2015高中物理 專題 全反射講義（含解析） 新人教版選修3-4

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1、專題：全反射 金題精講 題一 題面：光導纖維的結構如圖所示，其內(nèi)芯和外套材料不同，光在內(nèi)芯中傳播。以下關于光導纖維的說法正確的是（ ） A．內(nèi)芯的折射率比外套大，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面發(fā)生全反射 B．內(nèi)芯的折射率比外套小，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面發(fā)生全反射 C．內(nèi)芯的折射率比外套小，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面發(fā)生折射 D．內(nèi)芯的折射率與外套相同，外套的材料有韌性，可以起保護作用 題二 題面：白光射入半圓透鏡，并經(jīng)過圓心O點射出。若半圓透鏡繞O點順時針旋轉，哪種顏色先消失？ 題三 題面：如圖所示，只含黃光和紫光的復色光束PO，沿半徑方向射入空氣中的玻璃半圓柱

2、后，被分成兩光束OA和OB沿如圖所示方向射出。則（ ） A ．OA為黃光，OB為紫光 B．OA為紫光，OB為黃光 C． OA為黃光，OB為復色光 D．OA為紫光，OB為復色光 題四 題面：如圖所示，MN為置于水中的平面鏡，呈水平狀態(tài)，一束白光從空氣垂直于水面射到平面鏡的O點上，已知紅光和紫光在水與空氣界面發(fā)生全反射的臨界角分別為α和β，現(xiàn)讓平面鏡以O點為軸沿順時針方向轉動，為使光束不從水面射出，轉過的角度不能小于( ) A．α/2 B．β/2 C．α D．β 題五 題面：水的折射率為n，距水面深h

3、處有一個點光源，岸上的人看到水面被該光源照亮的圓形區(qū)域的的直徑為( ) A ．2h tan(arcsin) B ．2h tan(arcsin n) C ．2h tan(arccos) D． 2h cot(arccos n) 題六 題面：圖示為一直角棱鏡的橫截面， ∠bac=90°，∠abc=60°。一平行細光束從O點沿垂直于bc面的方向射入棱鏡。已知棱鏡材料的折射率n=，若不考慮原入射光在bc面上的反射光，則有光線( ) A．從ab面射出 B．從ac面射出 C．從bc

4、面射出，且與bc面斜交 D．從bc面射出，且與bc面垂直 題七 題面：如圖是一個1/4圓柱體棱鏡的截面圖，圖中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邊可吸收到達其上的所有光線。已知該棱鏡的折射率n=5/3，若平行光束垂直入射并覆蓋OM，則光線（ ） A．不能從圓弧射出 B．只能從圓弧射出 C．能從圓弧射出 D．能從圓弧射出 課后拓展練習 注：此部分為老師根據(jù)本講課程內(nèi)容為大家精選的課下拓展題目，故不在課堂中講解，請同學們課下自己練習并對照

5、詳解進行自測. 題一 題面：如圖所示，一段橫截面為正方形的玻璃棒，中間部分彎成四分之一圓弧形狀，一細束單色光由MN端面的中點垂直射入，恰好能在弧面EF上發(fā)生全反射，然后垂直PQ端面射出。 （1）求該玻璃棒的折射率； （2）若將入射光向N端平移，當?shù)谝淮紊涞交∶鍱F上時________(填“能”“不能”或“無法確定能否”)發(fā)生全反射． 題二 題面：頻率不同的兩束單色光1和2以相同的入射角從同一點射入一厚玻璃板后，其光路如圖所示，下列說法正確的是(　　) A．單色光1的波長大于單色光2的波長 B．在玻璃中單色光1的傳播速度大于單色光2的傳播速度 C．單色光1通過玻璃板

6、所需的時間小于單色光2通過玻璃板所需的時間 D．單色光1從玻璃到空氣的全反射臨界角小于單色光2從玻璃到空氣的全反射臨界角 題三 題面：如圖所示，一個三棱鏡的截面為等腰直角△ABC，∠A為直角．此截面所在平面內(nèi)的光線沿平行于BC邊的方向射到AB邊，進入棱鏡后直接射到AC邊上，并剛好能發(fā)生全反射．該棱鏡材料的折射率為(　　) A. B. C. D. 題四 題面：如圖所示，空氣中有一橫截面為半圓環(huán)的均勻透明柱體，其內(nèi)圓半徑為r，外圓半徑為R，R＝r?，F(xiàn)有一束單色光垂直于水平端面A射入透明柱體，只經(jīng)過兩次全反射就垂直于水平端面B射出．設

7、透明柱體的折射率為n，光在透明柱體內(nèi)傳播的時間為t，若真空中的光速為c，則(　　) ． A．n可能為 B．n可能為1.2 C．t可能為 D．t可能為 題五 題面：如圖所示，AB為一長L＝30 km的光導纖維，一束光線從端面A射入，在側面發(fā)生全反射，最后從B端面射出。已知光導纖維的折射率n＝1.35，光線從纖維內(nèi)側面向外射出時，臨界角的正弦值為0.9，設在側面發(fā)生全反射的光線從A端傳播到B端所需時間為t，求t的最小值和最大值。 題六 題面：如圖所示，橫截面為四分之一圓的柱形玻璃磚放在水平面MN上，O點是圓心。一列與OA面等高的平行光束沿水平方向垂直射向

8、玻璃磚的OA面，平行光束通過玻璃磚后在水平面MN上留下照亮的區(qū)域。已知玻璃磚的折射率為n，不考慮光在OA、OB面的反射。 (1)若在玻璃磚左側豎直放置一遮光板，使水平面BN不被照亮，則遮光板的最小高度是多少？ (2)撤去遮光板，從OA的中點射入的細光束在MN上距O點為R的P點留下一個光點，則玻璃磚的折射率n為多少？ 講義參考答案 題一答案：A 題二答案：紫光 題三答案：C 題四答案：A 題五答案：A 題六答案：BD 題七答案：B 課后拓展練習 題一答案：（1）　（

9、2）能 詳解：如圖所示單色光照射到EF弧面上時剛好發(fā)生全反射，由全反射的條件得C＝45°① 由折射定律得n＝② 聯(lián)立①②式得n＝ 題二答案：D 詳解：由題圖可知，光線1的折射率大，頻率高，波長小，在介質(zhì)中傳播速度小，因而產(chǎn)生全反射的臨界角小，選項A錯誤，D正確，B錯誤．設玻璃板的寬度為d，由n＝，在玻璃板中傳播的距離l＝，傳播的速度v＝，所以光在玻璃板中傳播的時間t＝＝＝，光線1的折射角小，所經(jīng)歷的時間應該長，選項C錯誤。 題三答案：A 詳解：根據(jù)折射率定義有，sin∠1＝nsin∠2，nsin∠3＝1，已知∠1＝45°又∠2＋∠3＝90°，解得：n＝. 題四答案：A

10、 詳解：只經(jīng)過兩次全反射可知第一次入射角為45°，反射光路圖如圖所示，根據(jù)全反射可知臨界角C≤45°，再根據(jù)n＝可知n≥；光在透明柱體中運動路程為L＝4r，運動時間為t＝＝，則t≥，B、C、D錯誤，A正確。 題五答案：1.35×10-4 s　1.5×10-4 s 詳解：光線在光導纖維中傳播的時間取決于光沿AB方向的分速度大小，這與入射角的大小有關。設光在光導纖維中傳播的速度為v，則當入射角θ1＝0時，光在光導纖維中沿AB方向直線傳播，此時時間最短，tmin＝，又v＝可得：tmin＝＝1.35×10-4 s 當入射角恰能使光線在光導纖維側面發(fā)生全反射時，光在沿AB方向分速度最小，對應時間最長，tmax＝＝1.5×10-4 s. 題六答案：(1)　(2) 詳解：(1)當光射到AB面的入射角大于臨界角C時，發(fā)生全反射，將沒有光線射向BN平面，設遮光板高度為h，則由折射定律有sinC＝，由幾何知識得h＝RsinC，解得遮光板的最小高度h＝ (2)如圖所示，經(jīng)OA中點射入的光射到AB面時，入射角為θ1＝30°. 由OD＝Rcosθ1＝R 則DP＝OP－OD＝R 故tanα＝＝，解得α＝30° 折射角θ2＝θ1＋α＝60° 由折射定律＝，解得n＝