4 2 全反射(同步训练)(附答案)—高中物理选择性必修1(人教版(2019))

4.2 全反射（同步训练）
一、选择题
1.如图所示，一束光从介质a斜射向介质b，在两种介质的分界面上发生了全反射，下列判断正确的是()
A.光的入射角必须等于临界角
B.光的入射角必须小于临界角
C.a是光疏介质，b是光密介质
D.b是光疏介质，a 是光密介质
2．a、b两种单色光组成的光束从空气进入介质时，其折射光束如图所示．则关于a、b两束光，下列说法正确的是()
A.介质对a光的折射率小于b光
B.a光在介质中的速度小于b光
C.a光在真空中的波长小于b光
D.光从介质射向空气时，a光的临界角小于b光
3.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.
6
2 B.2 C.
3
2 D.3
4.(多选)一束光从空气射向折射率n＝ 2 的某种玻璃的表面，如图所示，i代表入射角，则()
A．当i>45°时会发生全反射现象
B．无论入射角i是多大，折射角r都不会超过45°
C．欲使折射角r＝30°，应以i＝45°的角度入射
D．当入射角i＝arctan2时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直
5.(多选)下列说法正确的是( )
A.因为水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介质
B.因为水的折射率小于酒精的折射率，所以水对酒精来说是光疏介质
C.同一束光，在光密介质中的传播速度较大
D.同一束光，在光密介质中的传播速度较小
6.如图是在高山湖泊边拍摄的一张风景照片，湖水清澈见底，近处湖面水下的景物(石块、沙砾等)都看得很清楚，而远处只看到对岸山峰和天空的倒影，水面下的景物则根本看不到．下列说法中正确的是( )
A.远处山峰的倒影非常清晰，是因为山峰的光线在水面上发生了全反射
B.光线由水射入空气，光的波速变大，波长变小
C.远处水面下景物的光线射到水面处，入射角很大，可能发生了全反射，所以看不见
D.近处水面下景物的光线射到水面处，入射角较小，反射光强而折射光弱，因此有较多的能量射出水面而进入人眼中
7.用激光笔照射光具盘上的半圆形玻璃砖，观察到的现象如图所示．以下说法正确的是( )
A.光线a 是入射光线
B.玻璃砖的折射率n ＝sin 40°sin 80°
C.顺时针转动玻璃砖时，光线b 也顺时针方向转
D.逆时针转动玻璃砖时，光线a 逐渐减弱最后消失
8.如图所示为长方形玻璃砖一横截面ABQD ，BQ 边长为L ，一束单色光从AB 边上的P 点进入玻璃砖，在AD 边上的某点恰好发生全反射后从Q 点射出．已知玻璃砖对这种单色光的折射率为n ，光在真空中的传播速度为c ，则单色光在玻璃砖中通过的时间为( )
A.n 2L c
B.n 2L 2c
C.nL c
D.nL 2c
9.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.L c B.nL c C.n 2L c D.L nc
10.如图所示为单反照相机取景器的示意图，五边形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(计算结果可用三角函数表示)
( )
A.n ＝1sin 22.5°
B.n ＝1sin 45°
C.n ＝1cos 22.5°
D.n ＝1cos 45°
11.(多选)已知水、水晶、玻璃的折射率分别为1.33、1.55和1.60，则由此可知( )
A.水是光疏介质
B.玻璃为光密介质
C.水对于水晶或玻璃是光疏介质
D.水晶对玻璃是光疏介质
12.如图，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O 点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是( )
13.一束光从某介质进入真空，方向如图所示，则下列判断中正确的是( )
A.该介质的折射率是3
3
B.该介质的折射率是3
C.该介质相对真空发生全反射的临界角是45°
D.光线按如图所示的方向入射，无论怎样改变入射方向，都不可能发生全反射现象
二、非选择题
14.为什么水中或玻璃中的气泡看起来特别明亮？
15.如图所示，AB为空气与某种介质的界面，直线MN垂直于界面AB，光由空气射入折射率n＝ 2 的这种介质．已知光在空气中的传播速度约为3×108 m/s.求：
(1)当入射角i＝45°时，折射角r；(2)光在这种介质中的传播速度大小v；
(3)若光由这种介质射向空气，发生全反射的临界角的正弦值．
16.由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为高速传输信息的载体．要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多少？
参考答案及解析：
一、选择题
1.D 解析：对照全反射的条件知，光的入射角必须大于或等于临界角，故A 、B 错误；光从介质a 射向介质b ，在a 、b 介质的分界面上发生了全反射，则a 是光密介质，b 是光疏介质，故C 错误，D 正确．
2.A 解析：根据折射率的定义n ＝sin i sin r ，得知入射角相等，a 光的折射角较大，则a 光的折射率较小，A 正确；由公式v ＝c n
分析可知，a 光在介质中的速度较大，B 错误；光的折射率越大，其频率越大，波长越短，因此a 光在真空中的波长更长，C 错误；根据临界角公式sin C ＝1n
分析可知，a 光的折射率小，临界角大，D 错误．
3.A 解析：在AB 面上，设入射角为i ，i ＝45°，折射角为θ，则n ＝
sin i sin θ ①，在AC 面上，由几何知识可知，此时入射角i ′＝90°－θ ②，则n ＝1sin i ′
③，由①②③解得n ＝62，故A 正确．
4.BCD 解析：因为光是从空气进入玻璃，所以不可能发生全反射，A 错误；当入射角是90°时，折射角最大，根据n ＝sin 90°sin r
，则折射角最大值为r ＝45°，所以无论入射角i 是多大，折射角r 都不会超过45°，B 正确；当折射角r ＝30°，由n ＝sin i sin 30°
＝2，解得i ＝45°，C 正确；当反射光线跟折射光线恰好互相垂直时，设入射角为i ，折射角为r ，有i ＋r ＝90°，n ＝sin i sin r ＝sin i sin (90°－i )
＝tan i ，所以i ＝arctan 2，D 正确． 5.BD 6.C 7.C 8.A 9.C 10.A
11.CD 解析：光疏介质、光密介质是相对而言的，单独一种物质不能说是光疏还是光密介质，A 、B 不正确；水对水晶或玻璃折射率小，为光疏介质，C 正确；水晶对玻璃折射率小，为光疏介质，D 正确。

12.A 解析：光从玻璃砖射向空气时，如果入射角大于临界角，则发生全反射；如果入射角小于临界角，则在界面处既有反射光线，又有折射光线，但折射角应大于入射角，选项A 正确，选项C 错误。

当光从空气射入玻璃砖时，在界面处既有反射光线，又有折射光线，且入射角大于折射角，选项B 、D 错误。

13.B 解析：由题意知，入射角α＝30°，折射角β＝60°，由折射定律可得：n ＝sin βsin α＝sin 60°sin 30°
＝3，A 项错误，B 项正确；设发生全反射的临界角为C ，则sin C ＝33，又sin 45°＝22，33＜22
，所以C ＜45°，C 项错误；光线按如图所示的方向入射，当入射角大于等于临界角时，就会发生全反射现象，D 项错误。

二、非选择题
14.答案：水或玻璃中的气泡是光疏介质，光经过水或玻璃照射气泡时，一部分光会发生全反射，相对于其他物体而言，有更多的光反射到人眼中，就好像光是由气泡发出的，因此人眼感觉气泡特别明亮．
15.解：(1)由折射定律n ＝sin i sin r 得sin r ＝sin i n ＝sin 45°2
＝12， 代入数据，解得折射角r ＝30°.
(2)光在这种介质中的传播速度v＝c
n＝
3.0×108
2
m/s＝
32
2×108 m/s.
(3)根据全反射的临界角公式sin C＝1
n＝
2
2.
16.解：设激光束在光导纤维前端的入射角为θ1，折射角为θ2，折射光线射向侧面时的入射角为θ3，光路图如图所示．
由折射定律n＝sin θ1
sin θ2，由几何关系θ2＋θ3＝90°，则sin θ2＝cos θ3，
由全反射临界角公式sin θ3＝1
n，故cos θ3＝1－
1
n2，
要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有
θ1＝90°，sin θ1＝1，故n＝sin θ1
sin θ2＝
sin θ1
cos θ3＝
1
1－
1
n2
＝
n
n2－1
，
解得n＝2。