[K12学习]2017_2018学年高中物理课时跟踪检测十一光的全反射光导纤维及其应用鲁科版选修3_4

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课时跟踪检测(十一)

光的全反射

光导纤维及其应用

(时间:30 分钟 满分:50 分) 一、选择题(共 6 小题,每小题 5 分,共 30 分,第小题只有一个选项正确。) 1.已知介质对某单色光的临界角为 C,则下列说法错误的是( 1 A.该介质对单色光的折射率等于 sin C B.此单色光在该介质中的传播速度为 c·sin C(c 是光在真空中的传播速度) C.此单色光在该介质中的传播波长是在真空中波长的 sin C 倍 1 D.此单色光在该介质中的频率是在真空中的 倍 sin C 2.一束光线由空气斜射入横截面为半圆形的玻璃砖,再由玻璃砖射出,入射光线的延 长线沿半径,则如图 1 所示的光路图正确的是( ) )

图1 A.①② C.③④ B.②③ D.①④

3. (重庆高考)打磨某剖面如图 2 所示的宝石时,必须将 OP、OQ 边与轴线的夹角 θ 切 割在 θ 1<θ <θ 2 的范围内, 才能使从 MN 边垂直入射的光线, 在 OP 边和 OQ 边都发生全反射(仅 考虑如图所示的光线第一次射到 OP 边并反射到 OQ 边后射向 MN 边的情况), 则下列判断正确 的是( )

图2 A.若 θ >θ 2,光线一定在 OP 边发生全反射 B.若 θ >θ 2,光线会从 OQ 边射出 C.若 θ <θ 1,光线会从 OP 边射出 D.若 θ <θ 1,光线会在 OP 边发生全反射 4.如图 3 所示, 两束频率不同的光束 A 和 B 分别沿半径方向射入半圆形玻璃砖, 出射光 线都是 OP 方向,下列说法正确的是( )

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图3 A.A 对玻璃砖的折射率较大 B.A 穿过玻璃砖所需的时间较长 C.光由玻璃射向空气发生全反射时,A 的临界角小 D.光由玻璃射向空气发生全反射时,B 的临界角小 5. (四川高考)如图 4 所示,口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球, 则( )

图4 A.小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球 B.小球所发的光能从水面任何区域射出 C.小球所发的光从水中进入空气后频率变大 D.小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大 1 6.如图 5 所示是一个 圆柱体棱镜的截面图,图中 E、F、G、H 将半径 OM 分成 5 等份, 4 虚线 EE1、FF1、GG1、HH1 平行于半径 ON,ON 边可吸收到达其上的所有光线。已知该棱镜的折 5 射率 n= ,若平行光束垂直入射并覆盖 OM,则光线( 3 )

图5 A.不能从圆弧 NF1 射出 B.只能从圆弧 NG1 射出 C.能从圆弧 G1H1 射出 D.能从圆弧 H1M 射出 二、非选择题(共 2 小题,共 20 分) 7. (8 分)(江苏高考)如图 6 为单反照相机取景器的示意图, ABCDE 为五棱镜的一个截面,

AB⊥BC。光线垂直 AB 射入,分别在 CD 和 EA 上发生反射,且两次反射的入射角相等,最后
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小初高学习+K12 光线垂直 BC 射出。 若两次反射都为全反射, 则该五棱镜折射率的最小值是多少?(计算结果 可用三角函数表示)

图6 8.(12 分)(山东高考)如图 7,三角形 ABC 为某透明介质的横截面,O 为 BC 边的中点, 位于截面所在平面内的一束光线自 O 以角 i 入射,第一次到达 AB 边恰好发生全反射。已知 θ =15°,BC 边长为 2L,该介质的折射率为 2。求:

图7 (ⅰ)入射角 i; (ⅱ)从入射到发生第一次全反射所用的时间 (设光在真空中的速度为 c,可能用到:sin 75°= 6+ 2 或 tan 15°=2- 3)。 4

答 案 1 1 c 1.选 D 由临界角的计算式 sin C= 得 n= ,选项 A 正确;将 n= 代入 sin C= n sin C v 1

n

得 sin C= ,故 v=csin C,选项 B 正确;设该单色光的频率为 f,在真空中的波长为 λ 0,

v c

在介质中的波长为 λ ,由波长、频率、光速的关系得 c=λ 0f,v=λ f,故 sin C= =

v λ , c λ 0

λ =λ 0sin C,选项 C 正确;该单色光由真空传入介质时,频率不发生变化,选项 D 错误。 2.选 D 在玻璃砖的下边,由于光是从光密介质到光疏介质,在这个面上有可能发生 光的折射,如果入射角大于临界角,则发生全反射。由光的折射定律和全反射的知识,很容 易看出①④图正确,答案为 D。 3.选 D 题图中,要使光线可在 OP 边发生全反射,图中光线在 OP 边上的入射角大于 90°-θ 2。从 OP 边上反射到 OQ 边的光线,入射角大于 90°-(180°-3θ 1)=3θ 1-90° 小初高学习+K12

小初高学习+K12 可使光线在 OQ 边上发生全反射。若 θ >θ 2,光线不能在 OP 边上发生全反射;若 θ <θ 1, 光线不能在 OQ 边上发生全反射,综上所述,选项 D 正确。 4.选 D 根据光线可逆,两束光在空气中的入射角相等,A 光的折射角大、折射率小;

c 1 v= ,折射率小的,在介质中的传播速度大,时间短,故 A、B 错;sin C= ,折射率小的, n n
临界角大,所以 B 的临界角小。故 D 正确。 5.选 D 根据光的传播规律解决问题。发光小球沿水平方向发出的光,均能射出玻璃 缸, 不发生全反射, 选项 A 错误; 小球发出的光射到水面上时, 当入射角大于等于临界角时, 会发生全反射,选项 B 错误;光的频率由光源决定,光由一种介质进入另一种介质时,光的 频率不变,选项 C 错误;根据 n= ,光在水中的传播速度较小,选项 D 正确。 5 1 3 6.选 B 由该棱镜的折射率为 n= 可知其临界角 C 满足 sin C= = ,由题图中的几 3 n 5 何关系可求出 GG1 右边的入射光线全部发生全反射, GG1 左边的入射光线没有发生全反射, 所 以光线只能从圆弧 NG1 射出,选项 B 正确。 7.解析:本题考查光的全反射规律的应用,意在考查考生对光 路的分析能力及全反射规律的应用能力。光线在棱镜中的光路图如 图所示,根据反射定律和题设条件,得 4α =90°,所以入射角 α =22.5° 1 根据全反射规律,sin C=

c v

n

1 故 sin 22.5°≥

n

1 1 所以 n≥ ,即折射率的最小值为 。 sin 22.5° sin 22.5° 答案: 1 sin 22.5°

8.解析:(ⅰ)根据全反射规律可知,光线在 AB 面上 P 点的入射角等 于临界角 C,由折射定律得 1 sin C= ①

n

代入数据得 C=45°② 设光线在 BC 面上的折射角为 r,由几何关系得 r=30°③ sin i 由折射定律得 n= ④ sin r 联立③④式,代入数据得 i=45°⑤

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OP
(ⅱ)在△OPB 中,根据正弦定理得

= ⑥ sin 75° sin 45°

L

设所用时间为 t,光线在介质中的速度为 v,得 OP =vt⑦ 又 v= ⑧ 联立⑥⑦⑧式,代入数据得 t= 答案:见解析 6+ 2 L⑨ 2c

c n

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