高考物理专题复习：光的全反射

高考物理专题复习：光的全反射
一、单选题
1．如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形玻璃缸底有一发光小球，则（）
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不会发生全反射
D．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大
2．如图所示的长玻璃体，AB面平行于CD面，端面AC与CD面的夹角为45°，玻璃的折
射率n A C面进入玻璃并向另一端无损失地传输，则图中α角的范围应是（）
A．0°<α≤30°B．0°<α≤90°C．0°<α≤60°D．0°<α≤45°
3．一底面半径为R的半圆柱形透明体的折射率为n ，其横截面如图所示，O表示半圆柱形横截面的圆心。

一束极窄的光束从AOB边上的A点以与竖直方向成60°角入射，已知真空中的光速为c，则光从进入透明体到第一次离开透明体所经历的时间为（）
A．R
c
B．
nR
c
C．
3R
c
D．
3nR
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
照反射回去，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n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①
B ．平行于入射光线的光线②
C ．平行于CB 边的光线③
D ．沿AB 边的光线④
5．下列现象中，能用光的直线传播规律解释的是（ ） A ．雨后彩虹
B ．水中“月亮”
C ．墙上手影
D ．海市蜃楼
6．如图所示，一个玻璃是由半径为2m 、弧度为210°的优弧AB 构成，其折射率为2。

该玻璃有一特殊功能：在弧AB 上不能射出玻璃的光线将自动被玻璃吸收，能射出的光线一部分从玻璃射出，另一部分发生反射；在线段AO 上，若光线接触AO 端，将立即被全部吸收。

现在玻璃的正右端60°角射入一均匀水平的光线，则能够从弧AB 上射出以及被AO 段吸收的玻璃总边长为（ ）
A ．1)3
π
+(
m B ．(3πm
C ．22)3
π
+(
m D ．6
π
(
m
7．如图所示，真空中一半径为R 、质量分布均匀的玻璃球，频率一定的细激光束在真空中沿直线AB 传播，于玻璃球表面的B 点经折射进入小球，并在玻璃球表面的D 点又经折射进
入真空中，已知120BOD ∠=︒c 为光在真空中的传播速度，则下列说法中正确的是（ ）
A．激光束在B点的入射角30
α=︒
B．此激光束在玻璃中穿越的时间为3R c
C．光在穿过玻璃球的过程中频率变小
D．改变入射角α的大小，细激光束可能在球表面B处发生全反射
8．为研究某种透明新材料的光学性质，将其压制成半圆柱形，如图甲所示。

一束激光由真空沿半圆柱体的径向与其底面过O的法线成θ角射入。

CD为光学传感器，可以探测光的强度。

从AB面反射回来的光强随入射角θ变化的情况如图乙所示，则下列说法正确的是（）
A．该新材料的折射率n＜1
B．该新材料的折射率5
3
n=
C．图甲中若减小入射角θ，则反射光线和折射光线之间的夹角将变大
D．图甲中若减小入射角θ到0°，则光线将全部从AB界面透射出去
二、多选题
9．如图所示为某种透明介质制成的半径为R的半圆柱体形的截面图，其中O点为截面的圆心，一平行的细光束与截面AB成45°，且射向圆心的光束刚好在AB面发生全反射，已知光在真空中的速度为c，忽略光在介质中的二次反射。

则下列说法正确的是（）
A
B．光由射入透明介质到从界面AB
C．由半圆柱体最高点O′射入的光在介质中的折射角为30°
D．能从界面AB射出光线所对应的入射光线占弧AO′B区域的1
2
E.光由AB界面射出的区域长度为R
10．如图所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为r，外圆半径为
R，R。

现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出。

设透明柱体的折射率为n，光在透明柱体内传播的时间为t，若真空中的光速为c，则（）
A．n B．n可能为2 C．t D．t可能为4.8r c
11．一束光从空气射向折射率为n 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多大，折射角都不会超过45°
C．欲使折射角等于30°，应以i=45°的角度入射
D．当tan i=3时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直
12．关于全反射，下列说法正确的是（）
A．光从光密介质射向光疏介质时可能产生全反射
B．光从光疏介质射向光密介质时可能产生全反射
C．光从折射率大的介质射向折射率小的介质时可能产生全反射
D．光从传播速度小的介质射向传播速度大的介质时可能产生全反射
三、填空题
13．判断下列说法的正误。

（1）入射角大于临界角就会发生全反射现象。

（____）
（2）光密介质是指密度大的介质。

（____）
（3（____）
（4）光导纤维的内芯是光密介质，外套是光疏介质。

（____）
（5）光在光纤中传播时，在内芯与外套的界面上发生全反射。

（____）
14．全反射现象
（1）全反射：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射．若入射角增大到某一角度，______光线完全消失，只剩下______光线的现象。

（2）临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角．用字母C表示，光从介质
射入空气（真空）时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sin C＝1
n。

（3）全反射发生的条件
①光从______介质射入______介质。

②入射角______临界角。

15．光疏介质和光密介质
（1）光疏介质：折射率较______（填“大”或“小”）的介质。

（2）光密介质：折射率较______（填“大”或“小”）的介质。

（3）光疏介质与光密介质是______（填“相对”或“绝对”）的。

16．发生全反射的两个条件是：（1）___________；（2）___________。

17．全反射棱镜的特点：当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生______，与平面镜相比，它的反射率很高。

18．如图所示，MN是空气和玻璃的分界面，一束单色光在界面上发生折射，可知MN下方是___________（填“空气”或“玻璃”）；玻璃的折射率为____________，这束单色光从玻璃射向空气时发生全反射的临界角的正弦值为___________。

四、实验题
19．（1）在“测定玻璃折射率”的实验中，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图所示。

当光线由玻璃砖射入空气时，全反射临界角的正弦值是___________；从图线可知玻璃砖的折射率是___________。

（2）水面上水波的速度跟水深度有关，其关系式为v h为水的深度，g为重力加速度。

如图甲所示是某水域的剖面图，A、B两部分深度不同，图乙是从上往下俯视，O 点处于两部分水面分界线上，M和N分别处在A和B两区域水面上的两点。

t=0时刻O点从平衡位置向上振动，形成以O点为波源向左和向右传播的水波，可看作是简谐横波。

t=2.5s 时O点第二次到达波峰，此时M点第一次到达波峰。

已知B区域水波振幅为A=5cm，水深h=m，OM间距离为4.0m，ON间距离为3.0m，g=10m/s2求：
为0.90
B
①A区域的水深h A___________；
②N点在t=3s时的振动方向___________及它在t=0至t=3s时间内的位移___________；
③t=10s时，处在B水域水面上的Q点（图中未标出）处于波峰，且OQ间只有一个波峰，则Q点在t=0至t=10s时间内振动的路程是多少___________？
五、解答题
20．如图所示，MON为柱状扇形透明介质的横截面，扇形的半径为R、圆心为O，A点在OM
i=︒从A 上且O、A，P为圆弧MN的中点。

一细束单色光以入射角60
点射入介质，折射光线恰好通过P点。

介质对该光的折射率n=
（1）求该光在A点发生折射时的折射角r；
（2）请通过计算判断该光是否从P点射出介质。

21．某半径为r的类地行星表面有一单色点光源P，其发出的各方向的光经过厚度为)1r、折射率2
n=的均匀行星大气层射向太空。

取包含P和行星中心O的某一截面（如图所示），设光在真空中传播速度为c，求：
（1）光入射到大气层外表面处时发生全反射的临界角；
（2）当入射光刚好在大气层外表面发生全反射时，求光在大气层中传播的时间。

（不考虑光在行星表面的反射）
22．如图所示，水平固定放置折射率为2的等腰三角形透明晶体，底边长为d，底角为30°。

一束激光从AB面距B点1
4
d处的M点垂直射入晶体，已知光在空气中的传播速度为c。

求：
（1）激光射出透明晶体的传播方向及位置；（2）激光在透明晶体中的传播时间。

参考答案
13．错误错误错误
正确正确
14．折射反射光密光疏等于或大于
15．小
大相对
16．光从光密介质射入光疏介质；
入射角等于或大于临界角
17．全反射
18．空气
19．
2
3
1.5 0.40m 在平衡位置向上振动0m 0.65m 20．（1）根据光的折射定律有
sin
sin
i
n
r
=
解得
30
r=︒
（2）设光在P点的入射角为θ，即APOθ
∠=，在POA中，根据正弦定理有
()
3
sin90sin
R
R
rθ
=
︒-
解得
45
θ=︒
设光在P点发生全反射的临界角为C，有
1
sin C
n
==
因为
sinθ=
故0
θ>，光在P点发生全反射，该光不会从P点射出介质。

21．（1）从P点发出的光入射到大气外表面处时，发生全反射的临界角满足
1
sin C
n
=
解得
30
C=︒
（2）当P点发出的光线在大气外表面恰好发生全反射时，光路如图所示
根据几何关系可得
2222cos
O C
P BP OB BP OB
=+-⋅
代入数据可得
=
BP
设光在大气层中传播的速度为v，据折射定律可得
c
n
v
=
光在大气中传播的时间为
2 =BP
t
v 联立解得
=
t 22．（1）光路图如图所示
由折射定律得
1
sin n C
=
解得
30C =︒
由几何关系知，根据全反射的条件，该激光在BC 、AB 、AC 面均发生全反射，出射光线从N 点垂直于AB 面射出透明晶体激光射出透明晶体的位置与A 点的距离为
14
AN d =
（2）根据几何关系可知，该单色光在透明晶体中通过的距离为
22
L ==
该单色光在透明晶体中的传播速度为
c v n
=
该单色光通过透明晶体的时间为
L t v
=
解得
t =。