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第三节　光的全反射与光纤技术
课时作业
(分值:86分)
(选择题每题6分)
知识点一　光的全反射现象
1.关于全反射,下列叙述正确的是(　　)
[A] 发生全反射时仍有折射光线,只是折射光线非常弱
[B] 光从光密介质射向光疏介质时,一定会发生全反射现象
[C] 光从光密介质射向光疏介质时,可能不发生全反射现象
[D] 光从光疏介质射向光密介质时,可能发生全反射现象
【答案】 C
【解析】 发生全反射时折射光线消失,A错误;发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质,且入射角大于或等于临界角,二者缺一不可,B、D错误,C正确.
2.(2025·广东广州期末)如图为埃舍尔名画(三界),我们总是像画中一样看到远处树木的倒影,近处水中的鱼.下列说法正确的是(　　)
[A] 远处水中没有鱼
[B] 树木倒影是树木发出的光先进入水中,然后再通过水的折射进入人的眼中
[C] 近处的鱼发出的光经过水面时透射光的能量较少
[D] 远处的鱼发出的光入射角大,容易发生全反射,所以看不到
【答案】 D
【解析】 远处的鱼发出的光入射角较大,当入射角大于或等于全反射临界角时发生全反射,光线不能射出水面,所以看不到,D正确,A错误;树木倒影是树木发出的光在水面发生反射后,反射光进入人的眼中,B错误;近处的鱼发出的光到水面处,入射角越小,反射光越弱而折射光越强,所以近处的鱼发出的光经过水面时透射光的能量较多,C错误.
3.(多选)(2025·广东广州联考)酷热的夏天,在平坦的柏油公路上你会看到远处的路面显得格外明亮,仿佛有一片“水面”,但当你向“水面”靠近时,“水面”也随着你的靠近而后退,对此现象正确的解释有(　　)
[A] 这一现象是由光的折射和光的全反射造成的
[B] “水面”不存在,是由于酷热难耐,人产生的幻觉
[C] 太阳辐射到地面,使地表温度升高,附近空气折射率变大,发生全反射
[D] 太阳辐射到地面,使地表温度升高,附近空气折射率变小,发生全反射
【答案】 AD
【解析】 酷热的夏天柏油路面温度较高,路面上方下层空气的温度比上层空气的温度高,下层空气的折射率比上层的小,由路面向上折射率逐渐变大,太阳光斜向下射向路面过程是由光密介质射入光疏介质,经过多次折射使入射角逐渐变大,达到临界角时发生全反射现象,故人们会看到远处的路面仿佛有一片“水面”,故A、D正确.
4.一束太阳光射到截面为六角形的冰晶上发生折射,其光路图如图所示,a、b为其折射出的光线中两种单色光,下列说法正确的是(　　)
[A] 在冰晶中,a光的折射率较大
[B] 在冰晶中,b光的传播速度较大
[C] 从同种玻璃中射入空气发生全反射时,a光的临界角较大
[D] a、b光在真空中传播时,b光的波长较长
【答案】 C
【解析】 设入射角为α,折射角为β,由题图可知,a光和b光入射角相同,a光折射角大于b光折射角,根据n=可知,a光折射率小于b光折射率,故A错误;由A选项知a光折射率小,结合n=可知a光在冰晶中的传播速度大,故B错误;根据临界角公式sin ic=知,a光折射率小,所以a光的临界角大于b光的临界角,故C正确;由于a光折射率小于b光折射率,知a光频率小于b光频率,根据 c=λf可知,a光的波长大于b光的波长,故 D错误.
知识点二　光导纤维的工作原理及应用
5.光导纤维按沿径向折射率的变化可分为阶跃型和连续型两种.阶跃型的光导纤维分为内芯和外套两层,内芯的折射率比外套的大.连续型光导纤维的折射率中心最高,沿径向逐渐减小,外表面附近的折射率最低.关于光在连续型光导纤维中的传播,下列四个图中能正确表示传播路径的是(　　)
[A] 　 [B]
[C] 　[D]
【答案】 C
【解析】 连续型光导纤维的折射率中心最高,沿径向逐渐减小,可知光从光密介质进入光疏介质,未发生全反射时,折射角应大于入射角,故A、B错误;光从空气进入光导纤维时,折射角应小于入射角,故C正确,D错误.
6.(2025·广东广州期末)如图所示,a、b为两束不同频率的单色光,以相同的入射角射到某段玻璃纤维的上表面,入射点分别为A、B.经玻璃上表面折射后相交于P点,已知AP>BP,下列说法正确的是(　　)
[A] 在真空中,a光的传播速度大于b光的传播速度
[B] 玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率
[C] 在玻璃中,a光的传播速度大于b光的传播速度
[D] b光在该段玻璃纤维下表面发生全反射的临界角大于a光
【答案】 C
【解析】 a、b光在真空中的传播速度均为c,故A错误;a、b光的入射角相同,根据几何关系可知,a光的折射角大于b光的入射角,根据n=,则na7.光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输.如图所示,一条圆柱形的光导纤维,长为L,纤芯的折射率为n1,包层的折射率为n2,光在空气中的传播速度为c,若光从它的一端射入经全反射后从另一端射出所需的最长时间为t,下列说法正确的是(图中所示的φ为全反射的临界角,其中sin φ=) (　　)
[A] n1>n2,t=
[C] n1【答案】 B
【解析】 发生全反射的条件之一是光从光密介质射到光疏介质,故n1>n2,选项C、D错误.刚好发生全反射时,传播距离最大,传播时间最长,此时,传播距离为s==,传播速度为v=,故传播时间为t===,选项B正确.
知识点三　全反射棱镜的特点及应用
8.(2025·广东潮州联考)自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理.它虽然本身不发光,但在夜间骑行时,从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后,会有较强的光被反射回去,使汽车司机注意到前面有自行车.尾灯由透明介质制成,其外形如图所示,下列说法正确的是(　　)
[A] 汽车灯光从左面射过来,在尾灯的左表面发生全反射
[B] 汽车灯光从左面射过来,在尾灯的右表面发生全反射
[C] 汽车灯光从右面射过来,在尾灯的左表面发生全反射
[D] 汽车灯光从右面射过来,在尾灯的右表面发生全反射
【答案】 B
【解析】 汽车灯光应从左面射向自行车尾灯,光在尾灯内部右表面发生全反射,使自行车后面的汽车司机发现前面有自行车,避免事故的发生.选项B正确.
9.(2025·广东深圳联考)如图所示,半径为R的半圆形透明材料,折射率n=2.一束平行光从空气以垂直于其底面的方向射入,下列说法正确的是(　　)
[A] 所有光线都能透过这种材料
[B] 只有距圆心O两侧范围内的光才能通过
[C] 只有距圆心O两侧 范围内的光才能通过
[D] 射出的光束会形成发散光束
【答案】 B
【解析】 透明材料折射率n=2,所以光在这种材料中的临界角为sin ic=范围内的光线入射角小于临界角,光线能射出,且射出时发生折射会形成汇聚光束,范围外的光线入射角大于或等于临界角,发生全反射.故选B.
(选择题每题9分)
10.(2025·广东肇庆联考)为了表演“隐形的大头针”节目,某同学在半径为r的圆形薄软木片中心垂直插入一枚大头针,并将其放入盛有水的碗中,如图所示.已知水的折射率为,为了保证表演成功(在水面上看不到大头针),大头针末端离水面的最大距离h为(　　)
[A] r
【答案】 A
【解析】
只要从大头针末端发出的光线射到圆形薄软木片边缘界面处能够发生全反射,从水面上就看不到大头针,如图所示,根据图中几何关系有sin ic=r,故选A.
11.(11分)(2025·广东湛江期末)有一种用于电子显示屏的发光二极管,如图所示,其管芯的发光区域AB是直径为1.5R的圆面,O为圆心,发光二极管中半球体均匀介质的半径为R,P为O点正上方球面上的一点.若光从A点发射恰好在半球体介质发生一次全反射,最后从B点射出,已知光在真空中的传播速度为c,求:
(1)(5分)半球体介质的折射率n;
(2)(6分)光在半球体介质中传播的时间t.
【答案】 (1)
【解析】 (1)作出光在半球体介质中的光路图如图所示,
由图及几何关系可知
tan ic==0.75,
由全反射公式有sin ic=,
解得半球体介质的折射率n=.
(2)光在介质中的传播速度v=,
则光在半球体介质中传播的时间t=,
解得t=.
12.(12分)(2025·广东深圳月考)如图所示,一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触发工作的,光从挡风玻璃内侧P点射向外侧M点再折射到空气中,测得入射角为α=30°,折射角为β=45°;光从P点射向外侧N点,刚好发生全反射并被Q接收.已知挡风玻璃的厚度为d,光在空气中的传播速度为c,求:
(1)(6分)该挡风玻璃的折射率;
(2)(6分)光从P点射向外侧N点并被Q接收所需的时间.
【答案】 (1)
【解析】 (1)光线在M点发生折射,由于光线从光密介质射入光疏介质折射,则由折射定律得
n=.
(2)光在N点恰好发生全反射,
则sin θ=,即θ=45°,
PN=NQ=d,
光在介质中的传播速度为v=,
光从P点射向外侧N点并被Q接收所需的时间
t=.第三节　光的全反射与光纤技术
课时作业
(分值:86分)
(选择题每题6分)
知识点一　光的全反射现象
1.关于全反射,下列叙述正确的是(　　)
[A] 发生全反射时仍有折射光线,只是折射光线非常弱
[B] 光从光密介质射向光疏介质时,一定会发生全反射现象
[C] 光从光密介质射向光疏介质时,可能不发生全反射现象
[D] 光从光疏介质射向光密介质时,可能发生全反射现象
2.(2025·广东广州期末)如图为埃舍尔名画(三界),我们总是像画中一样看到远处树木的倒影,近处水中的鱼.下列说法正确的是(　　)
[A] 远处水中没有鱼
[B] 树木倒影是树木发出的光先进入水中,然后再通过水的折射进入人的眼中
[C] 近处的鱼发出的光经过水面时透射光的能量较少
[D] 远处的鱼发出的光入射角大,容易发生全反射,所以看不到
3.(多选)(2025·广东广州联考)酷热的夏天,在平坦的柏油公路上你会看到远处的路面显得格外明亮,仿佛有一片“水面”,但当你向“水面”靠近时,“水面”也随着你的靠近而后退,对此现象正确的解释有(　　)
[A] 这一现象是由光的折射和光的全反射造成的
[B] “水面”不存在,是由于酷热难耐,人产生的幻觉
[C] 太阳辐射到地面,使地表温度升高,附近空气折射率变大,发生全反射
[D] 太阳辐射到地面,使地表温度升高,附近空气折射率变小,发生全反射
4.一束太阳光射到截面为六角形的冰晶上发生折射,其光路图如图所示,a、b为其折射出的光线中两种单色光,下列说法正确的是(　　)
[A] 在冰晶中,a光的折射率较大
[B] 在冰晶中,b光的传播速度较大
[C] 从同种玻璃中射入空气发生全反射时,a光的临界角较大
[D] a、b光在真空中传播时,b光的波长较长
5.光导纤维按沿径向折射率的变化可分为阶跃型和连续型两种.阶跃型的光导纤维分为内芯和外套两层,内芯的折射率比外套的大.连续型光导纤维的折射率中心最高,沿径向逐渐减小,外表面附近的折射率最低.关于光在连续型光导纤维中的传播,下列四个图中能正确表示传播路径的是(　　)
[A] 　 [B]
[C] 　[D]
6.(2025·广东广州期末)如图所示,a、b为两束不同频率的单色光,以相同的入射角射到某段玻璃纤维的上表面,入射点分别为A、B.经玻璃上表面折射后相交于P点,已知AP>BP,下列说法正确的是(　　)
[A] 在真空中,a光的传播速度大于b光的传播速度
[B] 玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率
[C] 在玻璃中,a光的传播速度大于b光的传播速度
[D] b光在该段玻璃纤维下表面发生全反射的临界角大于a光
7.光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输.如图所示,一条圆柱形的光导纤维,长为L,纤芯的折射率为n1,包层的折射率为n2,光在空气中的传播速度为c,若光从它的一端射入经全反射后从另一端射出所需的最长时间为t,下列说法正确的是(图中所示的φ为全反射的临界角,其中sin φ=) (　　)
[A] n1>n2,t=
[C] n18.(2025·广东潮州联考)自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理.它虽然本身不发光,但在夜间骑行时,从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后,会有较强的光被反射回去,使汽车司机注意到前面有自行车.尾灯由透明介质制成,其外形如图所示,下列说法正确的是(　　)
[A] 汽车灯光从左面射过来,在尾灯的左表面发生全反射
[B] 汽车灯光从左面射过来,在尾灯的右表面发生全反射
[C] 汽车灯光从右面射过来,在尾灯的左表面发生全反射
[D] 汽车灯光从右面射过来,在尾灯的右表面发生全反射
9.(2025·广东深圳联考)如图所示,半径为R的半圆形透明材料,折射率n=2.一束平行光从空气以垂直于其底面的方向射入,下列说法正确的是(　　)
[A] 所有光线都能透过这种材料
[B] 只有距圆心O两侧范围内的光才能通过
[C] 只有距圆心O两侧 范围内的光才能通过
[D] 射出的光束会形成发散光束
10.(2025·广东肇庆联考)为了表演“隐形的大头针”节目,某同学在半径为r的圆形薄软木片中心垂直插入一枚大头针,并将其放入盛有水的碗中,如图所示.已知水的折射率为,为了保证表演成功(在水面上看不到大头针),大头针末端离水面的最大距离h为(　　)
[A] r
11.(11分)(2025·广东湛江期末)有一种用于电子显示屏的发光二极管,如图所示,其管芯的发光区域AB是直径为1.5R的圆面,O为圆心,发光二极管中半球体均匀介质的半径为R,P为O点正上方球面上的一点.若光从A点发射恰好在半球体介质发生一次全反射,最后从B点射出,已知光在真空中的传播速度为c,求:
(1)(5分)半球体介质的折射率n;
(2)(6分)光在半球体介质中传播的时间t.
12.(12分)(2025·广东深圳月考)如图所示,一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触发工作的,光从挡风玻璃内侧P点射向外侧M点再折射到空气中,测得入射角为α=30°,折射角为β=45°;光从P点射向外侧N点,刚好发生全反射并被Q接收.已知挡风玻璃的厚度为d,光在空气中的传播速度为c,求:
(1)(6分)该挡风玻璃的折射率;
(2)(6分)光从P点射向外侧N点并被Q接收所需的时间.

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