2024-2025學(xué)年高二物理選擇性必修第一冊（配魯科版）分層作業(yè)21 光的全反射 光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用

04

分層作業(yè)21光的全反射光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用A組必備知識基礎(chǔ)練1.關(guān)于全反射,下列敘述正確的是()A.發(fā)生全反射時仍有折射光線,只是折射光線非常弱B.光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時,一定會發(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2.光線由空氣透過半圓形玻璃磚,再射入空氣的光路圖,其中正確的是(玻璃的折射率為1.5)()A.圖乙、丙、丁 B.圖乙、丁C.圖乙、丙 D.圖甲、丙3.(多選)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。下列說法正確的是()A.光從真空射入介質(zhì)后,頻率不變B.此介質(zhì)的折射率等于2C.入射角大于45°時可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D.入射角小于30°時可能發(fā)生全反射現(xiàn)象4.三種透明介質(zhì)疊放在一起,且相互平行,一束光在Ⅰ和Ⅱ兩介質(zhì)的界面上發(fā)生了全反射后,射向Ⅱ和Ⅲ兩介質(zhì)界面,發(fā)生折射,如圖所示,設(shè)定光在這三種介質(zhì)中的速率分別是v1、v2、v3,則它們的大小關(guān)系是()A.v1>v2>v3 B.v1>v3>v2C.v1<v2<v3 D.v2>v1>v35.(多選)已知介質(zhì)對某單色光的臨界角為C,則()A.該介質(zhì)對此單色光的折射率等于1B.此單色光在該介質(zhì)中的傳播速度等于c·sinC(c是光在真空中的傳播速度)C.此單色光在該介質(zhì)中的傳播波長是在真空中波長的sinCD.此單色光在該介質(zhì)中的頻率是真空中的1sin6.有人在河中游泳,頭部露出水面,在某一位置當(dāng)他低頭向水中觀察時,看到河底有一靜止物體跟他眼睛正好在同一豎直線上,這個人再向前游12m,正好不能看見此物體,水的折射率為43,求此河水的深度。(保留三位有效數(shù)字7.(2022全國乙卷)一細(xì)束單色光在三棱鏡ABC的側(cè)面AC上以大角度由D點入射(入射面在棱鏡的橫截面內(nèi)),入射角為i,經(jīng)折射后射至AB邊的E點,如圖所示。逐漸減小i,E點向B點移動,當(dāng)sini=16時,恰好沒有光線從AB邊射出棱鏡,且lDE=lDAB組關(guān)鍵能力提升練8.(多選)如圖所示,矩形abcd為一玻璃磚的橫截面,玻璃磚ab面鍍銀且足夠長。由單色光1、2組成的一細(xì)光束,在abcd平面內(nèi)從cd面上的O點以入射角i射入玻璃磚,該玻璃磚對單色光1、2的折射率分別為n1和n2,已知n1>n2,下列說法正確的是()A.單色光1、2從cd面射出玻璃磚后平行B.增大入射角i,單色光1在cd面先發(fā)生全反射C.單色光1在玻璃磚內(nèi)的路程大于單色光2D.單色光1在玻璃磚內(nèi)的路程小于單色光29.(多選)如圖所示,半徑為R的半圓形透明材料,折射率n=2.0。一束平行光從空氣以垂直于其底面的方向射入,則下列說法正確的是()A.所有光線都能透過這種材料B.只有距圓心O兩側(cè)R2C.射出的光束會形成發(fā)散光束D.射出的光束會形成會聚光束10.一束細(xì)光束由真空沿著徑向射入一塊半圓柱形透明體,如圖甲所示,對其射出后的折射光線的強(qiáng)度進(jìn)行記錄,發(fā)現(xiàn)折射光線的強(qiáng)度隨著θ的變化而變化,如圖乙的圖線所示,此透明體的臨界角為,折射率為。

11.如圖所示,玻璃材料制成的一棱鏡的截面圖,其中,弧AB為四分之一圓弧,O為圓心,OBCD部分為矩形。一細(xì)光束從圓弧AB的中點E點沿半徑射入棱鏡后,恰好在O點發(fā)生全反射,經(jīng)CD面反射,再從圓弧的F點射出,已知OA=a,OD=24a,光在真空中的速度為c。求(1)出射光線與法線夾角的正弦值;(2)光在棱鏡中傳播的時間。12.如圖所示,一條長度為l=5.0m的光導(dǎo)纖維的內(nèi)芯用折射率為n的材料制成,外套的折射率可認(rèn)為與空氣的折射率相等且等于1。一細(xì)束激光從其左端的中心點以i角入射到光導(dǎo)纖維的端面上,并射入其中,設(shè)折射角為α,經(jīng)過一系列的全反射后從右端面射出。[(1)(2)問保留兩位有效數(shù)字](1)若n=2,i=45°,則該激光在光導(dǎo)纖維中的速度v是多大?(c=3×108m/s)(2)若n=2,i=45°,則該激光在光導(dǎo)纖維中的傳輸時間是多少?(3)若要保證不管i取何值時,激光都不會從光導(dǎo)纖維的側(cè)面漏出,試求n的取值范圍。

參考答案分層作業(yè)21光的全反射光導(dǎo)纖維及其應(yīng)用1.C全反射發(fā)生的條件是光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)和入射角大于等于臨界角,二者缺一不可,故選項B、D錯誤,C正確;發(fā)生全反射時,折射光線全部消失,只剩下反射光線,選項A錯誤。2.B題圖甲、乙情境中,光由空氣進(jìn)入玻璃,由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì),應(yīng)有θ1>θ2,乙正確,甲錯誤;題圖丙、丁情境中,光由玻璃進(jìn)入空氣中,sinC=1n=23<22=sin45°,即C<45°,3.AB光的頻率由光源決定,在傳播過程中頻率不變,選項A正確;由折射定律n=sinθ1sinθ2=sin45°sin30°=2,選項B正確;發(fā)生全反射時sin4.B光在Ⅰ和Ⅱ兩介質(zhì)的界面上發(fā)生了全反射,說明Ⅰ的折射率小于Ⅱ的折射率,即n1<n2;光射向Ⅱ和Ⅲ兩介質(zhì)界面時發(fā)生了折射,而且折射角大于入射角,說明Ⅱ的折射率大于Ⅲ的折射率,即n2>n3;介質(zhì)Ⅰ與Ⅲ相比較,介質(zhì)Ⅰ的折射率小于介質(zhì)Ⅲ的折射率,即有n1<n3,所以有n2>n3>n1,根據(jù)光在這三種介質(zhì)中的速率公式v=cn得知,光速與折射率成反比,則v1>v3>v2。故選B5.ABC由臨界角的計算式sinC=1n,得n=1sinC,選項A正確;將n=cv代入sinC=1n,得sinC=vc,故v=csinC,選項B正確;設(shè)該單色光的頻率為f,在真空中的波長為λ0,在介質(zhì)中的波長為λ,由波長、頻率、光速的關(guān)系得c=λ0f,v=λf,故sinC=vc=λλ0,λ=λ0sinC,6.解析如圖所示,由題意知C為臨界角,則sinC=1由圖可得sinC=12解得h=10.6m。答案10.6m7.解析因為當(dāng)sini=16時,恰好沒有光線從AB邊射出,可知此時光線在E點發(fā)生全反射,設(shè)臨界角為α,則sinα=由幾何關(guān)系可知,光線在D點的折射角為r=π2-2又有sini聯(lián)立可得n=1.5。答案1.58.AD作出光路圖如圖所示,設(shè)單色光1、2在O點的折射角分別為r1、r2,根據(jù)折射定律得n1=sinisinr1,n2=sinisinr2,可得r1<r2,根據(jù)光的反射定律和幾何知識可知,單色光1、2經(jīng)過ab面反射到cd面的入射角分別為r1、r2,由光路可逆性可知,從cd面射出的兩單色光線折射角均為i,兩出射光線平行,故A正確;因為光是從空氣進(jìn)入玻璃的,無論怎么改變?nèi)肷浣?都不能發(fā)生全反射,故B錯誤;設(shè)玻璃磚寬度為d,根據(jù)幾何關(guān)系得單色光在玻璃磚內(nèi)的路程s=2dcosr,因為r1<r9.BD平行光射到底面時,光線與界面垂直,方向不變,繼續(xù)射到球面時,距O越遠(yuǎn)的光線射到球面的入射角越大,越易發(fā)生全反射,距圓心O兩側(cè)R2范圍內(nèi)的光線入射角小于臨界角C=arcsin1n=30°,發(fā)生折射形成會聚光束,如圖所示,距圓心O大于等于10.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(qiáng)度為零,所以此透明體的臨界角為60°,由臨界角公式sinC=1n,解得n=2答案60°211.解析(1)作出光路圖如圖所示。根據(jù)幾何關(guān)系可知,臨界角為C=45°根據(jù)全反射定律得n=1OG=2OD=12a,sinα=根據(jù)折射定律得n=sin解得sinβ=22(2)光在棱鏡中的傳播速度v=c由幾何知識得,光線傳播的長度為l=a+12a+32光在棱鏡中傳播的時間t=lv答案(1)22(2)12.解析(1)由n=cv可得v=2.1×108m/s(2)由n=sinisinα和臨界角公式sinC=1n可知,光從左端面射入后的折射角α=30°,則側(cè)面的入射角為60°,大于臨界角C=45°。則t=lvcosα=2(3)設(shè)折射光線射