新教材同步系列2024春高中物理课时分层作业13光的全反射与光纤技术粤教版选择性必修第一册

课时分层作业(十三)光的全反射与光纤技术考点一对全反射的理解1．(多选)下述现象哪些是由于全反射造成的()A．露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下格外明亮B．直棒斜插入水中时呈现弯折现象C．口渴的沙漠旅行者，往往会看到前方有一潭晶莹的池水，当他们喜出望外地奔向那潭池水时，池水却总是可望而不可即D．在盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管，看到试管壁特别明亮2．(多选)关于全反射，下列说法中正确的是()A．发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线B．光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象C．光从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射现象D．水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生全反射3．(多选)如图所示，一束平行光从真空射向一块半圆形的玻璃砖，下列说法正确的是()A．只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖B．只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖C．通过圆心的光线将沿直线穿过玻璃砖不发生偏折D．圆心两侧一定范围外的光线将在曲面产生全反射考点二临界角公式的分析和计算4．(多选)如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为θ＝30°，E、F分别为AB、BC的中点，则()A．该棱镜的折射率为3B．光在F点发生全反射C．光从空气进入棱镜，波长变小D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行5．某种液体的折射率为2，距液面下深h处有一个点光源，从液面上看液面被光源照亮的圆形区域的半径为()A．12h B．C．33h D．26．已知介质对某单色光的临界角为C，则()A．此单色光在该介质中的传播速度等于在真空中的传播速度的1sinB．该介质对单色光的折射率等于1C．此单色光在该介质中的传播波长是在真空中波长的1sinD．此单色光在该介质中的频率是在真空中的1sin7．有一束波长为6×10-7m的单色光从空气射入某种透明介质，入射角为45°，折射角为30°，则下列说法正确的是()A．介质的折射率是1B．这束光在介质中传播的速度是1.5×108m/sC．这束光的频率是5×1014HzD．这束光发生全反射的临界角是30°考点三光导纤维8．关于光纤的说法，正确的是()A．光纤是由高级金属制成的，所以它比普通电线容量大B．光纤是非常细的特制玻璃丝，但导电性能特别好，所以它比普通电线衰减小C．光纤是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外套两层组成，光纤是利用全反射原理来实现光的传导的D．在实际应用中，光纤必须呈笔直状态，因为弯曲的光纤是不能传导光的9．光导纤维是利用光的全反射来传输光信号的．如图所示，一光导纤维内芯折射率为n1，外层折射率为n2，一束光信号与界面夹角为α由内芯射向外层，要在界面发生全反射，必须满足的条件是()A．n1>n2，α小于某一值B．n1<n2，α大于某一值C．n1>n2，α大于某一值D．n1<n2，α小于某一值10．(多选)如图所示，ABC为一玻璃三棱镜的截面，一束光线MN垂直于AB面射入，在AC面发生全反射后从BC面射出，则()A．由BC面射出的红光更偏向AB面B．由BC面射出的紫光更偏向AB面C．若∠MNB变小，最先从AC面透出的是红光D．若∠MNB变小，最先从AC面透出的是紫光11．(2022·辽宁卷)完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮．2021年12月，在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球．如图所示，若气泡与水球同心，在过球心O的平面内，用单色平行光照射这一水球．下列说法正确的是()A．此单色光从空气进入水球，频率一定变大B．此单色光从空气进入水球，频率一定变小C．若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射D．若光线2在N处发生全反射，光线1在M处一定发生全反射12．光纤是现代通讯普遍使用的信息传递媒介，它利用全反射原理来传递光信号．现有一根圆柱形光纤，已知制作光纤材料的折射率为n．假设光信号从光纤一端的中心进入．如图所示，为保证沿任意方向进入的光信号都能传递到另一端，n不能小于某一值．(1)求n的最小值；(2)沿不同方向进入光纤的光信号传递到另一端所用的时间会有所不同，求最长时间与最短时间的比值．13．如图所示为用某种透明材料制成的一块柱形棱镜的截面图，圆弧CD为半径为R的四分之一的圆周，圆心为O，光线从AB面上的某点入射，入射角θ1＝45°，它进入棱镜后恰好以临界角射在BC面上的O点．(1)画出光线由AB面进入棱镜且从CD弧面射出的光路图；(2)求该棱镜的折射率n；(3)求光线在该棱镜中传播的速度大小v(已知光在空气中的传播速度c＝3.0×108m/s)．课时分层作业(十三)光的全反射与光纤技术1234567891011ACDCDBCDACCBCCABCCA组基础巩固练1．ACD[露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下在部分位置发生全反射，所以格外明亮，故A正确；直棒斜插入水中时呈现弯折现象是由于光的折射，故B错误；口渴的沙漠旅行者，往往会看到前方有一潭晶莹的池水，是折射和全反射形成的现象，故C正确；盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管，看到试管壁特别明亮，是由于发生了全反射，故D正确．]2．CD[全反射是当光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于等于临界角时发生的现象，发生全反射时全部光线均不进入光疏介质．光从水或玻璃射向气泡时，一部分光线在界面发生了全反射，即反射光增强，透射光减弱，就使气泡看起来特别亮，A、B错误，C、D正确．]3．BCD[垂直射向界面的光线不偏折，因而光束沿直线平行射到半圆面上．其中通过圆心的光线将沿直线穿过不发生偏折，入射角为零．由中心向外的光线，在半圆面上进入真空时的入射角逐渐增大并趋近90°角，折射角一定大于入射角，所以一定会发生全反射．]4．AC[在E点作出法线可知入射角为60°，折射角为30°，折射率为3，故A正确；光在棱镜中发生反射的临界角的正弦值为33，则临界角大于30°，在F处的入射角为30°，小于临界角，不会发生全反射，故B错误；光从空气进入棱镜，频率不变，速度变小，由v＝λf知波长变小，故C正确；三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折，不会与入射到E点的光束平行，故D错误．5．C[设水面上的人看到水面被该光源照亮的圆形区域的半径为r．如图．光线在圆形区域的边缘恰好发生全反射，入射角等于临界角C．由sinC＝1n＝12得C＝根据几何关系可知r＝33h，故C正确．6．B[根据临界角公式sinC＝1n得n＝1sinC，故B正确；光在介质中传播速度v＝cn＝c·sinC(c是光在真空中的传播速度)，故A错误；设光在真空中与介质中波长分别为λ0和λ，由v＝cn，v＝λf，c＝λ0f，得n＝λ0λ，则得λ＝λ0sinC，故C错误；光的频率由光源决定，与介质无关，7．C[该介质的折射率为n＝sin45°sin30°＝2，A错误；光在介质中传播的速度是v＝cn＝3×1082m/s＝322×108m/s，该束光的频率为f＝cλ＝3×1086×10-7Hz＝5×1014Hz，8．C[光导纤维的作用是传导光，它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝，且由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大．载有声音、图像及各种数字信号的激光传播时，在内芯和外套的界面上发生全反射，光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强等特点．在实际应用中，光纤是可以弯曲的，故C正确．]9．A[光在内芯和外层的界面上发生全反射，则内芯的折射率n1大于外层的折射率n2，由于入射角要大于或等于临界角，所以α应小于某一值．故A正确，B、C、D错误．]B组能力提升练10．BC[在AC面发生全反射后从BC面射出时，所有光线在BC面上入射角相等，由于玻璃对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大，根据折射定律得到，在BC面上的折射角红光的最小，紫光的最大，则由BC面射出的紫光更偏向AB面，故A错误，B正确；若∠MNB变小，在AC面入射角减小，由于红光的临界角最大，当入射角减小，最先不发生全反射，最先从AC面透出，故C正确，D错误．]11．C[光的频率是由光源决定的，与介质无关，频率不变，A、B错误；如图所示可看出光线1入射到水球的入射角小于光线2入射到水球的入射角，则光线1在水球外表面折射后的折射角小于光线2在水球外表面折射后的折射角，设水球半径为R、气泡半径为r、光线经过水球后的折射角为α、光线进入气泡的入射角为θ，由几何关系有sinπ-θR＝sinαr，则可得出光线2的θ大于光线1的θ，故若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射，C12．解析：(1)设光的入射角为i，折射角为r，根据折射定律有sini＝nsinr当i趋于90°时，r最大，光在侧面的入射角最小，当在侧面的入射角最小时能发生全反射，则所有入射的光均能发生全反射，则有sin(90°－r)＝1联立，解得n＝2．(2)设光从一端垂直入射，不经过反射直接到达另一端所用的时间为t1，此时所用时间最短，设光在光纤中传播的速度为v，则有t1＝L光经过多次全反射到达另一端所用时间会变长，当i最大时，所用时间最长，即当i＝90°时，光到达另一端所用的时间最长，设最长时