9.1 光的折射和全反射 同步作业 -2025-2026学年高二下学期（中职）物理高教版(2021)机械建筑类

主题九 光现象及其应用 第一节 光的折射和全反射同步作业 一、选择题（本题共12小题，每小题3分，共36分。每小题只有一项符合题目要求） 1. 下列关于光的折射现象的说法，正确的是（ ） A. 光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一定改变 B. 折射光线、入射光线和法线一定在同一平面内 C. 光的折射现象中，折射角一定小于入射角 D. 光的折射光路是不可逆的 2. 光的折射定律的表达式为（i为入射角，r为折射角，n为介质折射率）（ ） A. sini/sinr = n B. sinr/sini = n C. sini = sinr + n D. sini·sinr = n 3. 关于折射率的说法，错误的是（ ） A. 折射率是表征介质对光折射能力的物理量 B. 真空中的折射率为1，其他介质的折射率均大于1 C. 介质的折射率越大，光在该介质中的传播速度越大 D. 建筑玻璃的折射率大于空气，因此光从空气射入玻璃时会发生折射 4. 光从空气斜射入水中，入射角为45°，折射角为32°，则水的折射率为（ ） A. sin32°/sin45° B. sin45°/sin32° C. cos32°/cos45° D. cos45°/cos32° 5. 下列哪种情况可能发生全反射现象（ ） A. 光从空气斜射入玻璃 B. 光从玻璃斜射入空气 C. 光从水垂直射入空气 D. 光从空气斜射入水 6. 发生全反射的必要条件是（ ） A. 光从光疏介质射入光密介质，入射角大于临界角 B. 光从光密介质射入光疏介质，入射角大于临界角 C. 光从光疏介质射入光密介质，入射角小于临界角 D. 光从光密介质射入光疏介质，入射角小于临界角 7. 机械光学检测中常用的光纤，其信号传输利用的是光的（ ） A. 直线传播 B. 折射 C. 全反射 D. 漫反射 8. 关于临界角的说法，正确的是（ ） A. 临界角是折射角为0°时的入射角 B. 介质的折射率越大，临界角越大 C. 临界角的计算公式为C = arcsin(1/n)（n为介质折射率） D. 光从空气射入任何介质时都存在临界角 9. 建筑工程中，设计师利用光的折射原理设计采光窗，使室内获得充足光线。若光从空气射入玻璃（n=1.5），入射角为60°，则折射角约为（sin60°≈0.866，sin35°≈0.574）（ ） A. 30° B. 35° C. 45° D. 60° 10. 光在某种介质中的传播速度为2×10⁸m/s（真空中光速c=3×10⁸m/s），则该介质的临界角（相对空气）为（ ） A. arcsin(2/3) B. arcsin(3/2) C. arccos(2/3) D. 不存在 11. 下列现象中，利用全反射原理的是（ ） A. 建筑幕墙的反光 B. 插入水中的钢筋看起来弯折 C. 光纤通信传输信号 D. 雨后天空出现彩虹 12. 光从玻璃（n=1.5）斜射入空气，入射角为40°，则下列说法正确的是（sin41.8°≈0.667）（ ） A. 临界角约为41.8°，不会发生全反射 B. 临界角约为41.8°，会发生全反射 C. 折射角小于40°，折射光线强度大于反射光线 D. 折射角大于40°，反射光线强度为零 二、填空题（本题共6小题，每空2分，共24分） 13. 光的折射定律指出：折射光线与入射光线、法线在__________内，折射光线和入射光线分别位于法线的__________；入射角的正弦与折射角的正弦之比为一常数，该常数为__________。 14. 折射率的定义式为n = c/v，其中c是__________，v是__________；某种介质的折射率越大，光在该介质中的传播速度越__________。 15. 全反射现象是指光从__________介质射入__________介质时，当入射角大于等于__________时，折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象。 16. 建筑中使用的普通玻璃折射率n=1.5，光在玻璃中的传播速度为__________m/s（c=3×10⁸m/s），光从玻璃斜射入空气时的临界角约为__________（sin41.8°≈0.667）。 17. 机械零件检测用的光纤，其核心结构是内芯和外套，内芯的折射率__________外套的折射率（选填“大于”“小于”或“等于”），这样才能保证光在内外芯界面发生__________，实现信号长距离传输。 18. 光从空气斜射入某种介质，入射角为60°，折射角为30°，则该介质的折射率为__________，光从该介质斜射入空气时的临界角为__________。 三、简答题（本题共2小题，每小题8分，共16分） 19. 结合建筑采光设计，说明光的折射原理在实际工程中的应用，并解释为什么采光窗的玻璃会使光线改变传播方向进入室内。 20. 机械检测中常用光纤传输光信号，简要说明光纤传输信号的原理，并解释为什么光纤的内芯折射率必须大于外套折射率。 四、综合应用题（本题共2小题，第1题10分，第2题14分，共24分） 21. 光从空气斜射入某种透明介质，入射角为45°，折射角为30°，真空中的光速c=3×10⁸m/s。求： （1）该介质的折射率； （2）光在该介质中的传播速度； （3）光从该介质斜射入空气时的临界角。 22. 某机械检测用光纤，内芯折射率n₁=1.55，外套折射率n₂=1.50，真空中的光速c=3×10⁸m/s。求： （1）光在光纤内芯中的传播速度； （2）光从内芯射向外套时的临界角大小（结果保留1位小数）； （3）若光信号在光纤内的入射角为50°，光信号是否会从外套泄漏？请通过计算说明； （4）若将外套折射率调整为1.60，其他条件不变，光从内芯射向外套时能否发生全反射？为什么？ 参考答案 一、选择题（每小题3分，共36分） 1. B 解析：光垂直射入另一种介质时传播方向不变，A错误；折射光线、入射光线和法线必共面，B正确；光从光疏介质射入光密介质时折射角小于入射角，反之则大于，C错误；光的折射光路可逆，D错误。 2. A 解析：光的折射定律表达式为sini/sinr = n（i为入射角，r为折射角），A正确。 3. C 解析：由n = c/v可知，介质折射率越大，光在该介质中的传播速度越小，C错误；A、B、D均正确。 4. B 解析：根据折射定律n = sini/sinr，入射角i=45°，折射角r=32°，故n=sin45°/sin32°，B正确。 5. B 解析：全反射的前提是光从光密介质射入光疏介质，玻璃折射率大于空气，故光从玻璃斜射入空气可能发生全反射，B正确；A、D是光从光疏到光密，C垂直入射无折射，均不可能发生全反射。 6. B 解析：发生全反射的两个必要条件：①光从光密介质射入光疏介质；②入射角≥临界角，B正确。 7. C 解析：光纤传输信号利用光在内外芯界面的全反射，使光信号不泄漏，C正确。 8. C 解析：临界角是折射角为90°时的入射角，A错误；折射率越大，临界角C=arcsin(1/n)越小，B错误；光从光疏介质射入光密介质时无临界角，D错误；C正确。 9. B 解析：由折射定律sini/sinr = n，得sinr = sini/n = sin60°/1.5≈0.866/1.5≈0.577，对应折射角约35°，B正确。 10. A 解析：介质折射率n = c/v = 3×10⁸/2×10⁸=1.5，临界角C=arcsin(1/n)=arcsin(2/3)，A正确。 11. C 解析：建筑幕墙反光是光的反射，A错误；钢筋弯折是光的折射，B错误；光纤通信利用全反射，C正确；彩虹是光的折射和色散，D错误。 12. A 解析：玻璃临界角C=arcsin(1/1.5)≈41.8°，入射角40°＜41.8°，不会发生全反射，折射角大于入射角，反射光线强度小于折射光线，A正确。 二、填空题（每空2分，共24分） 13. 同一平面；两侧；介质的折射率 14. 真空中的光速；光在介质中的传播速度；小 15. 光密；光疏；临界角 16. 2×10⁸；41.8° 解析：v = c/n = 3×10⁸/1.5=2×10⁸m/s，C=arcsin(1/1.5)≈41.8° 17. 大于；全反射 18. √3；35.3° 解析：n = sin60°/sin30°=√3≈1.732，临界角C=arcsin(1/n)=arcsin(1/√3)≈35.3° 三、简答题（每小题8分，共16分） 19. 解析：应用：建筑采光窗利用光的折射原理，使太阳光从空气射入玻璃再射入室内时改变传播方向，即使太阳位置较低或光线斜射，也能通过折射调整光路，让光线进入室内深处，提高室内采光效率（4分）。 原理：光从空气（光疏介质，n₁=1）射入玻璃（光密介质，n₂>1）时，根据折射定律sini/sinr = n₂/n₁>1，故折射角r<入射角i，光线向法线偏折；当光从玻璃射入室内空气时，再次发生折射，光线远离法线偏折，最终光线改变原传播方向，从采光窗进入室内，实现采光（4分）。 20. 解析：传输原理：光纤由内芯和外套组成，光信号从光纤一端射入内芯后，在内外芯的界面上不断发生全反射，使光信号被束缚在内芯中沿光纤传播，不会泄漏到外套中，从而实现长距离传输（4分）。 内芯折射率必须大于外套的原因：全反射的前提是光从光密介质射入光疏介质。只有内芯折射率n₁大于外套折射率n₂，才能满足“光密→光疏”的传播条件，光在界面处的入射角才有可能大于等于临界角，进而发生全反射；若n₁≤n₂，光会折射泄漏到外套中，无法实现信号的长距离传输（4分）。 四、综合应用题（共24分） 21. 解析：（1）根据折射定律n = sini/sinr = sin45°/sin30°= (√2/2)/0.5=√2≈1.414（3分）； （2）光在介质中的传播速度v = c/n = 3×10⁸m/s/√2≈2.12×10⁸m/s（3分）； （3）临界角C = arcsin(1/n) = arcsin(1/√2)=45°（4分）。 答：（1）√2（约1.414）；（2）约2.12×10⁸m/s；（3）45°。 22. 解析：（1）光在内芯中的传播速度v₁ = c/n₁ = 3×10⁸/1.55≈1.94×10⁸m/s（3分）； （2）光从内芯射向@外套的临界角C = arcsin(n₂/n₁) = arcsin(1.50/1.55)≈75.1°（3分）； （3）不会泄漏（1分）；计算说明：光在光纤内的入射角为50°，小于临界角75.1°，满足全反射条件，光会在界面发生全反射，不会折射泄漏到外套中（3分）； （4）不能发生全反射（1分）；理由：调整后外套折射率n₂=1.60>内芯折射率n₁=1.55，光从内芯射入外套是从光疏介质射入光密介质，不满足全反射“光密→光疏”的前提条件，故无论入射角多大，都不会发生全反射（4分）。 答：（1）约1.94×10⁸m/s；（2）约75.1°；（3）不会泄漏，说明见解析；（4）不能，理由见解析。 学科网（北京）股份有限公司 $