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第四单元 光
第2课 全反射
一、基础巩固
1．光线在空气和玻璃的分界面上发生全反射的条件是（ ）
A．光从空气射到分界面上，入射角足够小
B．光从空气射到分界面上，入射角足够大
C．光从玻璃射到分界面上，入射角足够大
D．光从玻璃射到分界面上，入射角足够小
【答案】C
【解析】全反射是光从光密媒质向光疏媒质入射时入射角足够大时才会发生的，玻璃是光密媒质，空气是光疏媒质；故C正确，ABD错误，故选C．
2．华裔科学家高锟因在“有关光导纤维用于光学通信方面”取得了突破性成就而获得2009年诺贝尔物理学奖。利用光导纤维进行光纤通信所依据的原理是（ ）
A．光的全反射 B．光的折射 C．光的干涉 D．光的色散
【答案】A
【解析】光导纤维进行光学通信利用光在不停地发生全反射，故A正确，BCD错误。
3．一束单色光照射到空气与水的界面，下列光路可能发生的是（ ）
A． B．
C． D．
【答案】C
【解析】光线从空气折射到水中时，折射角应小于入射角，故AD错误；当入射角小于临界角时，光线在平直面上既发生反射，又发生折射，光线从水折射到空气中时，折射角应大于入射角，折射光线与入射光线分居在法线两侧，故B错误；若入射角大于等于临界角，则光线在平直面上发生全反射，没有折射光线，故C正确；故选C．
4．如图所示，一束光线从玻璃射向空气，入射角为45°．已知该束光从玻璃射向空气时的临界角为42°，下列四幅光路图中正确的是（ ）
A．
B．
C．
D．
【答案】A
【解析】玻璃的临界角为C=42°．由图光线从玻璃射入空气时入射角为i=45°＞C，所以光线将在玻璃与空气的界面上发生全反射，光线全部反射回玻璃．故选A．
5．酷热的夏天，在平坦的柏油公路上，你会看到在一定距离之外，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，它也随你的靠近而后退，对此现象的正确解释是( )
A．此“水面”存在，但在较远的地方
B．“水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉
C．太阳辐射到地面，使地表空气温度升高，折射率小，发生全反射
D．太阳辐射到地面，使地表空气温度升高，折射率大，发生全反射
【答案】C
【解析】试题分析：酷热的夏天，在平坦的柏油公路上，地面附近层的空气温度比上层高，密度比上层小，折射率也比上层小，光照射到地面时发生全反射，人在远处观察仿佛是一片水面，但此“水面”不存在，也不人产生的幻觉．故ABD错误，C正确．故选C.
6．光导纤维由“内芯”和“包层”两个同心圆柱体组成，其中心部分是内芯，内芯以外的部分为包层，光从一端进入，从另一端射出．下列说法正确的是（ ）
A．内芯的折射率大于包层的折射率
B．内芯的折射率小于包层的折射率
C．不同频率的可见光从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用的时间相同
D．若紫光以如图所示角度入射时，恰能在内芯和包层分界面上发生全反射，则改用红光以同样角度入射时，也能在内芯和包层分界面上发生全反射
【答案】A
【解析】光线在内芯和包层的界面上发生全反射，知光从光密介质进入光疏介质，则内芯的折射率大于包层的折射率，A正确，B错误；不同频率的光在界面上发生全反射，知经过的路程相同，根据知光在介质中传播的速度不同，则传播的时间不同，C错误；根据知折射率越大，临界角越小，红光的折射率小，则临界角大，若紫光恰能发生全反射，则红光不能在分界面上发生全反射，D错误。故选A。
7．夏天，海面上下层空气的温度比上层空气的温度低。可以设想海面上的空气是由折射率不同的许多水平气层组成的。景物发出的光线由于不断被折射，越来越偏离原来的方向、人们逆着光线看去就出现了蜃景。如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A．蜃景是景物由于海平面对光的反射所成的像
B．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率大
C．A是蜃楼，B是景物
D．B是蜃景，A是景物
【答案】C
【解析】由于光在大气层中不停地发生全反射，蜃景是景物由于光在大气层中全反射，人们逆着光线看去就出现了蜃景，所以A是蜃景，B是景物,故AD错误，C正确；光在大气层中发生全反射，知下层空气的折射率大于上层空气的折射率，故B错误。故选C。
8．如图所示，一个三棱镜的截面为等腰直角△ABC，∠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边，进入棱镜后直接射到AC边上，并刚好能发生全反射．该棱镜材料的折射率为( )
A．
B．
C．
D．
【答案】A
【解析】三棱镜的截面为等腰直角ABC，光线沿平行于BC边的方向射到AB边，则第一次折射时的入射角等于45°，射到AC边上，并刚好能发生全反射．则有．由折射定律可得： ；所以由上两式可得：n=，故选A.
9．一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．此介质的折射率等于1.5
B．此介质的折射率等于
C．入射角小于45°时可能发生全反射现象
D．入射角大于45°时可能发生全反射现象
【答案】B
【解析】折射率,选项A错误，B正确；全发射必须从光密介质射入光疏介质,真空射向介质不可能发生全反射，选项CD错误。故选B。
10．以下哪些现象是由光的全反射造成的（ ）
A．在岸上能看见水中的鱼 B．夜晚，湖面上映出了岸上的彩灯
C．夏天，海面上出现的海市蜃楼 D．用光导纤维传输光信号
【答案】D
【解析】在岸上能看见水中的鱼，是光的折射，A错误；夜晚湖面上映出了岸上的彩灯，是光的反射，B错误；夏天海面上出现的海市蜃楼，是光的折射产生的，C错误；用光导纤维传输光信号，是利用了光的全反射原理，D正确。故选D。
11．我国的光纤通信技术处于世界领先水平。光纤内芯（内层玻璃）的折射率比外套（外层玻璃）的_____（选填“大”或“小”）。某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为，则该内芯的折射率为_____。（取，结果保留2位有效数字）
【答案】大
【解析】[1]根据全反射定律可知光钎内芯的折射率比外套的折射率大，这样光在内芯和外壳的界面上才能发生全反射，保证信息的传输。
[2]折射率为
12．如图所示，截面为直角三角形的玻璃砖，，，玻璃砖的折射率，一束平行于底边BC的单色光从AB边上的中点M射入此玻璃砖。求：
(1)请计算判断光束第一次到达AC时能否从AC边射出；
(2)第一次从BC边射出时的折射角。
【答案】(1)不能；(2)
【解析】(1)光路图如图所示
光线进入玻璃砖后，达到AC边时，入射角为，由临界角公式得
得
由于入射角大于临界角，发生全反射，故第一次到达AC时不从AC边射出。
(2)当光线第一次到达BC边时，入射角为，由折射定律
得
二、拓展提升
1．如图，ABC是一直角三棱镜的横截面∠A=90°，AB长0.2m，AC长0.1m。一细光束沿平行于BC边的方向从AB边入射后直接射到AC边，恰好在AC边发生全反射，则棱镜的折射率为（ ）
A． B． C． D．
【答案】C
【解析】光路图如图所示：
由几何关系可知，根据折射定律有，，又因为α+β=90°
联立解得，故C正确，ABD错误。故选C。
2．已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光（ ）
A．在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大
B．从该玻璃中射入空气发生全反射时，红光临界角较大
C．以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较大
D．在同种介质中，蓝光的波长比红光的波长长
【答案】B
【解析】根据知蓝光的折射率大，则在介质中传播的速度较小，A错误；从玻璃射入空气发生全反射时的临界角由公式，红光的折射率小，则临界角较大，B正确；以相同的入射角从空气中斜射入玻璃中，蓝光的折射率大，偏折大，折射角应较小，C错误；蓝光的折射率比对红光的折射率大，蓝光的频率大于红光的频率，蓝光的折射率大，在介质中传播的速度较小，蓝光的频率大于红光的频率，所以蓝光的波长小于红光的波长，D错误。故选C。
3．光导纤维由很细的内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯和外套的界面发生全反射，如图所示。为了研究简单，现设外套为空气，内芯的折射率为n，一束光线由空气射入内芯，在内芯与空气的界面恰好发生全反射。若光速为c，则光线通过边长为L的光导纤维所用的时间为（ ）
A． B． C． D．
【答案】C
【解析】一束光线由空气射入内芯，在内芯与空气的界面恰好发生全反射，设临界角为C，则光的传播方向与光导纤维的方向之间的夹角为90°-C，光通过长度为L的光导纤维时的路程为
光导纤维的折射率为n，则光在光导纤维中的传播速度,又由于，所以光的传播的时间，故C正确，ABD错误。故选C。
4．一束由、两种单色光混合的复色光沿半径方向射入半圆形玻璃砖的水平界面，经界面反射和折射后在竖直的光屏上水平界面的上、下两侧产生两个光斑和，如图所示，已知光在玻璃中的传播速度大于光，则以下看法正确的是（ ）
A．处为复色光，处为光
B．处为光，处为光
C．增大光在水平界面上的入射角，光屏上有可能出现三个光斑
D．保持入射光强度不变，增大光在水平界面上的入射角，下方的光斑的亮度将增加
【答案】AD
【解析】已知光在玻璃中的传播速度大于光， ，a的折射率小，临界角大，故b光发生了全反射，a光折射且反射，故处为复色光，处为光，故A正确B错误；增大光在水平界面上的入射角，b光一定发生了全反射，当a光也发生全发射，则光屏上有可能出现一个光斑，不会出现三个，故C错误；保持入射光强度不变，增大光在水平界面上的入射角，入射角越大，反射光线越强，下方的光斑的亮度将增加，故D正确。故选AD。
5．如图所示，平静湖面岸边有一垂钓爱好者，他的眼睛恰好位于岸边B点正上方的A点，竿梢处于水面上的C点，浮标处于水面上的D点，鱼饵灯处于浮标正下方的F点。已知水面与B点等高，AB间的高度h=0.9m，AC间的距离l=4.5m，CD间的距离x=2m，此时垂钓者发现鱼饵灯刚好被竿梢挡住，已知鱼饵灯发出的色光，对湖水的折射率为，求：
(1)鱼饵灯的深度；
(2)若鱼饵灯缓慢竖直上浮，当它离水面多深时，鱼饵灯发出的光恰好无法从水面BC间射出。
【答案】(1)1.5m；(2)
【解析】(1)由题意知
由折射定得
解得
(2)鱼饵灯与竿梢的连线和竖直方向夹角恰好为临界角C时，鱼饵灯发出的光恰好无法从水面BC间射出。则
由几何关系得
解得
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