第4章 第3节 光的全反射 第4节 光导纤维及其应用-课后达标检测-【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第一册教用课件(鲁科版)

第3节　第4节　课后 达标检测 题组1　全反射现象 1．(多选)下列说法正确的是(　　) A．因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质 B．因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质 C．同一束光，在光密介质中的传播速度较大 D．同一束光，在光密介质中的传播速度较小 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 2．某种透明液体的折射率为2，关于全反射，下列说法正确的是(　　) A．光从空气进入该液体时临界角为30° B．光从空气进入该液体时临界角为60° C．光从该液体进入空气时临界角为30° D．光从该液体进入空气时临界角为60° √ 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 3.(2024·广东茂名统考期末)庄子与惠子游于濠梁之上。庄子曰：“鯈鱼出游从容，是鱼之乐也。”人在桥上观鱼(　　) A．人能看到鱼，鱼不能看到人 B．人看到的鱼是经反射所成的像 C．鱼看到的人的位置比人的实际位置低 D．人看到的鱼的位置比鱼的实际位置高 √ 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 解析：鱼在水中，鱼作为等效光源，是从光密介质进入光疏介质，能够发生全反射，因此，人可能看不到鱼，而人在空气中，人作为等效光源，是从光疏介质进入光密介质，不能够发生全反射，因此，鱼能看到人，A错误； 人看到的鱼是经光的折射所成的像，B错误； 人在空气中，人作为等效光源，入射角大于折射角，鱼沿折射光线的反向延长线看人，鱼看到的人的位置比人的实际位置高，同理，人看到的鱼的位置比鱼的实际位置高，C错误，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 4．如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形玻璃缸底有一发光小球，则(　　) A．小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球 B．小球所发的光能从水面任何区域射出 C．小球所发的光从水中进入空气不会发生全反射 D．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大 √ 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 解析：只要发光小球在缸底发出的光能从侧面发生折射，就可以从侧面看到发光小球，故A错误； 发光小球由水中射向水面的光，存在一个全反射临界角，当入射角大于等于全反射临界角时，不能从水面射出，故B、C错误； 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 题组2　全反射问题的计算 5．(多选)(2024·西北工业大学附中期中)如图所示的是一个质量分布均匀的有机玻璃圆柱的横截面，O点为圆心，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1.6 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，此单色光在其中传播的最短时间为1×10－3 s √ √ 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 √ 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 √ 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 解析：由n sin C＝1，可得单色光在该透明介质中发生全反射的临界角为45°，由几何关系知，在bc边入射时的入射角为60°>45°，发生了全反射，在ab边入射时的入射角为30°，有n sin 30°＝sin θ，解得θ＝45°。 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 题组3　全反射棱镜和光导纤维 8．(2023·内蒙古包头高二期末)自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，虽然它本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开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，下面说法正确的是(　　) 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 √ 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 解析：从题图中取一个凸起并作出一条光路如图所示。由图可知，每一部分相当于一块全反射棱镜，要想让后面的司机看到反射光，光只能从右侧(直边)射入，经过尾灯左表面反射回去，故C正确，A、B、D错误。 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 √ 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 10.(2024·河北滦州二中期中)如图所示的是一个折射率为n的透明介质做成的四棱柱的横截面图，其中∠A＝∠C＝90°，∠B＝60°。现有一条光线从AB面上图示位置垂直入射到棱镜内，若光线恰好在BC边发生全反射后，从CD边射出。 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 (1)画出光路图(不考虑光线入射AB、CD界面时的反射光线)。 解析：光路图如图所示。 答案：图见解析　 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 (2)求该透明介质的折射率n。 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 (3)求光线射出棱镜时折射角的正弦值。 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 11．(2024·广东湛江统考期末)有一种用于电子显示屏的发光二极管，如图所示，其管芯的发光区域AB是直径为1.5R的圆面，O为圆心，发光二极管中半球体均匀介质的半径为R，P为O点正上方球面上的一点。若光从A点发射恰好在半球体介质发生一次全反射，最后从B点射出，已知光在真空中的传播速度为c，求： 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 (1)半球体介质的折射率n； 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 (2)光在半球体介质中传播的时间t。 2 3 4 5 6 7 8 1 10 11 9 课后 达标检测 解析：因为水的折射率为1.33，酒精的折射率为1.36，所以水对酒精来说是光疏介质；由v＝ eq \f(c,n) 可知，光在光密介质中的传播速度较小。 解析：根据发生全反射的条件，必须是光由光密介质射向光疏介质，即光由该液体进入空气，临界角sin C＝ eq \f(1,n) ＝ eq \f(1,2) ，则∠C＝30°。 由n＝ eq \f(c,v) ，而n>1，则c>v，故D正确。 解析：一束单色光沿AB方向射入，入射角θ1＝180°－127°＝53°，折射角θ2＝ eq \f(180°－120°,2) ＝30°，光在该有机玻璃中的折射率n＝ eq \f(sin θ1,sin θ2) ＝1.6，故B正确； 光在该有机玻璃中传播速度v＝ eq \f(c,n) ＝ eq \f(3×108,1.6) m/s＝1.875×108 m/s，故A正确； 当光与光导纤维平行时，传播时间最短，此单色光在其中传播的最短时间t＝ eq \f(L,v) ＝ eq \f(300×103,1.875×108) s＝1.6×10－3s，故D错误。 光在该有机玻璃中发生全反射的临界角有sin C＝ eq \f(1,n) ＝ eq \f(5,8) ＜sin 53°，则光在该有机玻璃中发生全反射的临界角不是53°，故C错误； 6.(2023·湖南衡阳期末)某物理老师看书用的一个镇纸(压纸用的)是用玻璃做成的，其横截面是一个如图所示的直角三角形，其中∠C＝30°。同学们好奇，于是用它做了一个光学实验：在镇纸的AC边上用黑墨迹标记了一个O点，然后让一束单色光从O点斜射入镇纸内，当入射光与AC边的夹角为45°时，光线进入镇纸后能到达BC边上的某处，且没有光从BC边射出，光线经BC反射后又垂直于AB边射出，则镇纸对该单色光的折射率为(　　) A． eq \r(3) 　　　　　　　　 B． eq \r(2) C．1.5 D． eq \f(\r(6),2) 解析：根据题意，光路图如图所示，由几何关系可得，光线在O点斜射入镇纸内的折射角θ＝180°－90°－2×30°＝30°，故镇纸对该单色光的折射率n＝ eq \f(sin 45°,sin 30°) ＝ eq \r(2) ，B正确，A、C、D错误。 7.(2023·河北武安三中期末)如图所示，真空中折射率为 eq \r(2) 的某种透明介质的截面是直角三角形abc，be垂直ac于e，α＝60°。一束单色光从ac边上ce之间的d点垂直射入透明介质，则该束单色光第一次射出透明介质时的出射角为(　　) A．30° B．45° C．60° D．75° 9．如图甲所示，光纤通信是利用激光在光导纤维中不断发生全反射向前传播的。如图乙所示，将一激光以入射角θ从P点入射，经过折射后恰好在界面的Q点发生全反射，则此介质的折射率为(　　) A． eq \r(1＋sin2θ) B． eq \r(1＋cos2θ) C． eq \r(1＋sin 2θ) D． eq \r(1＋cos 2θ) 解析：激光以入射角θ从P点入射，经过折射后恰好在界面的Q点发生全反射，设在P点所形成的折射角的大小为α，则在Q点的入射角为 eq \f(π,2) －α，可得n＝ eq \f(sin θ,sin α) ＝ eq \f(1,sin \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)－α))) ，即 eq \f(sin θ,sin α) ＝ eq \f(1,cos α) ，解得sin θ＝tan α，将cos2α＋sin2α＝1代入得n＝ eq \r(1＋sin2θ) 。 解析：根据几何关系φ＝60° 则该透明介质的折射率n＝ eq \f(1,sin φ) ＝ eq \f(2\r(3),3) 。 答案： eq \f(2\r(3),3) 　 解析：根据几何关系β＝30°，根据n＝ eq \f(sin θ1,sin β) 得 光线射出棱镜时折射角的正弦值sin θ1＝ eq \f(\r(3),3) 。 答案： eq \f(\r(3),3) 解析：作出光在半球体介质中的光路图如图所示，由图及几何关系可知tan C＝ eq \f(0.75R,R) ＝0.75，由全反射公式有sin C＝ eq \f(1,n) ，解得半球体介质的折射率n＝ eq \f(5,3) 。 答案： eq \f(5,3) 　 解析：光在介质中的传播速度v＝ eq \f(c,n) ，则光在半球体介质中传播的时间t＝ eq \f(2R,v cos C) ，解得t＝ eq \f(25R,6c) 。 答案： eq \f(25R,6c) $