高中物理 第4章 光的波动性 4_6 全反射与光导纤维 4_7 激光学业分层测评 沪科版选修3-4

第4章 4.6 全反射与光导纤维4.7 激光(建议用时：45分钟)学业达标1.下列事例哪些应用了光的全反射现象()A.海市蜃楼B.用三棱镜观察太阳光谱C.某些光学仪器中用等腰直角玻璃三棱镜改变光路90D.水中的鱼看起来比实际的要浅E.多面体钻石能够闪闪发光【解析】海市蜃楼和光学仪器中用等腰直角玻璃三棱镜改变光路90是利用了光的全反射现象，故A、C项正确；用三棱镜观察太阳光谱和水中的鱼看起来比实际的要浅，都是光的折射现象，故B、D项错误.多面体钻石闪闪发光是因为全反射现象，E正确.【答案】ACE2.已知介质对某单色光的临界角为C，则下列说法正确的是()A.该介质对单色光的折射率等于B.此单色光在该介质中的传播速度等于csinC(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D.此单色光在该介质中的频率是在真空中的倍E.此单色光从真空射向介质，入射角大于C时一定发生全反射【解析】由临界角的计算式sin C得n，故选项A正确；将n代入sin C得sin C，故vcsin C，故选项B正确；设该单色光的频率为f，在真空中的波长为0，在介质中的波长为，由波长、频率、波速的关系得c0f，vf，由sin C得，0sin C，故选项C正确；该单色光由真空传入介质时，频率不发生变化，故选项D错误；此单色光从真空射向介质不会发生全反射，E错误.【答案】ABC3.一束光从空气射向折射率为n的某种玻璃的表面，如图467所示，i代表入射角，则()图467A.当i45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45C.欲使折射角r30，应以i45的角入射D.当入射角iarctan时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直E.当光从玻璃射向空气时， 一定会发生全反射【解析】由于光从光疏介质射向光密介质，所以不会发生全反射，A项错误，B正确；由折射定律计算可知C、D两项正确；光从玻璃射向空气，入射角大于临界角时才能发生全反射，E错误.【答案】BCD4.下列说法中正确的是()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E.光疏介质和光密介质相对于折射率来确定，与密度无关【解析】光在各种介质中的传播速度和介质相对真空的折射率都是不同的.两种介质相比较光在其中传播速度大，而折射率小的介质叫光疏介质；光在其中传播速度小，而折射率大的介质叫光密介质.光疏介质和光密介质与密度无关，A、C错误，B、D、E正确.【答案】BDE5.关于全反射，下列说法中正确的是()A.发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线B.光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象C.光从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射现象D.水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生全反射E.介质的临界角越小就越容易发生全反射【解析】全反射是当光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于等于临界角时发生的现象，发生全反射时全部光线均不进入光疏介质.介质的临界角越小越容易发生全反射，A、B错误，C、D、E正确.【答案】CDE6.光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务.目前，我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络.下列说法正确的是()A.光纤通信利用光作为载体来传递信息B.光导纤维传递光信号是利用光沿直线传播的原理C.光导纤维传递光信号是利用光的色散原理D.目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝E.光在光纤内不断地发生全反射，中途不会侧漏【解析】光纤是利用光的全反射现象而实现光作为载体的信息传递，光纤是内芯折射率大于外层表皮折射率的很细的玻璃丝.故A、D、E正确，B、C错误.【答案】ADE7.如图468所示，一束光线从空气射入某介质，入射光线与反射光线夹角为90，折射光线与入射光线延长线间夹角为15，求：图468(1)该介质的折射率.(2)光在该介质中传播的速度.(3)当光从介质射入空气时的临界角.【解析】(1)由反射定律可知，由于90，故入射角45；由图可知r45，由于15，故折射角r30，所以该介质的折射率n.(2)由折射率与速度的关系n得v m/s2.12108 m/s.(3)光从介质射入空气时临界角的正弦值sin C，故临界角C45.【答案】(1)(2)2.12108 m/s(3)458.如图469所示，一玻璃球体的半径为R，O为球心，AB为直径.来自B点的光线BM在M点射出，出射光线平行于AB，另一光线BN恰好在N点发生全反射.已知ABM30，求图469(1)玻璃的折射率.(2)球心O到BN的距离. 【导学号：38910059】【解析】(1)设光线BM在M点的入射角为i，折射角为r，由几何知识可知，i30，r60，根据折射定律得n代入数据得n.(2)光线BN恰好在N点发生全反射，则BNO为临界角Csin C设球心到BN的距离为d，由几何知识可知dR sin C联立式得dR.【答案】(1)(2)R能力提升9.OMN为玻璃等腰三棱镜的横截面.a、b两束可见单色光从空气垂直射入棱镜底面MN，在棱镜侧面OM、ON上反射和折射的情况如图4610所示.由此可知()图4610A.棱镜内a光的传播速度比b光的小B.棱镜内a光的传播速度比b光的大C.a光的频率比b光的高D.a光的波长比b光的长E.a光的临界角大于b光的临界角【解析】由题图可知，a、b两单色光以相同的入射角分别射向OM、ON两界面，b光发生全反射，而a光发生折射，所以a光的折射率小于b光的折射率，因此a光的波长比b光的波长大，D正确；又v，则在棱镜内a光的传播速度比b光的大，B正确.由图可知，a光的临界角大于b光的临界角，E正确.【答案】BDE10.如图4611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，Rr.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() 【导学号：38910060】图4611A.n可能为B.n可能为2C.t可能为D.t可能为E.t可能为【解析】根据题意可画出光路图如图所示，则两次全反射时的入射角均为45，所以全反射的临界角C45，折射率n，A、B均正确；光在介质中的传播速度v，所以传播时间t，C、D错误，E正确.【答案】ABE11.一束红宝石激光器发射的激光是不连续的一道道闪光，每道闪光称为一个光脉冲，若这种激光器产生的光脉冲的持续时间为1.01011s，波长为694.3 nm，发射功率为1.01010 W.求：(1)每列光脉冲的长度；(2)用这种激光照射皮肤色斑，每1 cm2皮肤吸收的能量达到60 J以后，色斑便逐渐消失，一个色斑的面积为50 mm2，则它需要吸收多少列红宝石激光脉冲才能逐渐消失？【解析】(1)光脉冲的持续时间即为发射一个光脉冲所需的时间.一列光脉冲的长度lct3.01081.01011m3.0103 m.(2)一列光脉冲所携带的能量EPt1.010101.01011J0.1 J.清除面积为50 mm2的色斑需要光脉冲数为nE300(列).【答案】(1)3.0103 m (2)300列12.如图4612所示为用某种透明材料制成的一块柱形棱镜的截面图，圆弧CD为半径为R的四分之一的圆周，圆心为O，光线从AB面上的某点入射，入射角145，它进入棱镜后恰好以临界角射在BC面上的O点.图4612(1)画出光线由AB面进入棱镜且从CD弧面射出的光路图；(2)求该棱镜的折射率n；(3)求光线在该棱镜中传播的速度大小v(已知光在空气中的传播速度c3.0108 m/s).【解析】(1)光路图如图所示.(2)光线在BC面上恰好发生全反射，入射角等于临界角C，sin C，cos C.光线在AB界面上发生折射，折射角290C，由几何关系得sin 2cos C，由折射定律得n，由以上几式联立解得n.(3)光速v108 m/s.【答案】(1)见解析图(2)(3)108 m/s