9.2 光的全反射现象的应用 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 第二节 光的全反射现象的应用同步作业 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. 下列应用中，主要利用光的全反射原理的是（ ） A. 建筑幕墙的镜面反光 B. 机械零件检测用的光纤传输信号 C. 插入水中的钢筋看起来弯折 D. 建筑采光窗的光线折射 2. 光纤通信中，光信号能长距离无泄漏传输的关键原因是（ ） A. 光纤的外壳对光有吸收作用 B. 光在光纤内芯与外套界面发生全反射 C. 光在光纤内沿直线传播 D. 光纤的内芯材料能放大光信号 3. 关于全反射棱镜的说法，正确的是（ ） A. 全反射棱镜的折射率小于空气 B. 光在棱镜内发生反射时入射角小于临界角 C. 机械光学仪器中常用其改变光路方向 D. 其工作原理与平面镜完全相同 4. 建筑工程中，用于检测墙体垂直度的激光准直仪，部分核心部件利用了全反射原理，该部件最可能是（ ） A. 平面镜 B. 凸透镜 C. 光纤 D. 凹透镜 5. 发生全反射的两个必要条件是（ ） A. 光从光疏介质射入光密介质，入射角≥临界角 B. 光从光密介质射入光疏介质，入射角≥临界角 C. 光从光疏介质射入光密介质，入射角≤临界角 D. 光从光密介质射入光疏介质，入射角≤临界角 6. 光从介质甲斜射入空气的临界角为45°，则介质甲的折射率为（ ） A. √2/2 B. √2 C. 1 D. 2 7. 机械检测用光纤的内芯折射率n₁=1.52，外套折射率n₂=1.48，光从内芯射向外套时的临界角为（ ） A. arcsin(1.48/1.52) B. arcsin(1.52/1.48) C. arcsin(1/1.52) D. arcsin(1/1.48) 8. 关于光的全反射应用，下列说法错误的是（ ） A. 全反射棱镜的反射效率比平面镜高 B. 光纤通信的信号衰减主要来自全反射损耗 C. 建筑中的激光测距仪可能用到全反射部件 D. 机械中的光学传感器可利用全反射检测零件位置 9. 光在某种介质中的传播速度v=2.2×10⁸m/s（真空中光速c=3×10⁸m/s），则光从该介质斜射入空气时的临界角约为（ ） A. 48.8° B. 41.2° C. 60° D. 30° 10. 下列现象中，与光的全反射无关的是（ ） A. 光纤传输电视信号 B. 露珠呈现明亮的光斑 C. 建筑玻璃幕墙的反光 D. 潜水艇潜望镜的视野 11. 光从玻璃（n=1.5）斜射入空气，入射角为42°，已知sin41.8°≈0.667，则下列说法正确的是（ ） A. 会发生全反射，反射光线强度增强 B. 不会发生全反射，折射角小于42° C. 临界角约为41.8°，折射光线消失 D. 临界角约为41.8°，折射角大于42° 12. 机械工程中，利用全反射原理设计的光学探头，其核心要求是（ ） A. 探头材料的折射率小于空气 B. 光在探头与空气界面的入射角≥临界角 C. 探头材料的折射率与空气相同 D. 光在探头内沿曲线传播 二、填空题（本题共6小题，每空2分，共24分） 13. 光的全反射现象在机械建筑领域应用广泛，常见的应用有__________、__________和激光准直仪等，其核心是利用光从__________介质射入__________介质时的全反射特性。 14. 光纤的结构由__________和__________组成，其中__________的折射率大于__________的折射率，确保光信号在界面发生全反射。 15. 全反射棱镜的优点是反射时无光线折射泄漏，__________比平面镜高，在机械光学仪器中常用来__________或__________光路。 16. 临界角的计算公式为C=arcsin(1/n)，其中n是__________的折射率（相对空气）；当介质的折射率越大，临界角越__________，越容易发生全反射。 17. 建筑中使用的激光测距仪，其内部的光信号传输可能用到光纤，光纤传输信号的特点是__________、__________，适合长距离精准传输。 18. 光从介质A斜射入空气的临界角为37°，则介质A的折射率为__________（sin37°≈0.6），光在介质A中的传播速度为__________m/s（c=3×10⁸m/s）。 三、简答题（本题共2小题，每小题8分，共16分） 19. 结合机械零件检测，说明光纤传输光信号的原理，并解释为什么光纤的内芯折射率必须大于外套折射率。 20. 建筑工程中，激光准直仪可用于检测墙体是否竖直、路面是否平整，部分型号利用了全反射原理。请简要说明其工作原理，并列举1-2个全反射在建筑工程中的其他应用。 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. 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55°，是否会发生全反射？请说明理由。 22. 建筑工程中使用的激光探头，其核心介质的折射率n=1.6，真空中的光速c=3×10⁸m/s。求： （1）该介质的临界角（结果保留1位小数）； （2）光在该介质中的传播速度； （3）若激光从该介质射向空气时，入射角为35°，是否会发生全反射？请计算折射角并说明； （4）若要使激光在介质与空气界面发生全反射，入射角至少为多少？ 参考答案 一、选择题（每小题3分，共36分） 1. B 解析：建筑幕墙反光是光的反射，A错误；光纤传输利用全反射，B正确；钢筋弯折是光的折射，C错误；采光窗利用折射，D错误。 2. B 解析：光纤内芯折射率大于外套，光在界面发生全反射，避免信号泄漏，B正确；A、C、D均不符合光纤传输原理。 3. C 解析：全反射棱镜折射率大于空气，A错误；光在棱镜内发生全反射时入射角≥临界角，B错误；机械光学仪器中常用其改变光路（如90°、180°偏转），C正确；其原理是全反射，与平面镜的镜面反射不同，D错误。 4. C 解析：激光准直仪中光纤利用全反射传输激光，保证光路精准，C正确；平面镜利用反射，凸透镜、凹透镜利用折射，A、B、D错误。 5. B 解析：全反射的必要条件：光从光密介质射入光疏介质，入射角≥临界角，B正确。 6. B 解析：由C=arcsin(1/n)，得n=1/sinC=1/sin45°=√2，B正确。 7. A 解析：光从内芯（光密）射向外套（光疏），临界角C=arcsin(n₂/n₁)=arcsin(1.48/1.52)，A正确。 8. B 解析：光纤通信的信号衰减主要来自材料吸收、散射，而非全反射损耗，全反射能减少泄漏，B错误；A、C、D均正确。 9. A 解析：介质折射率n=c/v=3×10⁸/2.2×10⁸≈1.36，临界角C=arcsin(1/1.36)≈48.8°，A正确。 10. C 解析：玻璃幕墙反光是镜面反射，与全反射无关，C正确；A、B、D均与全反射相关。 11. A 解析：玻璃临界角C=arcsin(1/1.5)≈41.8°，入射角42°＞41.8°，发生全反射，折射光线消失，反射光线强度增强，A正确。 12. B 解析：光学探头利用全反射，需满足光从光密介质射入光疏介质，且入射角≥临界角，B正确；A、C、D均不符合要求。 二、填空题（每空2分，共24分） 13. 光纤传输；全反射棱镜；光密；光疏 14. 内芯；外套；内芯；外套 15. 反射效率；改变方向；偏转 16. 介质；小 17. 损耗小；传输稳定（或抗干扰强） 18. 5/3≈1.67；1.8×10⁸ 解析：n=1/sin37°=1/0.6≈1.67，v=c/n=3×10⁸/(5/3)=1.8×10⁸m/s 三、简答题（每小题8分，共16分） 19. 解析：传输原理：光纤由内芯和外套组成，光信号从发射端射入内芯后，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，从而实现长距离稳定传输（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，无法实现信号的有效传输（4分）。 20. 解析：工作原理：激光准直仪的核心部件（如光纤或全反射棱镜）利用全反射原理，使激光束沿固定光路传播，激光具有方向性强的特点，通过接收反射回来的激光信号，可判断墙体是否竖直、路面是否平整（4分）。 其他应用：①建筑激光测距仪，利用全反射传输激光信号，精准测量两点间距离；②玻璃幕墙的全反射采光设计，通过特殊角度的玻璃使光线发生全反射，优化室内采光且减少光污染；③地下工程的激光导向，利用光纤全反射传输激光，为隧道挖掘提供精准导向（4分，答出2点即可）。 四、综合应用题（共24分） 21. 解析：（1）光在內芯中的传播速度v₁=c/n₁=3×10⁸/1.55≈1.94×10⁸m/s（3分）； （2）临界角C=arcsin(n₂/n₁)=arcsin(1.50/1.55)≈75.1°（3分）； （3）会发生全反射（2分）；理由：光信号的入射角55°＜临界角75.1°？修正：55°小于75.1°，不满足全反射条件？重新计算：n₁=1.55，n₂=1.50，C=arcsin(1.50/1.55)≈75.1°，入射角55°＜75.1°，不会发生全反射（修正理由：入射角小于临界角，不满足全反射条件，光会发生折射和反射，不会全反射）（4分）。 答：（1）约1.94×10⁸m/s；（2）约75.1°；（3）不会，理由见解析。 22. 解析：（1）临界角C=arcsin(1/n)=arcsin(1/1.6)≈38.7°（3分）； （2）光在介质中的传播速度v=c/n=3×10⁸/1.6≈1.875×10⁸m/s（3分）； （3）不会发生全反射（2分）；由折射定律sini/sinr=n，得sinr=sini/n=sin35°/1.6≈0.5736/1.6≈0.3585，折射角r≈20.9°（3分）； （4）发生全反射的最小入射角等于临界角，即至少为38.7°（3分）。 答：（1）约38.7°；（2）约1.875×10⁸m/s；（3）不会，折射角约20.9°；（4）至少38.7°。 学科网（北京）股份有限公司 $