4.2 全反射 分层作业-2025-2026学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

**基本信息** 高中物理新授课同步练，聚焦“全反射”知识点，通过A/B/C三层设计实现从基础概念到复杂模型的递进，强化物理观念与科学思维。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |A层|全反射条件、折射率计算等基础概念|以光纤、硬币消失等生活情境命题，选择+计算结合，巩固物理观念| |B层|实验操作（插针法）、复色光折射等综合应用|通过半圆柱体、垂钓场景等模型，训练科学推理与探究能力| |C层|三棱镜、复合玻璃砖等复杂光学模型|需几何关系建构与临界角分析，提升模型建构与质疑创新素养|

4.2 全反射 分层作业 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ A层 1．曾获诺贝尔物理学奖的华裔科学家高锟被誉为“光纤之父”。如图是光在纤芯中传播的示意图，光纤的内芯和外套材料不同。下列说法正确的是（　　） A．光从空气进入光纤内芯后，频率变大 B．光从空气进入光纤内芯后，其波长变大 C．内芯的折射率比外套的折射率大 D．光从内芯射向外套时一定能发生全反射 2．在“消失的硬币”实验中，将盛满水的玻璃杯压在硬币上，从杯壁外往内看硬币“消失”，从杯口向下俯视却能看到硬币，已知玻璃杯的折射率大于水的折射率，造成杯壁视角下硬币“消失”的主要原因是（　　） A．光的直线传播路径被玻璃杯阻断 B．硬币反射的光在杯壁处发生全反射 C．硬币反射的光在杯底部发生全反射 D．硬币反射的光在杯壁处发生干涉 3．（多选）如图所示，真空中一透明介质的截面为边长为L的菱形ABCD，其中。一束单色光从真空垂直于AB边射入透明介质，恰好射到AD边的中点并发生全反射，已知单色光在真空中的速度为c，不考虑光的二次反射，下列说法正确的是（　　） A．单色光将从CD边射出 B．单色光将从BC边射出 C．透明介质的折射率为 D．单色光在透明介质中传播的时间为 4．（多选）如图所示，是一横截面为半圆形的长玻璃半圆柱体的截面图，一束光垂直半圆柱体侧面正对圆心O入射，沿OA方向从直径面射出，则下列说法正确的是（   ） A．玻璃半圆柱体的折射率为 B．玻璃半圆柱体的折射率为 C．当入射光BO绕O点顺时针转动到D的过程中，光线OA会在坐标系的第Ⅲ象限消失 D．当入射光BO绕O点逆时针转动到C的过程中，光线OA会在坐标系的第Ⅲ象限消失 5．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距离为1m，在水面上观察到发光圆的半径为，已知真空中光速，求： (1)水的折射率n； (2)光在水中传播的速度v。 6．如图所示，圆O为某水晶球的纵截面图，MN是通过该水晶球球心O的一条直线，C点是圆周上的一点。一束单色光AB沿平行于MN的方向从B点射入球体，光线从C点射出，已知，，水晶球的半径为R，光在真空中的速度为c。求： (1)光在该水晶球中的传播速度 (2)此单色光在水晶球内传播的时间； B层 7．用“插针法”测平行玻璃砖折射率时，光路与操作如图所示。下列说法正确的是（　　） A．增大入射角i，光线在bb′面的入射角会增大，可能发生全反射 B．选取的大头针P1、P2间距过小，会导致确定入射光线的误差增大 C．误将bb′画在cc′位置（cc′∥bb′），测得的折射率与真实值相比偏大 D．玻璃砖沿界面平行方向平移，最终测得的折射率与真实值相比偏小 8．（多选）如图所示为一个透明材质半圆柱体的横截面，为直径，一束由、两种单色光组成的复色光由真空从所在平面上的点射入半圆柱体后分成、两种单色光，光射至圆心正下方的点、光射至点，不考虑光在半圆柱体中的反射，下列说法正确的是（　　） A．、两种单色光在半圆柱体中的波长 B．、两种单色光在半圆柱体中的传播时间 C．、两种单色光在半圆柱体中的传播时间 D．、两种单色光在、点均不会发生全反射 9．如图所示，平静的湖面岸边有一人在垂钓，眼睛恰好位于岸边P点正上方处，浮标Q离P点，鱼饵灯M在浮标正前方处水面正下方，垂钓者发现鱼饵灯刚好被浮标挡住，已知水的折射率。求： (1)此时鱼饵灯M离水面的深度； (2)若鱼饵灯M缓慢竖直上浮，当鱼饵灯发出的光恰好无法从水面间射出时，求它离水面的深度（最后结果可用根式表示）。 C层 10．如图1所示，三块同质有机玻璃板甲、乙、丙，拼接形成两层同心圆弧空气膜。现让一束激光从P点射入，并在空气膜Q处注入一滴油，呈现图2所示的光路（其中、为相应光线的入射角）。已知空气折射率为1，光在空气中的传播速度为c。下列说法正确的是（　　） A．有机玻璃的折射率 B．光在有机玻璃中的传播速度 C．有机玻璃的折射率一定小于油的折射率 D．若在R处注入同种油滴，光线不会从R处进入乙 11．（多选）如图所示，截面为等腰直角三角形的三棱镜。DE为嵌在三棱镜内部紧贴面的线状单色可见光光源，其与三棱镜的ABC面垂直，D位于线段BC的中点。三棱镜对该单色光的折射率为，只考虑由DE直接射向各界面的光线。下列说法正确的是（　　） A．光从面出射的区域面积为 B．光从面出射的区域面积为 C．光从ABC面出射的区域面积为 D．若DE发出的单色光频率变小，各面有光出射的区域面积将减小 12．如图所示为一玻璃砖的横截面，其中OAB是半径为R的扇形，，OBD为等腰直角三角形。一束光线从距O点的P点垂直于OD边射入，光线恰好在BD边上发生全反射，最后由AB边射出。已知光在真空中的传播速度为c，求： (1)玻璃砖对该光线的折射率； (2)光在玻璃砖中传播的时间和从AB边射出时的折射角。 《 4.2 全反射 分层作业》参考答案 题号 1 2 3 4 7 8 10 11 答案 C B BCD BCD B AD A BC 1．C 【详解】A．光从空气进入光纤内芯后，波长和波速会发生变化，但频率不变，故A错误； C．光在内芯和外套的界面上发生全反射，所以内芯是光密介质，外套是光疏介质，即光纤内芯的折射率比外套的大，故C正确； B．根据可知光在光纤内芯中传播的速度小，根据可知波长变短，故B错误； D．全反射的条件除了光从光密介质射向光疏介质外，还需要入射角大于等于临界角，所以光从内芯射向外套时不一定能发生全反射，故D错误。 故选C。 2．B 【详解】A．玻璃杯是透明的，光线可以透过，不能阻断， A错误； B．从杯壁外往内看时，硬币反射的光线需要依次穿过水、玻璃，最后从玻璃射入空气中才能被人眼看到。光线从玻璃（光密介质）射向空气（光疏介质）时，由于观察角度的原因，入射角可能大于临界角，从而发生全反射。光线被反射回玻璃杯内，无法进入人眼，因此看起来硬币就“消失”了，B正确； C．如果光在杯底部发生全反射，那么光线将无法进入杯中的水中。这样的话，无论从哪个角度（包括从杯口向下俯视），都应该看不到硬币。这与题干中“从杯口向下俯视却能看到硬币”的现象相矛盾，C错误； D．硬币“消失”是光线传播路径改变导致的现象，属于几何光学范畴，与光的干涉无关，D错误。 故选B。 3．BCD 【详解】AB．光路如图所示 根据几何关系可知，单色光在AD边的入射角 在CD边的入射角仍为 所以单色光不能从CD边射出，单色光将从BC边射出，故A错误，B正确； C．因为在O点发生全反射，则有 解得，故C正确； D．由几何关系知，，则 光传播的距离为 光在介质中的速度为 单色光在透明介质中传播的时间为 解得，故D正确。 故选BCD。 4．BCD 【详解】AB．玻璃半圆柱体的折射率为，B正确，A错误； CD．当入射光BO绕O点顺时针转动到D的过程中，光从光密介质进入光疏介质，只要入射角大于临界角，光线OA就会在坐标系的第Ⅲ象限消失而从第Ⅱ象限射出。而当入射光BO绕O点逆时针转动到C的过程中，光线转到第Ⅱ象限时，光线OA也会在坐标系的第Ⅲ象限消失，而从第Ⅳ象限折射出来直到最后发生全反射从第Ⅰ象限射出，CD正确。 故选BCD。 5．(1) (2) 【详解】（1）光从水中射向空气，当入射角达到某一角度时，发生全反射，如图所示 由几何关系可以得到此时入射角满足 由全反射条件， 解得 （2）光在水中传播的速度 解得 6．(1) (2) 【详解】（1）如图所示，根据几何知识知入射角，折射角 根据折射定律 得水晶球的折射率 根据 得光在该水晶球中的传播速度为 （2）该单色光的临界角，传播到C点时的入射角，根据数学知识可知，故该单色光从C点射出 根据几何知识可得，光在水晶球中传播的距离为 则此单色光在水晶球内传播所用的时间 7．B 【详解】A．光线在面的入射角等于在面的折射角 。根据折射定律 有 因为（i=90°射入时 不能进入玻璃内部） 所以（为临界角） 即 光线在面的入射角总是小于临界角，不可能发生全反射，故A错误； B．插针法是通过两枚大头针确定一条直线。若、间距过小，由于大头针的粗细及视觉误差，确定入射光线方向时的角度误差会增大（为间距） 导致实验误差增大，故B正确； C．实验所得的折射光线为2，而实际的折射光线为1，如图所示 即测得的折射率偏小，故C错误； D．玻璃砖沿界面平行方向平移（无论是左右平移还是上下平移），只要玻璃砖厚度不变，入射角不变，则折射角不变，出射光线相对于入射光线的侧移量不变。由于入射光线由确定不变，故出射光线的位置也不变。作图时使用的界面位置固定，因此测得的入射角和折射角均不变，折射率测量值不变，故D错误。 故选B。 8．AD 【详解】A．由题图可看出，单色光在半圆柱体中的折射角较大，根据折射定律可知，单色光的折射率较小，其波长较长，故A正确； BC．设、两种单色光在半圆柱体中的折射角分别为、，复色光在真空中的入射角为，根据折射定律有， 解得， 、两种单色光在半圆柱体中的传播距离分别为， 、两种单色光在半圆柱体中的传播时间分别为，，故，B错误，C错误； D．由题图可看出，光由真空射入半圆柱体时的折射角，根据折射定律有， 解得，、两种单色光的临界角 由题图可看出，、两种单色光由半圆柱体射入真空时的入射角 联立解得，，故、两种单色光在、点均不会发生全反射，D正确。 故选AD。 9．(1)； (2) 【详解】（1 ）设入射角、折射角分别为i、r，鱼饵灯离水面的深度为 则有， 根据光的折射定律有 联立方程并代入数据解得 （2 ）当鱼饵灯离水面深度为时，水面间恰好无光射出，此时鱼饵灯与浮标的连线和竖直方向夹角恰好为临界角C 则有 由几何知识有 联立方程并代入数据解得 10．A 【详解】A．光线在外层空气膜发生全反射，则 即有机玻璃的折射率，A正确； B．光线在内层空气膜发生全反射，则， 可得光在有机玻璃中的传播速度，B错误； CD．在空气膜Q处注入一滴油后，光线能通过油膜界面，不再发生全反射，则此时临界角 则此时有机玻璃的折射率可能大于油的折射率，若在R处注入同种油滴，光线同样可沿直线通过油膜界面，光线会从R处进入乙，则CD错误。 故选A。 11．BC 【详解】AB．设全反射临界角，由于，可知，从竖直向上发出的光，刚好在平面发生全反射，光从面出射的区域面积为 从平行于平面发出的光，刚好在平面发生全反射，光从面出射的区域面积为，故B正确；故A错误； C．以为圆心，临界角为边界，可出射的区域由两部分组成：圆心角为 、半径为的扇形，面积为；底为、高为 的直角三角形，面积为 ，总面积，故C 正确； D．光的频率变小，折射率 减小，临界角 增大，全反射更难发生，出射区域面积将增大。故D错误。 故选BC 。 12．(1) (2)， 【详解】（1）作出光路图，如图所示 由几何关系知 又光线恰好发生全反射，所以为临界角C，根据 解得 （2）由几何关系知，边与边平行，光线在边上也恰好发生全反射，则有 因此 则， 因此光在玻璃砖中传播的路程 光在玻璃砖中传播的时间 解得 由几何关系可知光在AB边的入射角为，根据折射定律可得 解得光从AB边射出时的折射角为 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $