2025版新教材高中物理第4章光2全反射提能作業(yè)新人教版選擇性必修第一冊

第四章2基礎(chǔ)強化練(時間25分鐘滿分60分)一、選擇題(本題共6小題，每題6分，共36分)1．關(guān)于全反射，下列敘述正確的是(C)A．發(fā)生全反射時仍有折射光線，只是折射光線特殊弱B．光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，確定會發(fā)生全反射現(xiàn)象C．光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時，可能不發(fā)生全反射現(xiàn)象D．光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時，可能發(fā)生全反射現(xiàn)象解析：全反射發(fā)生的條件是光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)且入射角大于或等于臨界角，二者缺一不行；發(fā)生全反射時，折射光線全部消逝，只剩下反射光線。選項C正確。2．一束單色光從真空斜射向某種介質(zhì)的表面，光路如圖所示。下列說法中正確的是(C)A．此介質(zhì)的折射率等于1.5B．此介質(zhì)的折射率等于eq\r(3)C．當(dāng)光從今介質(zhì)射向真空中時，入射角大于或等于45°時可發(fā)生全反射現(xiàn)象D．當(dāng)光從介質(zhì)射向真空中時，入射角小于30°時可能發(fā)生全反射現(xiàn)象解析：依據(jù)折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(sin45°,sin30°)＝eq\r(2)，A、B錯誤；光從今介質(zhì)射向真空中，當(dāng)折射角等于90°時發(fā)生全反射，此時入射角為C，則有n＝eq\r(2)＝eq\f(sin90°,sinC)，解得C＝45°，即入射角大于或等于45°時發(fā)生全反射現(xiàn)象，C正確，D錯誤。3.如圖所示，圓心為O、半徑為R的半圓形玻璃磚置于水平桌面上，光從P點垂直界面入射后，恰好在玻璃磚圓形表面發(fā)生全反射；當(dāng)入射角θ＝60°時，光從玻璃磚圓形表面出射后恰好與入射光平行。已知真空中的光速為c，則(C)A．玻璃磚的折射率為1.5B．OP之間的距離為eq\f(\r(2),2)RC．光在玻璃磚內(nèi)的傳播速度為eq\f(\r(3),3)cD．光從玻璃到空氣的臨界角為30°解析：作出兩種狀況下的光路圖，如圖所示。設(shè)OP＝x，在A處發(fā)生全反射，故有sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(x,R)已知出射光線與入射光線平行，則光在B處射出(過B點的切線與OP平行)，故n＝eq\f(sin60°,sin∠OBP)由于sin∠OBP＝eq\f(x,\r(x2＋R2))聯(lián)立可得n＝eq\r(3)，x＝eq\f(\r(3),3)R，A、B錯誤；由v＝eq\f(c,n)可得v＝eq\f(\r(3),3)c，C正確；由于sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(3),3)，所以臨界角不為30°，D錯誤。4.(2024·湖北省襄陽市第四中學(xué)高二下學(xué)期月考)一束光線穿過介質(zhì)1、2、3時，光路如圖所示，則(C)A．介質(zhì)1的折射率最大B．介質(zhì)2是光密介質(zhì)C．光在介質(zhì)2中的速度最大D．當(dāng)入射角由45°慢慢增大時，在2、3分界面上可能發(fā)生全反射解析：由圖可知，光從介質(zhì)1射入介質(zhì)2中折射角大于入射角，則n1＞n2。光從介質(zhì)2射入介質(zhì)3中折射角小于入射角，則n2＜n3，據(jù)光的可逆性知，光從2射向1或從2射向3時，若入射角相等，從折射角上可推斷n3＞n1，所以有n3＞n1＞n2，即介質(zhì)3折射率最大，故A錯誤；由對A的分析可知，相對介質(zhì)3來說，2是光疏介質(zhì)，故B錯誤；依據(jù)公式：v＝eq\f(c,n)，因2的折射率最小，所以光在介質(zhì)2中的傳播速度最大，故C正確；當(dāng)入射角由45°慢慢增大時，光從2到3是從光疏介質(zhì)到光密介質(zhì)，全反射只有光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時才能發(fā)生，所以在此界面上不會發(fā)生全反射，故D錯誤。5．(多選)一束細(xì)光束由真空沿著徑向射入一塊半圓柱形透亮體，如圖甲所示，對其射出后的折射光線的強度進行記錄，發(fā)覺折射光線的強度隨著θ的變更而變更，如圖乙的圖線所示，則下列說法正確的是(BC)A．透亮體的臨界角為30°B．透亮體的臨界角為60°C．透亮體的折射率為eq\f(2\r(3),3)D．透亮體的折射率為eq\f(3,2)解析：由題圖乙的圖線可知，當(dāng)θ小于等于30°時，入射角大于等于60°，折射光線的強度為零，光線產(chǎn)生全反射現(xiàn)象，所以此透亮體的臨界角為60°，故選項A錯誤，B正確；由臨界角公式sinC＝eq\f(1,n)，解得n＝eq\f(2\r(3),3)，故選項C正確，D錯誤。6．如圖所示，將由某種透亮介質(zhì)制成的長直細(xì)圓柱體置于真空中。某種單色光在介質(zhì)中傳輸，經(jīng)過多次全反射后從右端射出。若以全反射臨界角傳輸?shù)墓饩€剛好從右端以張角2θ出射，則此介質(zhì)的折射率為(D)A.eq\r(1＋sin2θ) B．eq\r(1＋cos2θ)C.eq\r(1＋cos2θ) D．eq\r(1＋sin2θ)解析：如圖所示，光線在右端界面上發(fā)生折射，入射角為90°－C，折射角為θ，則折射率n＝eq\f(sinθ,sin90°－C)＝eq\f(sinθ,cosC)。又因為sinC＝eq\f(1,n)，由以上兩式聯(lián)立解得n＝eq\r(1＋sin2θ)，選項D正確。二、非選擇題(共24分)7．(12分)由于激光是亮度高、平行度好、單色性好的相干光，所以光導(dǎo)纖維中用激光作為高速傳輸信息的載體。要使射到粗細(xì)勻整的圓形光導(dǎo)纖維一個端面上的激光束都能從另一個端面射出，而不會從側(cè)壁“泄漏”出來，光導(dǎo)纖維所用材料的折射率至少應(yīng)為多少？答案：eq\r(2)解析：設(shè)激光束在光導(dǎo)纖維前端的入射角為θ1，折射角為θ2，折射光線射向側(cè)面時的入射角為θ3，如圖所示。由折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，由幾何關(guān)系θ2＋θ3＝90°，則sinθ2＝cosθ3，由全反射臨界角公式sinθ3＝eq\f(1,n)，故cosθ3＝eq\r(1－\f(1,n2))，要保證從端面射入的任何光線都能發(fā)生全反射，應(yīng)有θ1＝90°，sinθ1＝1，故n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)＝eq\f(sinθ1,cosθ3)＝eq\f(1,\r(1－\f(1,n2)))＝eq\f(n,\r(n2－1))，解得n＝eq\r(2)。8．(12分)一湖面上有一伸向水面的混凝土觀景臺，如圖所示是截面圖，觀景臺下表面恰好和水面相平，A為觀景臺右側(cè)面在湖底的投影，水深h＝4m，在距觀景臺右側(cè)面x＝4m處有一可沿豎直方向上下移動的單色點光源S，點光源S可從距水面高3m處下移到接近水面，在移動過程中，觀景臺水下被照亮的最遠(yuǎn)距離為AC，最近距離為AB，若AB＝3m，求：(1)水的折射率n；(2)光能照亮的最遠(yuǎn)距離AC。(結(jié)果可以保留根式)答案：(1)eq\f(4,3)(2)eq\f(12,7)eq\r(7)m解析：(1)如圖所示，點光源S在距水面高3m處時，光能射到B點。知n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)，因sinθ1＝0.8，sinθ2＝0.6，則水的折射率n＝eq\f(4,3)。(2)點光源S接近水面時，光在觀景臺右側(cè)面與水面交接處折射到水里時，被照亮的距離為最遠(yuǎn)距離AC，此時，入射角為90°，折射角為臨界角C，則：n＝eq\f(sin90°,sinC)＝eq\f(\r(AC2＋h2),AC)＝eq\f(4,3)解得AC＝eq\f(12,7)eq\r(7)m。實力提升練(時間15分鐘滿分40分)一、選擇題(本題共3小題，每小題8分，共24分)1．如圖所示，一個透亮玻璃球的折射率為eq\r(2)，一束足夠強的細(xì)光束在過球心的平面內(nèi)，以45°入射角由真空射入玻璃球后，在玻璃球與真空的交界面處發(fā)生多次反射和折射，從各個方向視察玻璃球，能看到從玻璃球內(nèi)射出的光線的條數(shù)是(B)A．2 B．3C．4 D．5解析：sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(2),2)，C＝45°；n＝eq\f(sin45°,sinθ)，θ＝30°。光路圖如圖所示。所以共3條光線射出玻璃球。2．如圖所示是一個柱體棱鏡的橫截面圖，圖中MN為eq\f(1,4)圓弧，點E、F、G、H將半徑OM分成5等份，虛線EE1、FF1、GG1、HH1平行于半徑ON，ON邊可吸取到達其上的全部光。已知該棱鏡的折射率n＝eq\f(5,3)，若平行光束垂直入射并覆蓋OM，則光能從NM射出的范圍是(C)A．NE1 B．NF1C．NG1 D．NH1解析：由臨界角公式得到sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(3,5)。設(shè)圓弧的半徑為R，RsinC＝eq\f(3,5)R，則由題可知，當(dāng)光從G點入射到圓弧面G1點時，恰好發(fā)生全反射。當(dāng)入射點在G1的右側(cè)時，入射角大于臨界角，將發(fā)生全反射，光將不能從圓弧射出。當(dāng)入射點在G1的左側(cè)時，入射角小于臨界角，不發(fā)生全反射，光將從圓弧面射出。所以光只能從圓弧NG1射出。故C正確。3.(多選)在光纖制造過程中，由于拉伸速度不勻整，會使得拉出的光纖不是勻整的圓柱體，而呈現(xiàn)圓臺形態(tài)(如圖所示)。已知此光纖長度為L，圓臺對應(yīng)底角為θ，折射率為n，真空中的光速為c。現(xiàn)光從下方垂直射入下臺面，則(AD)A．光從真空射入光纖，光的頻率不變B．光通過此光纖到達小截面的最短時間為eq\f(L,c)C．從上方小截面射出的光束確定是平行光D．若滿足sinθ>eq\f(1,n)，則光在第一次到達光纖側(cè)面時不會從光纖側(cè)面射出解析：光的頻率由光源確定，與介質(zhì)無關(guān)，所以光從真空射入光纖，光的頻率不變，故A正確；光通過此光纖到達小截面的最短距離為L，光在光纖中的傳播速度v＝eq\f(c,n)，則光通過此光纖到達小截面的最短時間為t＝eq\f(L,v)＝eq\f(nL,c)，故B錯誤；通過光纖側(cè)面發(fā)生反射后再從上方小截面射出的光束與垂直上方小截面射出的光束不平行，故C錯誤；設(shè)臨界角為C，則sinC＝eq\f(1,n)，到達光纖側(cè)面的光線入射角為θ，當(dāng)θ>C，即有sinθ>eq\f(1,n)，則光在第一次到達光纖側(cè)面時發(fā)生全反射，不會從光纖側(cè)面射出，故D正確。二、非選擇題(共16分)4．(8分)如圖所示，直角三棱鏡ABC的斜邊AB長為L，∠C＝90°，∠A＝θ(未知)，一束單色光從斜邊上某點(非中點)垂直入射到棱鏡中，已知棱鏡折射率為n＝2，單色光在真空中的傳播速度為c，(1)求θ在什么范圍內(nèi)，入射光能夠經(jīng)過兩次全反射又從斜邊射出；(2)若θ＝45°，該單色光從斜邊某處垂直入射到棱鏡中，通過棱鏡后出射光與入射光的距離為eq\f(L,4)，求此單色光通過三棱鏡的時間。答案：(1)30°≤θ≤60°(2)eq\f(2L,c)解析：(1)光的傳播方向如圖所示，欲使入射光在左側(cè)直角邊發(fā)生全反射，須滿足sinθ≥eq\f(1,n)，解得θ≥30°，又在光反射至右側(cè)直角邊時，入射角為90°－θ，欲使入射光在該邊發(fā)生全反射，須滿足sin(90°－θ)≥eq\f(1,n)，解得θ≤60°，所以θ的范圍為30°≤θ≤60°。(2)當(dāng)θ＝45°時，由幾何關(guān)系可知光在三棱鏡中通過的距離s＝L，光在棱鏡中的傳播速度v＝eq\f(c,n)，則單色光通過三棱鏡的時間t＝eq\f(s,v)＝eq\f(2L,c)。5．(8分)某種透亮材料制成的空心球體內(nèi)徑為R，外徑是內(nèi)徑的2倍，其截面(紙面內(nèi))如圖所示。一束單色光(紙面內(nèi))從外球面上A點入射，入射角為i＝45°時，光束經(jīng)折射后恰好與內(nèi)球面在B點相切。(1)求該透亮材料的折射率；(2)假如在內(nèi)表面涂上能完全吸光的物質(zhì)，當(dāng)一束平行光