4.2 全反射【分层作业】-【鼎力课堂】2025-2026学年高二上学期物理同步精编备课与分层练（人教版选择性必修第一册）

**基本信息** 分层设计清晰，从全反射条件及计算到实际应用，梯度递进，巩固物理观念与科学思维。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |全反射的条件及有关计算问题|全反射条件、折射率、临界角计算|以复色光折射、半圆形透明砖为模型，考查科学推理，如第1题判断光的种类，第2题计算临界角与传播时间| |全反射的实际应用|光导纤维、油量计、玻璃砖等情境应用|结合光导纤维（第4、11题）、油量计（第3题）等实际场景，体现科学探究，如第7题分析水面上升时发光区域变化，深化物理观念|

鼎力物理 https://shop.xkw.com/650102 选择性必修第一册(人教版) 第2节 全反射 （分层作业） 一、全反射的条件及有关计算问题 1．如图所示，红光与紫光组成的复色光束PO从水中射向空气，被分为OA和OB两束光，则（　　） A．光束OA为紫光，光束OB为红光 B．光束OA为红光，光束OB为紫光 C．光束OA为紫光，光束OB为复色光 D．光束OA为红光，光束OB为复色光 【答案】D 【详解】紫光折射率大于红光，根据可知，紫光的临界角更小，更易全反射。则OB为全反射光（紫光和红光的复色光），OA为折射光（红光）。 故选D。 2．物理实验小组在探究光的全反射现象时，取一块半径为R的半圆形透明砖平放在水平桌面上，O为圆心。已知光在该透明砖内的传播速度为，光在真空中的速度为c。实验中，让一束光从P点垂直于直边界面入射，光线在透明砖的圆弧面Q点处恰好发生了全反射。则下列说法正确的是（　　） A．透明砖的折射率为 B．光从透明砖到空气的临界角为 C．OP之间的距离为 D．光从P到Q的时间为 【答案】C 【详解】A．根据折射率定义 ​，已知 代入可得 ，A错误； B．全反射临界角满足公式 代入折射率可得 ，B错误； C．光线在点恰好全反射，入射角等于临界角， 由几何关系可得 因此 ，C正确； D．由几何关系得，光在透明砖中速度 因此传播时间 ，D错误。 故选 C。 二、全反射的实际应用 3．如图甲为一种检测油深度的油量计，油量计竖直固定在油桶内，当入射光竖直向下照射时，通过观察油桶上方的矩形窗口亮暗两个区域可确定油量。图乙是油量计结构图，它是一块锯齿形的透明塑料，锯齿形的底部是一个等腰直角三角形，最右边的锯齿刚接触到油桶的底部。已知透明塑料的折射率小于油的折射率，则下列说法正确的是（　　） A．透明塑料的折射率应小于 B．塑料锯齿和油的界面处发生全反射形成暗区 C．油量增加时，亮区范围变大 D．若入射光由红光换为绿光时，亮区范围不变 【答案】D 【详解】A．如图所示，光由上面射入塑料板中，在直角部分发生全反射时上面看起来才会明亮，光在从透明塑料板射向空气，此时发生全反射的条件是折射率 即透明塑料的折射率应大于，A错误。 B．光从塑料锯齿和油的界面处发生折射，光线射向油中，在矩形窗口形成暗区，B错误； C．油量增加时，被浸入到油中的塑料锯齿增多，则全反射光线减小，则亮区范围变小，C错误； D．若入射光由红光换为绿光时，不影响光线在界面处发生全反射，则亮区范围不变，D正确。 故选D。 4．光导纤维的结构如图甲所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光，光路如图乙所示。以下关于光导纤维的说法正确的是（　　） A．图甲中光导纤维的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 B．图甲中光导纤维的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折射 C．图乙中a光的折射率小，发生全反射的临界角大 D．图乙中b光的折射率大，发生全反射的临界角大 【答案】C 【详解】A．光导纤维利用全反射原理传输光，发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质，所以内芯的折射率应比外套的大，故A错误； B．光在内芯与外套的界面上发生的是全反射，不是折射，故B错误； CD．由图乙可知，a光的折射程度比b光小，根据折射率的相关知识，折射程度小的光折射率小。又根据全反射临界角公式（C为临界角，n为折射率） 可知折射率小的光，发生全反射的临界角大，所以a光折射率小，临界角大，故C正确，D错误。 故选C。 5．学校的光学兴趣社团开展了一项关于光的性质的探究活动。如图所示为半圆柱体玻璃砖的横截面，用一束由红光和紫光组成的复色光照射玻璃砖，复色光沿方向从空气中射向玻璃砖中心（是圆心），分别从、两位置射出红光和紫光，其中入射光线与法线的夹角为，红光和紫光与法线的夹角分别为、。已知光在空气中的传播速度为，下列说法正确的是（   ） A．紫光在玻璃砖中的折射率为 B．红光在玻璃砖中的折射率比紫光的大 C．红光在玻璃砖中的传播速度为 D．若光从玻璃砖的弧面沿半径方向入射，则在半圆圆心处红光更容易发生全反射 【答案】C 【详解】AB．由题意可知紫光在玻璃砖中的折射率为 红光在玻璃砖中的折射率为 可知红光在玻璃砖中的折射率比紫光的小，故AB错误； C．红光在玻璃砖中的传播速度为，故C正确； D．若光从玻璃砖的弧面沿半径方向入射，根据，由于红光在玻璃砖中的折射率比紫光的小，所以紫光发生全反射的临界角小于红光发生全反射的临界角，则在半圆圆心处紫光更容易发生全反射，故D错误。 故选C。 6．夜晚，景观水池中央底部的光源发出的光在水面形成一个发光圆，若水中点光源离水面的距离为1 m，在水面上观察到发光圆的半径为，已知真空中光速，下列说法正确的是（　　） A．景观水池中水的折射率为 B．光在该水中的传播速度为 C．该光从水面射出所用的最短时间为 D．降低水面的高度，水面上的透光面积会增大 【答案】C 【详解】A．根据题意可知点光源离水面的距离为1 m，水面发光圆的边缘是光刚好发生全反射的位置，此时入射角等于全反射临界角。由几何关系得 计算得 根据全反射临界角公式 得水的折射率，故A错误； B．光在水中的传播速度，故B错误； C．光竖直向上传播时路径最短，对应时间最短，最短时间，故C正确； D．透光圆半径，临界角为定值，降低水面高度即减小，减小，透光面积减小，故D错误。 故选C。 7．春节期间，小明将一盏橙色小彩灯安装在自家泳池底正中央，傍晚给泳池加水时，水面从没过小灯并继续上升。小明站在泳池边，观察到水面上升的过程中，水面上出现一个圆形的发光区域。下列说法正确的是（    ） A．发光区域透射出黄色光，其半径一直增大 B．发光区域透射出黄色光，其半径先增大后不变 C．发光区域透射出橙色光，其半径一直增大 D．发光区域透射出橙色光，其半径先增大后不变 【答案】D 【详解】AB．小彩灯为橙色，发出的是橙色光，透射出的光频率不变、颜色为橙色，不是黄色，故AB错误； CD．光从水射向空气，全反射临界角满足，为定值；设灯到水面的竖直深度为，发光区域边缘对应刚好发生全反射的光线，由几何关系得发光区域半径 水面上升过程中不断增大，在半径未到泳池边界之前，增大，当发光区域的边缘到达泳池边界后，其半径将保持不变。因此发光区域的半径先增大后不变。故C错误，D正确。 故选D。 8．如图所示，半径的轻质圆形薄木板漂浮在液体表面，一单色光点光源从薄木板圆心下方液面处竖直向下做匀速直线运动。速度大小，人在液面正上方任意位置均看不见点光源的最长时间为0.5s，则液体对该单色光的折射率为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】0.5s光源运动距离 此时入射角为临界角，根据几何关系 解得 故选D。 9．如图所示，半环形玻璃砖截面上，有一束绿光斜射到圆弧面上的点，入射光线与竖直方向的夹角为，折射光线CM刚好在竖直方向，C、D分别是弧长AB的三等分点和六等分点，光在真空中的传播速度为，则下列说法正确的是（　　） A．该玻璃砖的折射率 B．绿光在点不会发生全反射 C．绿光在该玻璃砖中的传播速度为 D．紫光在该玻璃砖中的传播速度比绿光大 【答案】C 【详解】 A．C是弧长AB的三等分点，，所以 根据折射率，A错误； B．D是弧长AB的六等分点，，所以 根据 可得，所以，能发生全反射，B错误； C．根据，可得，C正确； D．紫光的频率比绿光大，在该玻璃砖中的折射率大于绿光，根据可知，紫光在该玻璃砖中的传播速度比绿光小，D错误。 故选C。 10．单镜头反光相机简称单反相机，它用一块放置在镜头与感光部件之间的透明平面镜把来自镜头的图像投射到对焦屏上。对焦屏上的图像通过五棱镜的反射进入人眼中。如图为单反照相机取景器的示意图，ABCDE为五棱镜的一个截面，，光线垂直AB射入，分别在CD和EA上发生全反射，且两次反射的入射角相等，最后光线垂直BC射出，则该五棱镜折射率的最小值（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】设射入CD面上的入射角为，因为在CD和EA上发生全反射，且两次反射的入射角相等，如下图 根据集合关系有 解得 当光刚好在CD和AE面上发生全反射时，折射率最小，根据 解得最小折射率为 故BCD错误，A正确。 故选A。 11．光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，如图为光纤输入端的截面示意图，一束红光以入射角（可调）从一端轴心处射入，经多次全反射后从光纤另一端射出。已知光纤内芯材料的折射率为，外套的折射率为，该段光纤的总长为，真空中的光速为。则（　　）（从折射率的介质射向折射率的介质，发生全反射的临界角满足关系） A．光纤外套的折射率比内芯的大 B．当逐渐增大到时，光束通过光纤时将有能量散失 C．该光束无能量散失地通过这段光纤的最长时间为 D．若改用蓝光以相同的入射角射入，蓝光通过光纤的时间较红光短 【答案】C 【详解】A．光从内芯到外套满足光密介质到光疏介质，才能发生全反射，则光纤外套的折射率比内芯的小，故A错误； B．设光进入内芯的折射角为，根据折射定律有 光在内芯与外套的分界面发生全反射的临界角需满足 而全反射需要满足为 联立可得 则当逐渐增大到时，光束通过光纤时将发生全反射，此时仍无能量散失，故B错误； C．光进入内芯的折射角为，则光在光纤内的路程为 则越大，路程越长，而发生全反射需满足 则当取最大角时，路程最长为 光在内芯中的传播速度为 联立可得该光束无能量散失地通过这段光纤的最长时间为，故C正确； D．光在光纤中的传播时间为 无法确定蓝光和红光在内芯的时间长短，故D错误。 故选C。 12．如图所示是一光导纤维简化为一长直玻璃丝的示意图，玻璃丝足够长，为其端面，为使不管以多大入射角从端面射入的光都能从玻璃丝的另一端面射出，则玻璃丝的折射率n应满足（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】为使光能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，则光在光导纤维内发生全反射，光路图如图所示 根据折射定律有， 且有 联立解得 不管以多大入射角（）射入的光都能发生全反射，这意味着对于所有可能的θ值都必须成立。因此，我们需要取的最大值来确定n的最小值，即 故选B。 13．如图甲所示，一束单色光a沿半径方向射入半圆形玻璃砖，光线a与直径的夹角为，反射光线b的强度随夹角的变化关系如图乙所示。图丙是与图甲用同种材料制作的截面是等腰直角三角形的三棱镜，为嵌在三棱镜内部紧贴的上述单色可见光的线状光源，与三棱镜的面垂直，D位于线段的中点，图丁为其面的正视图。若只考虑由直接射向侧面的光线。以下结论正确的是（　　） A．该单色光的在玻璃砖中的全反射临界角为 B．该单色光的在该玻璃砖中的播速度为 C．光从面出射的区域占该侧面总面积的 D．若发出的单色光频率变小，面有光出射的区域面积将减小 【答案】C 【详解】A．根据反射光线b的强度随夹角的变化关系图知，时发生全反射，所以全反射临界角为此时的入射角 故A错误； B．由全反射临界角与折射率的关系 知，该单色光的折射率 根据 解得 故B错误； C．根据A项分析知，临界角为，即光线在面上入射角为范围内面有光出射 设，则由几何知识可知， 则光从面出射的区域占该侧面总面积的比例为，故C正确； D．由于频率越小，折射率越小，当光源发出的光的频率变小时，折射率也会变小，导致临界角增大，出射光线区域的面积将增大，故D错误。 故选C。 14．如图所示，一束红、蓝复色光从AB面射入长方体玻璃砖，出射光线被分成a、b两束，以下说法正确的是（　　） A．a光折射率大于b光 B．a光为蓝光 C．a光在玻璃砖中的传播速度大于b光 D．若增大复色光的入射角，b光最先在CD面发生全反射 【答案】C 【详解】AB．画出完整的光路图，如图所示 由图可知，两条光线的入射角相同，但的折射角更大，根据光的折射定律 可得折射率，所以a为红光，故AB错误； C．在玻璃砖内，传播速度 故，故C正确。 D．根据对称性和光路的可逆性可知，两单色光在玻璃下表面射出的光均平行于上表面入射的复色光，故增大复色光的入射角，红、蓝光都不可能在CD面中发生全反射，故D错误。 故选C。 15．真空中一正三棱柱形透明体，其横截面如图所示。，透明体中心有一半径为的球形真空区域，一束平行单色光垂直面射向透明体。已知透明体对该单色光的折射率为，光在真空中的传播速度为，不考虑二次反射。则对上述情景下列说法正确的是（　　） A．该单色光在透明体内传播速度为 B．从点射入的光线，在面上不会发生全反射 C．光线从点射入，穿过透明体的时间为 D．为使光线不能从面直接射入中间的球形真空区域，则须在透明体面贴上面积至少为的不透明纸 【答案】D 【详解】A．根据题意，由公式可得，该单色光在透明体内传播速度为 故A错误； BC．根据题意，由折射定律画出从点射入的光线的光路图，如图所示 由公式可得，光在透明体内临界角的正弦值为 解得 由几何关系可知，光在面的入射角为大于临界角，则在面上发生全反射，由几何关系可得 则光线从点射入，穿过透明体的时间为 故BC错误； D．从真空球上G和G′处射入的光线刚好在此处发生全反射，如图所示 而这两条光线之间射入的光线，其入射角均小于45°，将会射入真空区域，所以只要将这些区域间用不透明纸遮住就可以了，显然在透明体AB上，被遮挡区至少是个圆形，其半径为，由几何知识可知 则须在透明体面贴上不透明纸的面积至少为 故D正确。 故选D。 16．如图所示，图中阴影部分ABC为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面，AC为一半径为R的圆弧，D为圆弧面圆心，ABCD构成正方形，在D处有一点光源。若只考虑首次从圆弧 AC直接射向AB、BC的光线，从点光源射入圆弧AC的光中，有一部分不能从AB、BC面直接射出（不考虑顶点B），已知这部分光照射圆弧AC的弧长为，光在真空中传播速度为c。则（　　） A．该材料的折射率 B．光以的入射角从该材料射向空气时，不可以在界面发生全反射 C．直接从AB，BC面射出的光线中，在此光学元件中传播的最长时间 D．直接从AB、BC面射出的光线中，在此光学元件中传播的最长时间 【答案】C 【详解】A．已知这部分光照射圆弧AC的弧长为，设所对应的圆心角为α，则可得 根据几何知识，全反射的临界角为 根据全反射条件 解得n=2，故A错误； B．因为，所以可以发生全反射，故B错误； CD．如图所示 直接从AB、BC面射出的光线中，在此光学元件中传播的最长路径的长度 光在此光学元件中传播的速度 光在此光学元件中传播的最长时间 解得，故C正确，D错误。 故选C。 第 1 页 共 2 页 学科网（北京）股份有限公司 $鼎力物理 https://shop.xkw.com/650102 选择性必修第一册(人教版) 第2节 全反射 （分层作业） 一、全反射的条件及有关计算问题 1．如图所示，红光与紫光组成的复色光束PO从水中射向空气，被分为OA和OB两束光，则（　　） A．光束OA为紫光，光束OB为红光 B．光束OA为红光，光束OB为紫光 C．光束OA为紫光，光束OB为复色光 D．光束OA为红光，光束OB为复色光 2．物理实验小组在探究光的全反射现象时，取一块半径为R的半圆形透明砖平放在水平桌面上，O为圆心。已知光在该透明砖内的传播速度为，光在真空中的速度为c。实验中，让一束光从P点垂直于直边界面入射，光线在透明砖的圆弧面Q点处恰好发生了全反射。则下列说法正确的是（　　） A．透明砖的折射率为 B．光从透明砖到空气的临界角为 C．OP之间的距离为 D．光从P到Q的时间为 二、全反射的实际应用 3．如图甲为一种检测油深度的油量计，油量计竖直固定在油桶内，当入射光竖直向下照射时，通过观察油桶上方的矩形窗口亮暗两个区域可确定油量。图乙是油量计结构图，它是一块锯齿形的透明塑料，锯齿形的底部是一个等腰直角三角形，最右边的锯齿刚接触到油桶的底部。已知透明塑料的折射率小于油的折射率，则下列说法正确的是（　　） A．透明塑料的折射率应小于 B．塑料锯齿和油的界面处发生全反射形成暗区 C．油量增加时，亮区范围变大 D．若入射光由红光换为绿光时，亮区范围不变 4．光导纤维的结构如图甲所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光，光路如图乙所示。以下关于光导纤维的说法正确的是（　　） A．图甲中光导纤维的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 B．图甲中光导纤维的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折射 C．图乙中a光的折射率小，发生全反射的临界角大 D．图乙中b光的折射率大，发生全反射的临界角大 5．学校的光学兴趣社团开展了一项关于光的性质的探究活动。如图所示为半圆柱体玻璃砖的横截面，用一束由红光和紫光组成的复色光照射玻璃砖，复色光沿方向从空气中射向玻璃砖中心（是圆心），分别从、两位置射出红光和紫光，其中入射光线与法线的夹角为，红光和紫光与法线的夹角分别为、。已知光在空气中的传播速度为，下列说法正确的是（   ） A．紫光在玻璃砖中的折射率为 B．红光在玻璃砖中的折射率比紫光的大 C．红光在玻璃砖中的传播速度为 D．若光从玻璃砖的弧面沿半径方向入射，则在半圆圆心处红光更容易发生全反射 6．夜晚，景观水池中央底部的光源发出的光在水面形成一个发光圆，若水中点光源离水面的距离为1 m，在水面上观察到发光圆的半径为，已知真空中光速，下列说法正确的是（　　） A．景观水池中水的折射率为 B．光在该水中的传播速度为 C．该光从水面射出所用的最短时间为 D．降低水面的高度，水面上的透光面积会增大 7．春节期间，小明将一盏橙色小彩灯安装在自家泳池底正中央，傍晚给泳池加水时，水面从没过小灯并继续上升。小明站在泳池边，观察到水面上升的过程中，水面上出现一个圆形的发光区域。下列说法正确的是（    ） A．发光区域透射出黄色光，其半径一直增大 B．发光区域透射出黄色光，其半径先增大后不变 C．发光区域透射出橙色光，其半径一直增大 D．发光区域透射出橙色光，其半径先增大后不变 8．如图所示，半径的轻质圆形薄木板漂浮在液体表面，一单色光点光源从薄木板圆心下方液面处竖直向下做匀速直线运动。速度大小，人在液面正上方任意位置均看不见点光源的最长时间为0.5s，则液体对该单色光的折射率为（　　） A． B． C． D． 9．如图所示，半环形玻璃砖截面上，有一束绿光斜射到圆弧面上的点，入射光线与竖直方向的夹角为，折射光线CM刚好在竖直方向，C、D分别是弧长AB的三等分点和六等分点，光在真空中的传播速度为，则下列说法正确的是（　　） A．该玻璃砖的折射率 B．绿光在点不会发生全反射 C．绿光在该玻璃砖中的传播速度为 D．紫光在该玻璃砖中的传播速度比绿光大 10．单镜头反光相机简称单反相机，它用一块放置在镜头与感光部件之间的透明平面镜把来自镜头的图像投射到对焦屏上。对焦屏上的图像通过五棱镜的反射进入人眼中。如图为单反照相机取景器的示意图，ABCDE为五棱镜的一个截面，，光线垂直AB射入，分别在CD和EA上发生全反射，且两次反射的入射角相等，最后光线垂直BC射出，则该五棱镜折射率的最小值（　　） A． B． C． D． 11．光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，如图为光纤输入端的截面示意图，一束红光以入射角（可调）从一端轴心处射入，经多次全反射后从光纤另一端射出。已知光纤内芯材料的折射率为，外套的折射率为，该段光纤的总长为，真空中的光速为。则（　　）（从折射率的介质射向折射率的介质，发生全反射的临界角满足关系） A．光纤外套的折射率比内芯的大 B．当逐渐增大到时，光束通过光纤时将有能量散失 C．该光束无能量散失地通过这段光纤的最长时间为 D．若改用蓝光以相同的入射角射入，蓝光通过光纤的时间较红光短 12．如图所示是一光导纤维简化为一长直玻璃丝的示意图，玻璃丝足够长，为其端面，为使不管以多大入射角从端面射入的光都能从玻璃丝的另一端面射出，则玻璃丝的折射率n应满足（　　） A． B． C． D． 13．如图甲所示，一束单色光a沿半径方向射入半圆形玻璃砖，光线a与直径的夹角为，反射光线b的强度随夹角的变化关系如图乙所示。图丙是与图甲用同种材料制作的截面是等腰直角三角形的三棱镜，为嵌在三棱镜内部紧贴的上述单色可见光的线状光源，与三棱镜的面垂直，D位于线段的中点，图丁为其面的正视图。若只考虑由直接射向侧面的光线。以下结论正确的是（　　） A．该单色光的在玻璃砖中的全反射临界角为 B．该单色光的在该玻璃砖中的播速度为 C．光从面出射的区域占该侧面总面积的 D．若发出的单色光频率变小，面有光出射的区域面积将减小 14．如图所示，一束红、蓝复色光从AB面射入长方体玻璃砖，出射光线被分成a、b两束，以下说法正确的是（　　） A．a光折射率大于b光 B．a光为蓝光 C．a光在玻璃砖中的传播速度大于b光 D．若增大复色光的入射角，b光最先在CD面发生全反射 15．真空中一正三棱柱形透明体，其横截面如图所示。，透明体中心有一半径为的球形真空区域，一束平行单色光垂直面射向透明体。已知透明体对该单色光的折射率为，光在真空中的传播速度为，不考虑二次反射。则对上述情景下列说法正确的是（　　） A．该单色光在透明体内传播速度为 B．从点射入的光线，在面上不会发生全反射 C．光线从点射入，穿过透明体的时间为 D．为使光线不能从面直接射入中间的球形真空区域，则须在透明体面贴上面积至少为的不透明纸 16．如图所示，图中阴影部分ABC为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面，AC为一半径为R的圆弧，D为圆弧面圆心，ABCD构成正方形，在D处有一点光源。若只考虑首次从圆弧 AC直接射向AB、BC的光线，从点光源射入圆弧AC的光中，有一部分不能从AB、BC面直接射出（不考虑顶点B），已知这部分光照射圆弧AC的弧长为，光在真空中传播速度为c。则（　　） A．该材料的折射率 B．光以的入射角从该材料射向空气时，不可以在界面发生全反射 C．直接从AB，BC面射出的光线中，在此光学元件中传播的最长时间 D．直接从AB、BC面射出的光线中，在此光学元件中传播的最长时间 第 1 页 共 2 页 学科网（北京）股份有限公司 $