璃砖斜射入空气时，若入射角大于或等于临界角，会发生全反射，光线就不能进入空气，D可能发生。 4．自行车尾灯采用了全反射的原理，它虽然本身不发光，但在夜间行驶时，从后面开来的汽车发出的强光照在自行车尾灯上，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(　　) A．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射 B．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射 C．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射 D．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射 答案：B 5．下列选项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。可以发生的是(　　) A　解析：光垂直等腰直角三角形的某直角边射入全反射玻璃棱镜时，在斜边发生全反射，A正确。 6．(多选)如图所示，ABCD是两面平行的透明玻璃砖，AB面和CD面是玻璃和空气的分界面，分别设为界面 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(　　) A．只要入射角足够大，光线在界面 Ⅰ 上可能发生全反射现象 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 CD　解析：在界面 Ⅰ ，光由空气进入玻璃砖，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，A错误，C正确；在界面 Ⅱ ，光由玻璃进入空气，是由光密介质进入光疏介质，但是由于界面 Ⅰ 和界面 Ⅱ 平行，光由界面 Ⅰ 进入玻璃后再到达界面 Ⅱ ，在界面 Ⅱ 上的入射角等于在界面 Ⅰ 上的折射角，入射角总是小于临界角，因此也不会发生全反射现象，B错误，D正确。 7．酷热的夏天，在平坦的柏油公路上，你会看到一定距离之外地面显得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎还能看到远处车、人的倒影，但当你靠近“水面”时，它也会随你靠近而后退。对此现象正确的解释是(　　) A．出现的是“海市蜃楼”，是由光的折射造成的 B．“水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉 C．太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率增大，发生全反射 D．太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率减小，发生全反射 D　解析：酷热的夏天地面温度高，地表附近空气的密度小，空气的折射率“下小上大”，远处车、人反射的太阳光由光密介质射入光疏介质发生全反射，D正确。 8．(多选)如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，E、F分别为边AB、BC的中点，则(　　) A．该棱镜的折射率为 B．光在F点发生全反射 C．光从空气进入棱镜，波长变小 D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行 AC　解析：在E点作出法线可知入射角为60°，折射角为30°，故折射率为，A正确；由光路的可逆性可知，在BC边上的入射角小于临界角，不会发生全反射，B错误；由λ介＝可知C正确；由几何关系知，在F点入射角为30°，折射角为60°，出射光束不会与入射到E点的光束平行，D错误。 9．光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套的材料不同，光在内芯中传播，以下关于光导纤维的说法正确的是(　　) 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 A　解析：光导纤维内芯的折射率大于外套的折射率，光由内芯射向外套时，在其界面处发生全反射，从而使光在内芯中传播，A正确。 10．光导纤维技术在现代生产生活与科技方面得以广泛应用。一个质量分布均匀的有机玻璃圆柱的横截面如图所示，B、C为圆上两点，一束单色光沿AB方向射入，然后从C点射出，已知∠ABO＝127°，∠BOC＝120°，真空中光速c＝3×108 m/s，sin 53°＝0.8，cos 53°＝0.6，则(　　) A．光在该有机玻璃中传播速度为1.875×108 m/s B．光在该有机玻璃中的折射率为1.8 C．光在该有机玻璃中发生全反射的临界角为53° D．若将该材料做成长300 km的光导纤维，此单色光在光导纤维中传播的最短时间为1×10－3 s A　解析：根据折射定律得n＝＝＝1.6，则光在该有机玻璃中传播的速度v＝＝ m/s＝1.875×108 m/s，A正确，B错误；根据sin C＝得sin C＝＝0.625<sin 53°，所以发生全反射的临界角不是53°，C错误；当光线与光导纤维平行时，传播的时间最短，则传播的最短时间t＝＝＝ s＝1.6×10－3 s，D错误。 11．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光板之间来回反射，进入玻璃管底部，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 C　解析：在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。在玻璃管被透明液体包住之后，因为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，反射光强度会减弱，C正确。 12．如图所示，一个透明玻璃球的折射率为，一束足够强的细光束在过球心的平面内，以45°入射角由真空射入玻璃球后，在玻璃球与真空的交界面处发生多次反射和折射，从各个方向观察玻璃球，能看到从玻璃球内射出的光线的条数是(　　) A．2 B．3 C．4 D．5 B　解析：设光在该玻璃球中发生全反射的临界角是C，则sin C＝＝，解得C＝45°；光在玻璃球中的折射率n＝，解得θ＝30°。光路图如图所示，所以共3条光线射出玻璃球，B正确。 13．如图所示，夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰、船舶、楼台、亭阁、集市、庙宇等出现在远方的空中。古人不明白产生这种景象的原因，对它作了不科学的解释，认为是海中蛟龙(即蜃)吐出的气结成的，因而叫作“海市蜃楼”，也叫蜃景。在沙漠里有时也会看到远处的水源、仙人掌近在咫尺，可望而不可即，这也是“蜃景”。下列有关蜃景的说法错误的是(　　) A．海面上层空气的折射率比下层空气的折射率要小 B．沙面上层空气的折射率比下层空气的折射率要小 C．a是蜃景，b是景物 D．c是蜃景，d是景物 B　解析：海面上，下层空气的温度比上层空气的温度低，则下层空气的密度比上层空气的密度要大，故下层空气的折射率比上层空气的折射率大，A正确；由于人眼认为光线是沿直线传播的，故a是蜃景，b是景物，C正确；太阳照到沙面上，接近沙面的热空气层的密度比上层空气的密度小，折射率也小，即上层空气折射率大，B错误；从远处物体射向地面的光线，进入折射率小的热空气层时被折射，入射角逐渐增大，也可能发生全反射，人们逆着反射光线看去，就会看到远处物体的倒影，故c是蜃景，d是景物，D正确。 14．一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图如图所示，玻璃丝长为L，折射率为n，AB代表端面。已知光在真空中的传播速度为c。 (1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光线在端面AB上的入射角i应满足的条件； (2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间。 答案：(1)sin i≤　(2) 解析：(1)光线在端面AB上C点的入射角为i，设折射角为r，光路图如图所示 由折射定律有sin i＝n sin r① 设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为α，为了使该光线可在此光导纤维中传播，应有α≥θ② 式中θ是光线在玻璃丝内发生全反射的临界角，它满足n sin θ＝1③ 由几何关系得α＋r＝90°④ 由①②③④得sin i≤⑤ (2)光在玻璃丝中传播的速度的大小为v＝⑥ 光速在玻璃丝轴线上的分量为vx＝v sin α⑦ 光线从玻璃丝端面AB传播到另一端面所需时间为t＝⑧ 光线在玻璃丝中传播，在刚好发生全反射时，光线从端面AB传播到另一端面所需的时间最长，此时sin α＝⑨ 由⑥⑦⑧⑨得tmax＝。 学科网（北京）股份有限公司 $$