2020版高中物理 第十三章 2 全反射練習(xí)（含解析）新人教版選修3-4

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1、2　全反射 1.(多選)下列說法正確的是(　BD　) A.因?yàn)樗拿芏却笥诰凭拿芏?所以水是光密介質(zhì) B.因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎?所以水對(duì)酒精來說是光疏介質(zhì) C.同一束光,在光密介質(zhì)中的傳播速度較大 D.同一束光,在光密介質(zhì)中的傳播速度較小 解析:因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎?所以水對(duì)酒精來說是光疏介質(zhì),故A錯(cuò)誤,B正確;由v=可知,光在光密介質(zhì)中的傳播速度較小,故C錯(cuò)誤,D正確. 2.光線從折射率為的介質(zhì)中射向空氣,如果入射角為60°,如圖所示光路可能的是(　C　) 解析:根據(jù)sin C=可求出臨界角為45°,由于入射角大于臨界角,則必定發(fā)生全反射,因此只

2、有反射光線而無折射光線.故C正確. 3.(多選)光在某種介質(zhì)中的傳播速度是1.5×108 m/s,光從該介質(zhì)射向空氣時(shí)(　AC　) A.介質(zhì)的臨界角是30° B.大于或等于30°的所有角都是臨界角 C.入射角大于或等于30°時(shí)都能發(fā)生全反射 D.臨界角可能是60° 解析:由n===2,sin C=知臨界角C=30°,所以A,C正確. 4.如圖所示為光線由空氣進(jìn)入全反射玻璃棱鏡,再由棱鏡射入空氣的光路圖.指出哪種情況是可以發(fā)生的(　A　) 解析:光垂直等腰直角三角形的某直角邊射入玻璃棱鏡時(shí),在斜邊發(fā)生全反射,故A正確. 5.如圖所示,夏天,在平靜無風(fēng)的海面上,向遠(yuǎn)方望去,有

3、時(shí)能看到山峰、船舶、樓臺(tái)、亭閣、集市、廟宇等出現(xiàn)在遠(yuǎn)方的空中.古人不明白產(chǎn)生這種景象的原因,對(duì)它作了不科學(xué)的解釋,認(rèn)為是海中蛟龍(即蜃)吐出的氣結(jié)成的,因而叫做“海市蜃樓”,也叫蜃景.沙漠里有時(shí)也會(huì)看到遠(yuǎn)處的水源、仙人掌近在咫尺,可望而不可及,這也是“蜃景”.下列有關(guān)蜃景的說法中錯(cuò)誤的是(　B　) A.海面上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要小 B.沙面上層空氣的折射率比下層空氣的折射率要小 C.A是蜃景,B是景物 D.C是蜃景,D是景物 解析:海面上,下層空氣的溫度比上層低,則下層空氣的密度比上層要大,故下層空氣的折射率比上層空氣的折射率要大,選項(xiàng)A正確.由于人眼認(rèn)為光線是沿直

4、線傳播的,故A是蜃景,B是景物,選項(xiàng)C正確.太陽照到沙面上,接近沙面的熱空氣層比上層空氣的密度小,折射率也小,即上層折射率大,選項(xiàng)B錯(cuò)誤.從遠(yuǎn)處物體射向地面的光線,進(jìn)入折射率小的熱空氣層時(shí)被折射,入射角逐漸增大,也可能發(fā)生全反射.人們逆著反射光線看去,就會(huì)看到遠(yuǎn)處物體的倒影,故C是蜃景,D是景物,選項(xiàng)D正確. 6.(多選)已知介質(zhì)對(duì)某單色光的臨界角為C,則(　ABC　) A.該介質(zhì)對(duì)單色光的折射率等于 B.此單色光在該介質(zhì)中的傳播速度等于csin C(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sin C倍 D.此單色光在該介質(zhì)中的頻率是在真空中的倍

5、 解析:由臨界角的計(jì)算式sin C=,得n=,選項(xiàng)A正確;將n=代入sin C=,得v=csin C,選項(xiàng)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,由sin C==,λ=λ0sin C,選項(xiàng)C正確;該單色光由真空傳入介質(zhì)時(shí),頻率不發(fā)生變化,選項(xiàng)D錯(cuò)誤. 7.如圖所示,在清澈平靜的水底,抬頭向上觀察,會(huì)看到一個(gè)十分有趣的景象: (1)水面外的景物(藍(lán)天、白云、樹木、房屋),都呈現(xiàn)在頂角θ= 97.6°的倒立圓錐底面的“洞”內(nèi); (2)“洞”外是水底的鏡像; (3)“洞”邊呈彩色,且七色的順序?yàn)閮?nèi)紫外紅

6、. 試分析上述水下觀天的奇異現(xiàn)象. 解析:(1)水面外的景物射向水面的光線,凡入射角0≤i≤90°時(shí),都能折射入水中被人觀察到.根據(jù)折射定律,在i=90°的臨界角條件下 n=,sin r===sin C. 因?yàn)樗呐R界角C=48.8°,所以,倒立圓錐的頂角為θ=2r=2C= 97.6°. (2)水底發(fā)出的光線,通過水面反射成虛像,也可以在水下觀察到,但是由于“洞”內(nèi)有很強(qiáng)的折射光,所以只有在“洞”外才能看到反射光(尤其是全反射光)形成的水底鏡像. (3)光線從空氣中折射入水中時(shí),要發(fā)生色散現(xiàn)象:紅光的折射率最小,偏向角最小;紫光的折射率最大,偏向角最大.因?yàn)檠劬Ω杏X光線是沿直線

7、傳播的,所以從水中看到的彩色“洞”邊,是內(nèi)紫外紅(如圖所示). 答案:見解析 8.如圖所示,已知介質(zhì)Ⅰ為空氣,介質(zhì)Ⅱ的折射率為,則下列說法中正確的是(　A　) A.光線a,b都不能發(fā)生全反射 B.光線a,b都能發(fā)生全反射 C.光線a發(fā)生全反射,光線b不發(fā)生全反射 D.光線a不發(fā)生全反射,光線b發(fā)生全反射 解析:根據(jù)發(fā)生全反射的條件,光從光密介質(zhì)射到光疏介質(zhì)中時(shí),介質(zhì)Ⅱ?qū)諝猗駚碚f是光密介質(zhì),所以光線b可能發(fā)生全反射,但由sin C==,臨界角為C=45°.圖中光線b與界面的夾角為60°,則此時(shí)的入射角為30°<45°,故光線b也不能發(fā)生全反射,故選項(xiàng)A正確. 9.如

8、圖所示,直角三角形ABC為一透明介質(zhì)制成的三棱鏡截面,且 ∠BAC=30°,有一束平行光線垂直射向AC邊.已知這種介質(zhì)的折射率n>2,則(　D　) A.可能有光線垂直于AB邊射出 B.光線只能從BC邊垂直射出 C.光線只能從AC邊垂直射出 D.一定既有光線垂直于BC邊射出,又有光線垂直于AC邊射出 解析:因n>2,而sin C=,所以sin C<,即C<30°,射到AB邊的入射角i=30°,發(fā)生了全反射.部分光線反射后射到AC邊的入射角i=60°,再次發(fā)生全反射而垂直射到BC邊上射出;部分光線射到BC邊的入射角i=60°,再次發(fā)生全反射而垂直射到AC邊上射出.同理,射到BC邊上

9、的光線,經(jīng)兩次全反射后垂直AC射出. 10.如圖所示,一束平行光從真空射向一塊半圓形的折射率為1.5的玻璃磚,以下說法錯(cuò)誤的是(　A　) A.只有圓心兩側(cè)范圍外的光線能通過玻璃磚 B.只有圓心兩側(cè)范圍內(nèi)的光線能通過玻璃磚 C.通過圓心的光線將沿直線穿出不發(fā)生偏折 D.圓心兩側(cè)范圍外的光線將在曲面上產(chǎn)生全反射 解析:光線從玻璃磚射到右側(cè)圓弧面上,在有些區(qū)域會(huì)發(fā)生全反射,只有部分區(qū)域有光射出, 設(shè)光線射到C點(diǎn)時(shí)恰好發(fā)生了全反射,此時(shí)入射角為i,則i=C;根據(jù)臨界角公式sin C=,得sin i==則r=Rsin i=R在C點(diǎn)的上方,入射角大于臨界角,光線發(fā)生全反射,在AC范圍

10、內(nèi)沒有光線射出,根據(jù)對(duì)稱性可知,玻璃磚下方對(duì)稱部位,也沒有光線射出,所以圓心兩側(cè)R范圍外的光線在曲面上發(fā)生全反射,其他范圍的光線都可以通過玻璃磚,其中通過圓心的光線將沿直線穿出不發(fā)生偏折;故A錯(cuò)誤,B,C,D 正確. 11.國內(nèi)最長的梅溪湖激光音樂噴泉,采用了世界一流的噴泉、燈光和音響設(shè)備,呈現(xiàn)出讓人震撼的光與水的萬千變化,噴泉的水池中某一彩燈發(fā)出的一條光線射到水面的入射角為30°,從水面上射出時(shí)的折射角是45°. (1)求光在水面上發(fā)生全反射的臨界角; (2)在水池中 m深處有一彩燈(看做點(diǎn)光源),求這盞彩燈照亮的水面面積. 解析:(1)由折射定律n=得n==; 發(fā)生全反射時(shí),

11、由n==,得C=45°. (2)作出光路圖, 有幾何知識(shí)得 sin C≈,S=πR2,且有sin C=, 解得S≈22 m2. 答案:(1)45°　(2)22 m2 12.如圖所示的高為H圓柱形容器中盛滿折射率n=2的某種透明液體,容器底部安裝一塊平面鏡,容器直徑L=2H,在圓心正上方h高度處有一點(diǎn)光源S,從液體上方觀察,要使S發(fā)出的光照亮整個(gè)液體表面,h應(yīng)該滿足什么條件? 解析:設(shè)點(diǎn)光源S通過平面鏡所成像為S′,如圖,反射光線能照亮全部液面,入射角θ≤C,C為全反射臨界角 sin C==,C=30° tan θ=≤tan C 解得h≥(-1)H 則H>h≥(-1)H. 答案:(1)H>h≥(-1)H - 6 -