人教版2019选择性必修第一册高二物理同步练习4.2全反射(原卷版+解析)

第2节全反射全反射的条件及有关计算问题1．在观察光的全反射实验中，用激光笔从A点照射半圆形玻璃砖的圆心O点，发现有OB、OC两条细光束。当入射光束AO绕O点顺时针转动小角度θ，OB、OC也会随之转动。则（

）A．光束OB顺时针转动的角度大于θ B．光束OC逆时针转动的角度小于θC．光束OB逐渐变亮 D．光束OC逐渐暗2．如图所示，ABCD是两面平行的足够大的透明玻璃砖，AB面和CD面是玻璃和空气的分界面，分别设为界面Ⅰ和界面Ⅱ。光线从界面Ⅰ射入玻璃砖，再从界面Ⅱ射出，回到空气中，如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角，则（）①只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象②只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象③不管入射角多大，光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象④不管入射角多大，光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象A．①② B．②③ C．①④ D．③④全反射的实际应用3．光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，其侧截面如图所示，一复色光以一定的入射角（i≠0）从轴心射入光导纤维后分为a、b两束单色光，下列说法不正确的是（

）A．内芯材料中a的折射率比对b的折射率小B．入射角i由逐渐增大时，a单色光全反射现象先消失C．从空气射入光导纤维，a、b单色光的波长都变长D．在内芯介质中a单色光的传播速度比b单色光大4．自行车上的红色尾灯不仅是装饰品，也是夜间骑车的安全指示灯，它能把来自后面的光线反射回去。某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角棱镜（折射率）组成，棱镜的横截面如图所示。一平行于横截面的光线从O点垂直AB边射入棱镜，先后经过AC边和CB边反射后，从AB边的O′点射出，则出射光线是（）A．平行于AC边的光线①B．平行于入射光线的光线②C．平行于CB边的光线③D．平行于AB边的光线④5．如图甲所示为某种油量计的内部设计，设计师在油箱的一侧竖直安装了一系列厚度相同、长度不同的透明塑料板，每块塑料板的形状如图乙所示，下部尖端部分截面为等腰直角三角形。把这一油量计固定在油箱内，当光由正上方竖直向下射入到塑料板中，从观察窗口中可以清晰看到油量计的上表面有明、暗两片区域。通过观察明暗区域分界线的位置，便可判断出油量的多少，（已知塑料板的折射率大于空气折射率但小于油的折射率，空气的折射率近似等于1），以下说法中正确的是（）A．从观察窗口观察到的亮区在右侧，暗区在左侧B．从观察窗口观察到的亮区在左侧，暗区在右侧C．从观察窗口观察到的明亮区域越大，油量越多D．使用的塑料板折射率应满足6．在光学仪器中，“道威棱镜”被广泛用来进行图形翻转。如图，ABCD是棱镜的横截面，截面是底角为45°的等腰梯形。现有与底面BC平行且频率相同的两束单色光a、b射入AB面，经折射反射，使从CD面射出的光线发生了翻转。已知棱镜材料对该色光的折射率，下列说法正确的是（

）A．两束光中，有一束可能会从底面BC射出B．两束光都不能从底面BC射出，光将从CD面平行于BC射出C．若光a、b从CD面平行于BC射出，a光离底面BC更近D．两束光在棱镜中的传播时间相同7．光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，长为L，其侧截面如图所示，一复色光以一定的入射角（i≠0）从轴心射入光导纤维后分为a、b两束单色光，已知内芯材料对a光的折射率为，真空中的光速为c。下列说法正确的是（

）A．在内芯介质中a单色光的传播速度比b单色光大B．入射角i由逐渐增大时，a单色光全反射现象先消失C．从空气射入光导纤维，a、b单色光的波长都变长D．若入射角时，a、b单色光在内芯和外套界面都发生全反射，则a单色光在介质中传播的时间为8．在透明均匀介质内有一球状空气泡，一束包含a、b两种单色光的细光束从介质射入气泡，A为入射点，之后a、b色光分别从C点、D点射向介质，如图所示。已知A点的入射角为30°，a色光的偏向角（C点出射光线与A点入射光线的夹角）为30°，CD弧所对的圆心角为5°，则（）A．介质对单色光a的折射率为3B．b色光的偏向角为25°C．若逐渐增大A点的入射角，空气泡中率先消失的是a色光D．a色光比b色光更容易发生明显的衍射现象9．如图所示，两束相同频率的色光a、b，以不同光路射入长度足够长厚度为d的平行玻璃砖，已知a光束入射角，a光束进入玻璃后折射光线与玻璃砖边界的夹角，b光束垂直玻璃砖入射，真空中光速。下列说法正确的是（）A．光束b在玻璃砖中的折射率为1B．改变光束a的入射角，其折射光线穿过玻璃砖最长路程为C．该玻璃砖对a光束的折射率为D．图示光束a在该玻璃中传播的速度为10．如图边长为a的立方体透明材料中心处安装一红色点光源，点为上表面的中心，透明材料对该单色光的折射率为，光在真空中的传播速度为c，不考虑二次反射，则（）A．在点观察到的深度为B．光从立方体中射出需要的最短时间为C．光从立方体射出的区域面积占立方体表面积的D．若点光源发出蓝光，透明材料表面有光出射的区域面积将增大11．如图，长为的光导直纤维，代表光的入射端面。某种颜色的光以任何角度从端面进入光导纤维后，均能全反射地从端面传播到另一端面。则下列说法正确的是（）A．相对于该光，光导纤维的折射率最小为B．相对于该光，光导纤维的折射率最小为C．若光导纤维相对该光的折射率为，则光从一端传播到另一端的最长时间为D．若光导纤维相对该光的折射率为，则光从一端传播到另一端的最长时间为12．一柱状容器的高为3l，底面是边长为2l的正方形，容器内装满某种透明液体。过容器中心轴DD'、垂直于左右两侧面的剖面如图所示。容器右侧内壁涂有反光材料，其他内壁涂有吸光材料。在剖面图的左下角处有一点光源，其发出的黄光经过容器内部相应光路后有两束相互垂直的光从液体上表面的D点射出，光在真空中的传播速度为c，则（）A．该透明液体对黄光的折射率为B．黄光在透明液体中的传播速度为0.6cC．黄光从透明液体到空气的临界角小于37°D．将黄光改为红光后从D点射出的两束光夹角小于90°14．半径为R、长为L的半圆柱型玻璃砖置于水平桌面上，玻璃砖的上表面水平，柱面与桌面相切。O为半圆形截面的圆心，一单色平行光束从半圆柱体的矩形上表面射入，该光束平行于半圆形截面并与上表面成45°，如图所示。已知半圆型玻璃砖的折射率为，光在真空中传播速度为c，不考虑光线在玻璃砖内的多次反射，下列说法正确的是（）A．从O点正下方射出玻璃砖的光线在玻璃砖中传播的时间为B．从O点正下方射出玻璃砖的光线在玻璃砖中传播的时间为C．该光束射入玻璃砖后，从部分柱面有光线射出，该部分柱面的面积为D．该光束射入玻璃砖后，从部分柱面有光线射出，该部分柱面的面积为14．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15．柱状光学器件横截面如图所示，右侧是以O为圆心、半径为R的圆，左则是直角梯形，长为R，与夹角，中点为B。a、b两种频率的细激光束，垂直面入射，器件介质对a，b光的折射率分别为1.42、1.40。保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，能在面全反射后，从面射出的光是（不考虑三次反射以后的光）（

）A．仅有a光 B．仅有b光 C．a、b光都可以 D．a、b光都不可以第2节全反射全反射的条件及有关计算问题1．在观察光的全反射实验中，用激光笔从A点照射半圆形玻璃砖的圆心O点，发现有OB、OC两条细光束。当入射光束AO绕O点顺时针转动小角度θ，OB、OC也会随之转动。则（

）A．光束OB顺时针转动的角度大于θ B．光束OC逆时针转动的角度小于θC．光束OB逐渐变亮 D．光束OC逐渐暗【答案】A【详解】A．由图可知，OB为折射光线，光从光密介质到光疏介质，入射角小于折射角，当入射光束AO绕O点顺时针转动，OB为折射光线也顺时针转动，但转动的更快，所以光束OB顺时针转动的角度大于θ，A正确；B．由图可知，光束OC为反射光线，转动方向与入射光线相反，但转动快慢相同，光束OC逆时针转动的角度等于θ，B错误；CD．当入射光线AO转动到一定程度时，入射角等于临界角，发生全发射，折射光线会消失，这一过程中，折射光线OB逐渐变暗，反射光线OC逐渐变亮，CD错误。故选A。2．如图所示，ABCD是两面平行的足够大的透明玻璃砖，AB面和CD面是玻璃和空气的分界面，分别设为界面Ⅰ和界面Ⅱ。光线从界面Ⅰ射入玻璃砖，再从界面Ⅱ射出，回到空气中，如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角，则（）①只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上可能发生全反射现象②只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上可能发生全反射现象③不管入射角多大，光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象④不管入射角多大，光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象A．①② B．②③ C．①④ D．③④【答案】D【详解】①③．在界面Ⅰ上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，故①错误，③正确；②④．在界面Ⅱ上光由玻璃进入空气，是由光密介质进入光疏介质，但是，由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行，光由界面Ⅰ进入玻璃后再到达界面Ⅱ，在界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角，则界面Ⅱ上的入射角总是小于临界角，因此也不会发生全反射现象，故②错误，④正确；故③④正确，故选D。全反射的实际应用3．光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，其侧截面如图所示，一复色光以一定的入射角（i≠0）从轴心射入光导纤维后分为a、b两束单色光，下列说法不正确的是（

）A．内芯材料中a的折射率比对b的折射率小B．入射角i由逐渐增大时，a单色光全反射现象先消失C．从空气射入光导纤维，a、b单色光的波长都变长D．在内芯介质中a单色光的传播速度比b单色光大【答案】C【详解】A．根据光路图可知，两种光从空气射入内芯后a光的折射角大于b光的折射角，根据折射定律可知，内芯材料中a的折射率比对b的折射率小，A正确；B．由以上分析可知，内芯材料中a的折射率比对b的折射率小，根据所以a光的临界角大，所以入射角i由逐渐增大时，a单色光全反射现象先消失，B正确；C．光从空气射入内芯时，根据可知光的传播速度变小，再根据波速、频率与波长的关系可知，波长变短，C错误；D．因为内芯材料中a的折射率比对b的折射率小，根据可知在内芯介质中a单色光的传播速度比b单色光大，D正确。故选C。4．自行车上的红色尾灯不仅是装饰品，也是夜间骑车的安全指示灯，它能把来自后面的光线反射回去。某种自行车尾灯可简化为由许多整齐排列的等腰直角棱镜（折射率）组成，棱镜的横截面如图所示。一平行于横截面的光线从O点垂直AB边射入棱镜，先后经过AC边和CB边反射后，从AB边的O′点射出，则出射光线是（）A．平行于AC边的光线①B．平行于入射光线的光线②C．平行于CB边的光线③D．平行于AB边的光线④【答案】B【详解】由题意可知光线在棱镜与空气界面发生全反射的临界角为根据几何关系可知光线在AC面的入射角为45°，所以光线在AC面发生全反射，反射光线平行于AB，进而在BC面的入射角也为45°，也会发生全反射，最终垂直于AB射出棱镜，所以出射光线是平行于入射光线的光线②。故选B。5．如图甲所示为某种油量计的内部设计，设计师在油箱的一侧竖直安装了一系列厚度相同、长度不同的透明塑料板，每块塑料板的形状如图乙所示，下部尖端部分截面为等腰直角三角形。把这一油量计固定在油箱内，当光由正上方竖直向下射入到塑料板中，从观察窗口中可以清晰看到油量计的上表面有明、暗两片区域。通过观察明暗区域分界线的位置，便可判断出油量的多少，（已知塑料板的折射率大于空气折射率但小于油的折射率，空气的折射率近似等于1），以下说法中正确的是（）A．从观察窗口观察到的亮区在右侧，暗区在左侧B．从观察窗口观察到的亮区在左侧，暗区在右侧C．从观察窗口观察到的明亮区域越大，油量越多D．使用的塑料板折射率应满足【答案】AD【详解】ABC．光从正上方竖直向下射入到塑料板中，若塑料板的下方浸没在油中，由于塑料板的折射率小于油的折射率，光不会发生全反射，从上方观察为暗区；若塑料板的下方没有浸没在油中，由于塑料板的折射率大于空气的折射率，光发生全反射，从上方观察为亮区，因此从观察窗口观察到的亮区在右侧，暗区在左侧，而且从观察窗口观察到的明亮区域越大，油量越少，A正确，BC错误；D．若光从塑料板的下部与空气界面发生全反射，根据几何关系可知入射角因此临界角由于可得，D正确。故选AD。6．在光学仪器中，“道威棱镜”被广泛用来进行图形翻转。如图，ABCD是棱镜的横截面，截面是底角为45°的等腰梯形。现有与底面BC平行且频率相同的两束单色光a、b射入AB面，经折射反射，使从CD面射出的光线发生了翻转。已知棱镜材料对该色光的折射率，下列说法正确的是（

）A．两束光中，有一束可能会从底面BC射出B．两束光都不能从底面BC射出，光将从CD面平行于BC射出C．若光a、b从CD面平行于BC射出，a光离底面BC更近D．两束光在棱镜中的传播时间相同【答案】BCD【详解】A．光路图如图所示根据几何关系有根据折射定律解得所以说明光线在BC边发生全反射，故A错误；B．根据几何关系；解得说明光线从CD面平行于BC射出，故B正确；CD．由图可知，两束光在介质中的路程相等，且a光的出射光线离BC更近，故CD正确。故选BCD。7．光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，长为L，其侧截面如图所示，一复色光以一定的入射角（i≠0）从轴心射入光导纤维后分为a、b两束单色光，已知内芯材料对a光的折射率为，真空中的光速为c。下列说法正确的是（

）A．在内芯介质中a单色光的传播速度比b单色光大B．入射角i由逐渐增大时，a单色光全反射现象先消失C．从空气射入光导纤维，a、b单色光的波长都变长D．若入射角时，a、b单色光在内芯和外套界面都发生全反射，则a单色光在介质中传播的时间为【答案】ABD【详解】A．由图可知，在内芯介质中a单色光的折射角比b单色光大，根据折射定律在内芯介质中a单色光的折射率比b单色光小，又由可知，在内芯介质中a单色光的传播速度比b单色光大，故A正确；B．根据折射定律可知，入射角i由逐渐增大时，a、b单色光的折射角都增大，a单色光的折射角大于b单色光，导致a、b单色光在到达内芯和外套界面时的入射角都减小，且a单色光入射角小于b单色光，由于a单色光的折射率比b单色光小，根据可知，a单色光发生全反射的临界角大于b单色光，则a单色光全反射现象先消失，故B正确；C．由于光在不同介质中的频率不变，根据传播速度减小，由波长减小，故C错误；D．当入射角时，设a单色光的折射角为r，根据折射定律有可得根据数学知识可知根据几何关系可知，a单色光的传播距离为由传播速度为则a单色光在介质中传播的时间为故D正确。故选ABD。8．在透明均匀介质内有一球状空气泡，一束包含a、b两种单色光的细光束从介质射入气泡，A为入射点，之后a、b色光分别从C点、D点射向介质，如图所示。已知A点的入射角为30°，a色光的偏向角（C点出射光线与A点入射光线的夹角）为30°，CD弧所对的圆心角为5°，则（）A．介质对单色光a的折射率为3B．b色光的偏向角为25°C．若逐渐增大A点的入射角，空气泡中率先消失的是a色光D．a色光比b色光更容易发生明显的衍射现象【答案】BC【详解】A．a色光的偏向角为，在A点的入射角为、折射角为，由解得所以故A错误；B．AD圆弧对应的圆心角为所以b色光在A点的折射角为则b色光的偏向角故B正确；C．b色光的折射率为当发生全反射时由可知所以若逐渐增大A点的入射角，空气泡中率先消失的是a色光，故C正确；D．a色光的折射率大，所以a光的频率大波长小，则b色光比a色光更容易发生明显的衍射现象，故D错误。故选BC。9．如图所示，两束相同频率的色光a、b，以不同光路射入长度足够长厚度为d的平行玻璃砖，已知a光束入射角，a光束进入玻璃后折射光线与玻璃砖边界的夹角，b光束垂直玻璃砖入射，真空中光速。下列说法正确的是（）A．光束b在玻璃砖中的折射率为1B．改变光束a的入射角，其折射光线穿过玻璃砖最长路程为C．该玻璃砖对a光束的折射率为D．图示光束a在该玻璃中传播的速度为【答案】BC【详解】A．当光束垂直于介质表面入射时将不发生偏折，此时入射角和折射角都为零，但不能说明介质对光束的折射率为1，只有真空的折射率才为1，光束b在玻璃砖中的折射率一定大于1，故A错误；C．该玻璃砖对a光束的折射率为故C正确；D．图示光束a在该玻璃中传播的速度为故D错误；B．当入射角α无限接近90°时，折射角β将无限接近全反射临界角C，即此时对应折射光线穿过玻璃砖路程最长的临界状态，根据几何关系可得最长路程为故B正确。故选BC。10．如图边长为a的立方体透明材料中心处安装一红色点光源，点为上表面的中心，透明材料对该单色光的折射率为，光在真空中的传播速度为c，不考虑二次反射，则（）A．在点观察到的深度为B．光从立方体中射出需要的最短时间为C．光从立方体射出的区域面积占立方体表面积的D．若点光源发出蓝光，透明材料表面有光出射的区域面积将增大【答案】AB【详解】A．根据视深公式可得，在点观察到的深度为故A正确；B．根据公式可得，光在立方体中的传播速度为由题意可知，光在立方体中传播的最短距离为则光从立方体中射出需要的最短时间为故B正确；C．根据题意，由公式可得则由几何关系可得，光从立方体一侧射出的区域半径为光从立方体一侧射出的区域面积为光从立方体射出的区域面积与立方体表面积的比值为故C错误；D．蓝光的频率比红光的大，透明材料对蓝光的折射率比红光的大，由可知，蓝光的临界角比红光的小，则透明材料表面有光出射的区域面积将减小，故D错误。故选AB。11．如图，长为的光导直纤维，代表光的入射端面。某种颜色的光以任何角度从端面进入光导纤维后，均能全反射地从端面传播到另一端面。则下列说法正确的是（）A．相对于该光，光导纤维的折射率最小为B．相对于该光，光导纤维的折射率最小为C．若光导纤维相对该光的折射率为，则光从一端传播到另一端的最长时间为D．若光导纤维相对该光的折射率为，则光从一端传播到另一端的最长时间为【答案】AC【详解】AB．设入射角为，折射角为，光线到达上界面的入射角为，全反射的临界角为，如图所示由折射定律得由几何关系有所以由题意知，入射角增大到时，时，折射率最小，因为所以联立可得折射率至少为A正确，B错误；CD．光在玻璃介质中的传播速度如图所示由几何关系可知光在光纤中传播的路程为当入射角时，折射角最大，角最小，光在光纤中通过的路程最长，传播的时间越长，若光导纤维相对该光的折射率为，则有解得可得光从一端传播到另一端的最长时间为，C正确，D错误。故选AC。12．一柱状容器的高为3l，底面是边长为2l的正方形，容器内装满某种透明液体。过容器中心轴DD'、垂直于左右两侧面的剖面如图所示。容器右侧内壁涂有反光材料，其他内壁涂有吸光材料。在剖面图的左下角处有一点光源，其发出的黄光经过容器内部相应光路后有两束相互垂直的光从液体上表面的D点射出，光在真空中的传播速度为c，则（）A．该透明液体对黄光的折射率为B．黄光在透明液体中的传播速度为0.6cC．黄光从透明液体到空气的临界角小于37°D．将黄光改为红光后从D点射出的两束光夹角小于90°【答案】AD【详解】A．光路图如图所示由折射定律可知，根据题意可知联立解得由几何关系可知；联立解得故A正确；B．黄光在透明液体中的传播速度为故B错误；C．根据临界角公式知说明黄光从透明液体到空气的临界角大于37°，故C错误；D．红光的频率小于黄光，折射角均减小，因此两束光夹角小于90°，故D正确。故选AD。14．半径为R、长为L的半圆柱型玻璃砖置于水平桌面上，玻璃砖的上表面水平，柱面与桌面相切。O为半圆形截面的圆心，一单色平行光束从半圆柱体的矩形上表面射入，该光束平行于半圆形截面并与上表面成45°，如图所示。已知半圆型玻璃砖的折射率为，光在真空中传播速度为c，不考虑光线在玻璃砖内的多次反射，下列说法正确的是（）A．从O点正下方射出玻璃砖的光线在玻璃砖中传播的时间为B．从O点正下方射出玻璃砖的光线在玻璃砖中传播的时间为C．该光束射入玻璃砖后，从部分柱面有光线射出，该部分柱面的面积为D．该光束射入玻璃砖后，从部分柱面有光线射出，该部分柱面的面积为【答案】BC【详解】AB．由临界角公式所以临界角为45°，由折射定律所以又因为联立解得，A错误，B正确；CD．如图设折射光线PM在半圆截面刚好发生全反射，由上述分析可知：临界角，OM与水平方向的夹角为所以ON与竖直方向的夹角为15°，有光透出的部分为MN圆弧对应的圆心角为则AB