1、第四章第四章光光 全反射全反射 1.(多选)关于全反射,下列说法正确的是() A.光只有从光密介质射向光疏介质时才可能发生全反射现象 B.光只有从光疏介质射向光密介质时才可能发生全反射现象 C.光只有从折射率大的介质射向折射率小的介质时才可能发生全反射现象 D.光只有从折射率小的介质射向折射率大的介质时才可能发生全反射现象 2.酷热的夏天,在平坦的柏油公路上,你会看到在一定距离处,地面显得格外明亮,仿佛是一片水面, 似乎还能看到远处车、人的倒影。但当你靠近“水面”时,它却随你靠近而后退。对此现象,下列解 释正确的是() A.出现的是“海市蜃楼”,是光的折射造成的 B.“水面”不存在,是由于酷热
2、难耐,人产生的幻觉 C.太阳光辐射到地面,使地表温度升高,折射率变大,发生全反射 D.太阳光辐射到地面,使地表温度升高,折射率变小,发生全反射 3.(多选)下列说法正确的是() A.在水中的潜水员斜向上看岸边的物体时,看到的物体的像比物体所处的实际位置高 B.光纤通信是一种现代通信手段,它是利用光的全反射原理来传递信息的 C.在光的照射下,玻璃杯裂缝处看上去比周围明显亮,是由于光的全反射 D.海市蜃楼产生的原因是海面上方上层空气的折射率比下层空气的折射率大 E.小孔成像是由于光的全反射 4.(多选)一束单色光从真空斜射向某种介质的表面,光路如图所示。下列说法中正确的是() A.光从真空射入介质
3、后,频率不变 B.此介质的折射率等于 2 C.入射角大于 45时可能发生全反射现象 D.入射角小于 30时可能发生全反射现象 5.(多选)已知某单色光在某介质中发生全反射的临界角为 C,则() A.该介质对此单色光的折射率等于 1 sin? B.此单色光在该介质中的速度等于 csin C(c 是光在真空中的传播速度) C.此单色光在该介质中的波长是在真空中波长的 sin C 倍 D.此单色光在该介质中的频率是在真空中的 1 sin? 倍 6.(多选)光在某种介质中的传播速度是 1.510 8 m/s,光从该介质射向空气时() A.发生全反射的临界角是 30 B.大于或等于 30的所有角都是临界
4、角 C.入射角大于或等于 30时都能发生全反射 D.临界角可能是 60 7.(多选)如图所示,ABCD 是两面平行的透明玻璃砖,AB 面和 CD 面是玻璃和空气的界面,分别设为界 面和界面。光线从界面射入玻璃砖,再从界面射出回到空气中。如果改变光到达界面时 的入射角,则() A.只要入射角足够大,光线在界面上可能发生全反射现象 B.只要入射角足够大,光线在界面上可能发生全反射现象 C.不管入射角多大,光线在界面上都不可能发生全反射现象 D.不管入射角多大,光线在界面上都不可能发生全反射现象 8.某种液体的折射率为 2,液面下深 h 处有一个点光源,从液面上看液面被光照亮的圆形区域的半径 为()
5、 A.1 2h B.hC. 3 3 hD. 2h 9.如图所示,一个三棱镜的截面为等腰直角三角形 ABC,角 A 为直角,此截面所在平面内的光线沿平行 于 BC 边的方向射到 AB 面,进入棱镜后直接射到 AC 面上,并刚好能发生全反射。则该棱镜材料的折 射率为() A. 6 2 B. 2C.3 2 D. 3 10.潜水员在水中抬头仰望,由于光线在空气和水的界面发生全反射,他能看见河底的物体。如果水 深为 H,潜水员仰望时,眼睛到河底的距离为 h,水的折射率为 n,则潜水员能较清楚地看到的河底物体 与潜水员的最短水平距离是多少? 11.自行车尾灯采用了全反射棱镜的原理,它虽然本身不发光,但在夜
6、间行驶时,从后面开来的汽车发 出的强光照在尾灯上,会有较强的光被反射回去,使汽车司机注意到前面有自行车。尾灯由透明介质 制成,其外形如图所示。下列说法中正确的是() A.汽车灯光应从左面射过来,在尾灯的左表面发生全反射 B.汽车灯光应从左面射过来,在尾灯的右表面发生全反射 C.汽车灯光应从右面射过来,在尾灯的右表面发生全反射 D.汽车灯光应从右面射过来,在尾灯的左表面发生全反射 12.空气中两条光线 a 和 b 从方框左侧入射,分别从方框下方和上方射出,其框外光线如图所示,方框 内有两个折射率为 n=1.5 的全反射棱镜。下列选项给出了两棱镜四种放置方式的示意图,其中能产 生图中效果的是()
7、13.(多选)1966 年,前香港中文大学校长高锟提出:光通过直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来传输 大量信息。根据这一理论制造的光导纤维成为电话和互联网等现代通信网络运行的基石,高锟因此 荣获了 2009 年诺贝尔物理学奖。下列关于“光纤”及其原理的说法中正确的是() A.光纤通信利用了光的全反射原理 B.光纤通信具有传输容量大、衰减小、抗干扰性强等优点 C.实用光导纤维由内芯和外套两层组成,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 D.当今,在信号传输领域,光纤电缆(光缆)已经几乎完全取代了传统的铜质“电缆”,成为传播信息 的主要工具,是互联网的骨架,并已连接到普通社
8、区 14.光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维,它的结构如图所示,其内芯和外套的材料不同,光在 内芯中传播。下列关于光导纤维的说法中正确的是() A.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不能发生全反射 B.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 C.在光纤中频率大的光传播的速度大 D.在光纤中频率小的光传播的速度大 15.2010 年广州亚运会,光纤通信网覆盖了所有比赛场馆,为各项比赛提供安全可靠的通信服务,光纤 通信利用光的全反射将大量信息高速传输。如图所示,一条圆柱形的光导纤维,长为 L,它的内芯的折 射率为 n1,外层材料的折射率为 n2,光从一
9、端射入,经全反射后从另一端射出,所需的最长时间为 t,请 探究分析以下问题: (1)n1和 n2的大小关系。 (2)最长时间 t 的大小。(图中标的 C 为全反射的临界角,其中 sin C=?2 ?1) 答案全解全析答案全解全析 1.AC光从光密介质射向光疏介质时,若入射角大于或等于临界角,会发生全反射现象;光从光疏介 质射向光密介质时,不会发生全反射现象,A 正确,B 错误;光只有从折射率大的介质射向折射率小的 介质时,才可能发生全反射现象,C 正确,D 错误。 2.D酷热的夏天,在平坦的柏油公路上,地面附近的空气温度比上层的高,密度比上层的小,折射率 也比上层的小,光照射时发生全反射,出现
10、“水面”,D 正确,A、B、C 错误。 导师点睛 夏天,由于大气不均匀,海面上的下层空气温度比上层低,密度比上层大,折射率也比上层大。我 们可以把海面上的空气看作是由折射率不同的许多水平气层组成的。远处的山峰、船舶、楼台、人 等“发出”的光线射向上空时,由于不断被折射,越往上越偏离法线方向,入射角不断增大,以致发生 全反射,光线反射回地面,人们逆着光线看去,就会看到远方的景物悬在空中,产生了“海市蜃楼”现 象。 3.ABC由于光的折射,当水中的潜水员斜向上看岸边的物体时,看到的物体的像比物体的实际位置 高,选项 A 正确;光纤通信是利用光的全反射原理来传递信息的,选项 B 正确;在光的照射下,
11、玻璃杯 裂缝处看上去比周围明显亮,是由于光在裂缝处发生全反射,选项 C 正确;海市蜃楼产生的原因是海 面上方上层空气的折射率比下层空气的折射率小,选项 D 错误;小孔成像是由于光的直线传播,E 错误。 4.AB光的频率由光源决定,在传播过程中频率不变,故 A 正确;由折射定律可得 n=sin?1 sin?2= sin45 sin30= 2,B 正 确;只有当光从光密介质射入光疏介质且入射角大于或等于临界角时才会发生全反射现象,所以选项 C、D 错误。 5.ABC由临界角的计算式 sin C=1 ?得 n= 1 sin?,选项 A 正确;将 n= ? ?代入 sin C= 1 ?,得 sin C
12、= ? ?,故 v=csin C,选项 B 正确;设此单色光的频率为 f,在真空中的波长为0,在该介质中的波长为,由波长、频率、 光速的关系得 c=0f,v=f,故 sin C=? ?= ? ?0,=0 sin C,选项 C 正确;此单色光由真空射入该介质时, 频率不发生变化,选项 D 错误。 6.AC由 n=? ?= 3108m/s 1.5108m/s=2,sin C= 1 ?,得临界角 C=30,所以 A、C 正确,B、D 错误。 7.CD在界面光由空气进入玻璃砖,是由光疏介质进入光密介质,不管入射角多大,都不可能发生 全反射现象,选项 A 错误,C 正确。在界面光由玻璃进入空气,是由光密
13、介质进入光疏介质,但由于 界面和界面平行,光由界面进入玻璃后再到达界面,在界面上的入射角等于在界面上的 折射角,故界面上的入射角总是小于临界角,因此光在界面上不可能发生全反射现象,选项 B 错 误,D 正确。 8.C设液面上的人看到液面被该光源照亮的圆形区域的半径为 r,如图所示: 该光在圆形区域的边缘处恰好发生全反射,入射角等于临界角 C,由 sin C=1 ?= 1 2得 C=30,根据几何关 系可知 r= 3 3h,C 正确。 9.A在 AB 面上,设入射角为 i,则 i=45,设折射角为,则 n=sin? sin?;在 AC 面上,由几何知识可知,此时 的入射角 i=90-,则 n=
14、1 sin?,联立各式可得 n= 6 2,A 正确。 10.答案 2?-? ?2-1 解析设光在水面发生全反射的临界角为 C,则 sin C=1 ?,故 tan C= 1 ?2-1;根据几 何关系可得河底物体与潜水员之间的最短水平距离 d=(H-h) tan C+H tan C,解得 d= 2?-? ?2-1。 11.D自行车尾灯利用了全反射原理,汽车灯光应从右面射过来,在左表面发生两次全反射被反射回 去。 12.B四个选项的光路图如图: 可知 B 项正确。 13.ABD光纤通信利用了光的全反射原理,A 正确;光纤通信具有传输容量大、衰减小、抗干扰性强 等优点,B 正确;全反射的条件是光从光密
15、介质进入光疏介质,且入射角大于等于临界角,所以内芯的 折射率大于外套的折射率,光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射,故 C 错误;在信号传输领域, 光纤电缆(光缆)已经几乎完全取代了传统的铜质“电缆”,成为传播信息的主要工具,是互联网的骨 架,并已连接到普通社区,D 正确。 14.D光导纤维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全反射,A、B 错误; 频率越小的光波长越长,介质对它的折射率 n 越小,根据公式 v=? ?知,光传播的速度越大,C 错误,D 正 确。 15.答案(1)n1n2(2) ?1 2 ?2c 解析(1)欲使光在内芯和外层材料的界面上发生全反射,需使内芯的折射率大于外层材料的折射率, 即 n1n2。 (2)光在内芯中传播的最长路程为 s= ? sin?,传播速度为 v= ? ?1,故最长时间 t= ? ?= ?1 ?sin?= ?1 2 ?2c
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