4.2 全反射 同步练 -2026-2027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，通过三级分层设计，以生活实例、模型应用到实际问题解决的路径，巩固全反射概念及应用，培养物理观念与科学思维。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础过关练|全反射条件、临界角、光导纤维等基础概念|10道选择，结合海市蜃楼、自行车尾灯等生活情境，强化物理观念| |能力提升练|三棱镜、光导纤维传播、半球形玻璃砖等综合模型|7道选择/多选，需几何关系与折射定律结合，突出科学推理| |培优拓展练|球形气泡、泳池照明等实际问题计算|3道计算题，综合应用全反射与折射规律，体现科学探究与问题解决|

4.2 全反射 同步练 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 基础过关练 1．日常生活和科技中蕴含光物理知识，下列说法错误的是（　　） A．海市蜃楼产生的原因是由于海面上上层空气的折射率比下层空气折射率大 B．光导纤维是利用了光的全反射原理，其内芯采用光密介质，外套采用光疏介质 C．自行车后尾灯本身并不发光，但夜晚在灯光的照射下会显得特别明亮，是利用了全反射棱镜对光的全反射而看上去发光 D．水中的气泡看起来特别明亮是因为一部分光在界面发生了全反射的缘故 2．如图所示，一束由两种频率不同的单色光组成的复色光从空气射入一平行玻璃砖后，变为、两束单色光，并从玻璃砖下表面、点射出。则下列说法正确的是（　　） A．在真空中，光的波长大于光 B．光的频率小于光 C．在玻璃砖中，光的传播速度小于光 D．若增大入射角，则单色光可能会在界面发生全反射 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．北宋沈括在《梦溪笔谈》中有一段记录：“鼓其应弦，纸人跃，它弦即不动”，意思是拨动其中特定的一根弦，纸人会跳动，但弹奏其他弦，纸人却不动，下列情境中与此现象相同的是（    ） A．工厂中机器开动引起厂房的振动 B．绕正在发音的音叉走一圈，可以听到忽强忽弱的声音 C．用光导纤维传送图像信息 D．火车向人驶来，人感到笛声的音调变高 5．如图所示，一个三棱镜的截面为等腰直角三角形ABD，∠A为直角。此截面所在平面内的光线沿平行于BD边的方向射到AB边，进入棱镜后直接射到AD边上，并刚好能发生全反射。该棱镜材料的折射率为（    ） A． B． C． D． 6．如图所示，同种色光以相同的入射角从空气射入三种折射率不同的平行玻璃砖中，已知平行玻璃砖的大小相同，入射点在玻璃砖上的位置相同，则 A．①玻璃砖对该种色光的折射率最大 B．光线在③玻璃砖中的传播速度最大 C．入射光线都能从三块玻璃砖的下表面射出 D．只要增大入射角，其中一块玻璃砖的下表面肯定会发生全反射 7．导光管采光系统是一套采集天然光，并经管道传输到室内的采光系统，如图为过装置中心轴线的截面。上面部分是收集阳光的半径为R的某种均匀透明材料的半球形采光球，O为球心，下面部分是内侧涂有反光涂层的导光管，MN为两部分的分界面，M、N为球面两点。若一束平行MN且与MN相距的细光束从空气入射到采光球表面时，经折射绿光恰好照射到N点。则（　　） A．绿光在采光球中的传播速度为 B．红光一定能从N点上方射出 C．紫光有可能直接折射经过O点 D．要使光束在导光管中发生全反射，涂层折射率应小于管壁折射率 8．如图所示，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为，已知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行。此玻璃的折射率为（　　） A． B．1.5 C． D．2 9．已知水、水晶、玻璃的折射率分别为1.33、1.55和1.60，则由此可知（　　） A．水是光疏介质 B．玻璃为光密介质 C．水对于水晶或玻璃是光疏介质 D．水晶对于玻璃是光密介质 10．如图所示的等腰直角三角形表示三棱镜．光线垂直于一个面入射，在底面上发生全反射，由此看出棱镜的折射率不可能是（    ） A．1.7 B．1.8 C．1.5 D．1.36 能力提升练 11．如图所示，等腰三角形ABC为某材料制成的棱镜横截面（）。一束光线垂直于AB入射，恰好在AC面上发生全反射，并垂直于BC射出棱镜。则该棱镜的折射率为（　　） A． B．1.5 C． D． 12．如图所示光导纤维的长度为L，对某种频率的光的折射率为n，若有各种入射方向的该频率的光照射到此光导纤维一端的横截面上，认为自另一端射出的光在此光导纤维传播的过程中都发生全反射，已知光在真空中的传播速度为c，自另一端射出的光在此光导纤维中的最长传播时间为（　　） A． B． C． D． 13．如图1，玻璃半球半径为R，O为球心，AB为直径。现有均匀分布的单色光垂直入射到半球的底面，其对玻璃的折射率为。已知如图2所示的球冠（不含底圆面）的表面积为，若只考虑首次射到球面的光，则下列说法正确的是（    ） A．所有射入到半球底面的光中有的光会发生全反射 B．从上往下看，整个半球面被照亮的面积为 C．单色光在玻璃中的传播速度为 D．改用频率更高的另一单色光垂直入射到半球的底面，整个半球面被照亮的面积增大 14．如图所示，一半径为4R的半圆形玻璃砖放在水平桌面上，直径AB与桌面接触，圆心为O。一极细光束自空气从C点入射，入射角为θ，从圆弧面上的P点出射。已知光在真空中的速度为c，玻璃砖对该光的折射率为n，忽略光的多次反射。下列说法正确的是（　　） A．增大入射角θ，光可能在C点发生全反射 B．换用波长更长的光进行实验，光在玻璃砖中的传播时间一定小于 C．改变入射角θ，光可能在P点发生全反射 D．从P点出射的光的光强与从C点入射的光的光强一定相等 15．（多选）如图甲所示，我国航天员王亚平在天宫课堂上演示了微重力环境下的神奇现象。液体呈球形，往中央注入空气，可以在球状液体内部形成一个同心球形气泡。如图乙所示，此液体球壳内、外半径之比为，由、两种颜色的光组成的细复合色光束在过球心的平面内，从点以的入射角射入球中，其中光的折射光线刚好与液体球内壁相切。下列说法正确的是（　　） A．该液体材料对光的折射率小于对光的折射率 B．光在液体球中的波长比光的小 C．该液体材料对光的折射率为2 D．若增大入射角光不一定能射出液体球 16．（多选）如图所示，一玻璃三棱镜的截面为边长为的正三角形，一细单色光从处垂直面射入，光线经反射后从上某点射出棱镜，已知到点的距离为，玻璃对该单色光的折射率为，光在真空中的速度为。下列说法正确的是（　　） A．光在上发生了折射和反射 B．光在上发生了全反射 C．上的出射光线相比上的入射光线的偏转角为 D．光从传到所用的时间为 17．（多选）水晶玻璃常用来制作各种装饰品。现有一厚度为的足够长的矩形水晶玻璃砖，放在如图所示的虚线位置，玻璃砖的前后面与虚线ab、cd重合且与光屏平行，一细光束以的入射角从ab边射入玻璃砖，在光屏上的光点比不放玻璃砖时向下移动了，不考虑细光束在玻璃内的反射，光在真空中传播的速度为。取，下列说法正确的是（　　） A．细光束射入ab边的折射角为 B．该水晶玻璃的折射率为 C．若改变细光束的入射角，细光束在玻璃砖中传播的最短时间为 D．若改变细光束的入射角，细光束在玻璃砖中传播的最长时间趋近于 培优拓展练 18．中国空间站上有一个水球处于微重力环境下，如果向水球中心注入空气，并形成球形气泡，使得水球内外两球面球心均在点，如图所示。一束单色光从外球面上的点以与连线成角度射入球中。已知水的折射率为，内球面半径为，外球面半径为，光在空气中的速度为。求： (1)光在水中的传播速度； (2)能使光在内球表面上刚好发生全反射时的入射角？ 19．如图，为提升泳池的水下照明条件，某泳池底部水平安装了一条长1.0m的细灯带。已知泳池的水深为3m，水的折射率。若泳池足够大，π取3 。 (1)求灯光在水面发生全反射时临界角的正弦值； (2)不考虑灯光的多次反射，求有灯光射出的水面区域的面积。 20．半球形透明介质的底面恰好水平扣在一个中空、薄壁、无盖圆柱形桶上，其截面图如图所示，O为球心，A、B、C、D为圆桶截面的四个顶点。其中，半球的半径、圆桶的半径和高三者均相等。一束单色光对准透明介质球心O与竖直方向成30°角射向透明介质，经介质折射后恰好照到圆桶底角C处。 (1)求该透明介质对该单色光的折射率； (2)现保证该光线始终在面内沿半径方向射入此透明介质，以角速度从图示位置顺时针匀速转动入射光线，求经历多长时间，照射在圆桶AC边上的光线消失。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《4.2 全反射 同步练》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 A C D A D C B C C D 题号 11 12 13 14 15 16 17 答案 A A B B BC AD CD 1．A 【知识点】光疏介质和光密介质、发生全反射的条件、临界角、光导纤维 【详解】A．海市蜃楼是由于上层空气温度高、密度低，折射率比下层小，光线发生全反射形成的，故A错误，符合题意； B．光导纤维内芯为光密介质，外套为光疏介质，利用全反射传输光信号，描述正确，故B正确，不符题意； C．自行车尾灯内部由直角棱镜组成，光线入射后发生全反射并按原路返回，使尾灯显得明亮，描述正确，故C正确，不符题意； D．水中气泡的明亮现象是因为光从水（光密）到空气（光疏）时，部分光在界面发生全反射，描述正确，故D正确，不符题意。 故选A。 2．C 【知识点】折射率的波长表达式和速度表达式、发生全反射的条件、临界角、平行玻璃砖模型 【详解】AB．由图可知，光和光的入射角相同，光的折射角小于光的折射角，根据折射定律有 可知 故光的频率大于光，即； 在真空中，根据 可知，故AB错误； C．在玻璃砖中，根据 因，可知光的传播速度小于光，故C正确； D．发生全反射需要两个条件：① 光从光密介质射入光疏介质；②入射角大于等于全反射临界角，而单色光a在MN界面是由光疏介质射向光密介质，因此不可能发生全反射，故D错误。 故选C。 3．D 【知识点】全反射棱镜 【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．A 【知识点】受迫振动与共振、多普勒效应、波的干涉图样、判断干涉加强和减弱区、光导纤维 【详解】A．工厂中机器开动引起厂房的微微振动，属于共振引起的结构振动，A正确； B．绕正在发音的音叉走一圈，可以听到忽强忽弱的声音，属于声音的干涉，B错误； C．用光导纤维传送图像信息，这是光的全反射的应用，C错误； D．火车向人驶来，人感到笛声的音调变高，属于多普勒现象，D错误。 故选A。 5．D 【知识点】“三棱镜”模型 【详解】如图所示 由几何关系可得， 光束射到AB边时，根据光的折射定律有 当光束射到AC边时，恰好发生全反射有 联立解得该棱镜材料的折射率为 故选D。 6．C 【知识点】平行玻璃砖模型 【详解】AB．因为③光的偏折程度大，则③光的折射率较大，根据，可得，在玻璃砖中③光的传播速度最小。故AB错误。 CD．光线通过玻璃砖发生了两次折射，第二次的入射角等于第一次的折射角，根据光路可逆性原理可知，光不可能在下表面发生全反射，一定能从下表面射出玻璃砖，故C正确D错误； 故选C。 7．B 【知识点】几何体组合模型 【详解】A．如图所示 根据几何关系 ， 折射率 绿光在采光球中的传播速度为 故A错误； B．红光折射率小，折射角大，则红光一定能从N点上方射出，故B正确； C．紫光不可能直接折射经过O点，如果过的话，折射角为0°，故C错误； D．光由光密到光疏可能发生全反射，则涂层折射率应大于管壁折射率，故D错误。 故选B。 8．C 【知识点】“球形玻璃砖”模型 【详解】根据题意画出光的传播光路图如图所示。作OD使其与入射光和出射光平行，由几何知识得，所以，得到折射角为，所以 故选C 9．C 【知识点】光疏介质和光密介质 【详解】A．光疏介质和光密介质是相对的概念，取决于两种介质的折射率对比，折射率小的是光疏介质，折射率大的是光密介质。单独说水是光疏介质不准确，因为光疏、光密是相对的，比如水和空气（折射率约 1.0）比，水是光密介质，故A错误； B．同理，单独说玻璃是光密介质也不准确，需看对比的介质，故B错误； C．水的折射率（1.33）小于水晶（1.55）和玻璃（1.60）的折射率，所以水相对于水晶或玻璃是光疏介质，故C正确； D．水晶的折射率（1.55）小于玻璃的折射率（1.60），所以水晶相对于玻璃是光疏介质，故D错误。 故选C。 10．D 【知识点】发生全反射的条件、临界角 【详解】光线射向底边的入射角为45°，因为发生全反射，所以临界角要小于或等于45°，故有 故选D。 11．A 【知识点】光的折射定律、发生全反射的条件、临界角 【详解】光路图如图所示 由几何关系可知， 解得 所以该棱镜的折射率为 故选A。 12．A 【知识点】光导纤维 【详解】当光在介质的界面处恰好发生全反射时，光在光导纤维中的传播路程最长，由几何关系可知，最长路程为 传播速度为 故最长时间 故选A。 13．B 【知识点】折射率的波长表达式和速度表达式、发生全反射的条件、临界角、“球形玻璃砖”模型 【详解】AB．如图所示 ，得 ，即有的光会发生全反射； ，被照亮的面积为 ，故A错误，B正确； CD．单色光在玻璃中的传播速度不可能达到光速；频率越大，折射率越大，临界角越小，被照亮的面积减少，故CD错误。 故选B。 14．B 【知识点】折射率的波长表达式和速度表达式、“球形玻璃砖”模型 【详解】A．光从光疏介质进入光密介质不会发生全反射，故A错误； B．根据可知，设C点的折射角为，连接OP，三角形COP为等腰三角形，由几何关系可得该光束在玻璃中传播路程为 传播速度为 换用波长更长的光，玻璃对其折射率减小，传播速度变大，折射角增大，路程减小，则，故B正确； C．根据几何关系可知，在P点入射角等于C点折射角，由光路可逆原理得，光不可能在P点发生全反射，故C错误； D．由于光在折射的同时可能发生光的反射，出射光光照强度一般小于入射光光照强度，故D错误。 故选B。 15．BC 【知识点】折射率的波长表达式和速度表达式、“球形玻璃砖”模型 【详解】A．根据折射率的公式可知，以相同的入射角射入球中时，a光的折射角较小，故其折射率较大，A错误； B．不同色光在同一介质中，折射率大，频率大，波长短，可知光在液体球中的波长比光的小，故B正确； C．如图 利用几何知识，可得该液体材料对光的折射率为，故C正确； D．若继续增大入射角i，b光的折射角增大，光线远离同心球形气泡，光线从液体材料射出时的入射角与射入液体材料时的折射角大小相等，根据光的可逆性可知不会发生全反射，即光一定能射出液体球，故D错误。 故选BC。 16．AD 【知识点】发生全反射的条件、临界角、“三棱镜”模型 【详解】AB．由几何关系得该光线在B点的入射角 设该光线在B点的折射角为，根据折射定律 解得 设反射临界角为，则 由几何关系可知，该光线在bc上的入射角为 根据 所以光在上发生了折射和反射，故A正确，B错误； C．根据题意作出光路图如下 根据几何关系可知，光线在上入射角为30°，根据折射定律可知，出射光线竖直向上，所以上的出射光线相比上的入射光线的偏转角为，故C错误； D．光线在玻璃中的传播速度 传播距离 光从传到所用的时间为，故D正确。 故选AD。 17．CD 【知识点】折射率的波长表达式和速度表达式、平行玻璃砖模型 【详解】A．光路图如图所示 可得折射角，A错误； B．根据折射定律可得折射率，B错误； C．光在玻璃砖中传播的速度为 当细光束垂直ab边入射时，光在玻璃砖中传播的时间最短，，C正确； D．当入射角无限接近于时，光在玻璃砖中传播时间最长，此时折射角接近临界角，有 可得 光在玻璃砖中传播时间趋近于，D正确； 故选CD。 18．(1) (2) 【知识点】“球形玻璃砖”模型 【详解】（1）根据公式 可得 （2）光在内球面上恰好发生全反射时的光路如图所示 因为 所以 对，由正弦定理可得 解得 光在外球面折射有 所以 解得 19．(1)0.8 (2) 【知识点】发生全反射的条件、临界角 【详解】（1）光由水射向空气发生全反射时 （2）由可得 点光源在水底发光，能照亮的水面是圆形，圆形的半径 细灯带发光能照亮的水面是两个半圆形加一个矩形，有灯光射出的水面区域的面积 20．(1) (2)2s 【知识点】角速度的定义和计算式、光的折射定律、发生全反射的条件、临界角 【详解】（1）根据光的折射定律有 其中，，解得 （2）由光的全反射临界角C与介质折射率n的关系 解得 可知光线转过的角度 由 解得 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 $