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分層作業21光的全反射光導纖維及其應用A組必備知識基礎練1.關于全反射,下列敘述正確的是()A.發生全反射時仍有折射光線,只是折射光線非常弱B.光從光密介質射向光疏介質時,一定會發生全反射現象C.光從光密介質射向光疏介質時,可能不發生全反射現象D.光從光疏介質射向光密介質時,可能發生全反射現象2.光線由空氣透過半圓形玻璃磚,再射入空氣的光路圖,其中正確的是(玻璃的折射率為1.5)()A.圖乙、丙、丁 B.圖乙、丁C.圖乙、丙 D.圖甲、丙3.(多選)一束單色光從真空斜射向某種介質的表面,光路如圖所示。下列說法正確的是()A.光從真空射入介質后,頻率不變B.此介質的折射率等于2C.入射角大于45°時可能發生全反射現象D.入射角小于30°時可能發生全反射現象4.三種透明介質疊放在一起,且相互平行,一束光在Ⅰ和Ⅱ兩介質的界面上發生了全反射后,射向Ⅱ和Ⅲ兩介質界面,發生折射,如圖所示,設定光在這三種介質中的速率分別是v1、v2、v3,則它們的大小關系是()A.v1>v2>v3 B.v1>v3>v2C.v1<v2<v3 D.v2>v1>v35.(多選)已知介質對某單色光的臨界角為C,則()A.該介質對此單色光的折射率等于1B.此單色光在該介質中的傳播速度等于c·sinC(c是光在真空中的傳播速度)C.此單色光在該介質中的傳播波長是在真空中波長的sinCD.此單色光在該介質中的頻率是真空中的1sin6.有人在河中游泳,頭部露出水面,在某一位置當他低頭向水中觀察時,看到河底有一靜止物體跟他眼睛正好在同一豎直線上,這個人再向前游12m,正好不能看見此物體,水的折射率為43,求此河水的深度。(保留三位有效數字7.(2022全國乙卷)一細束單色光在三棱鏡ABC的側面AC上以大角度由D點入射(入射面在棱鏡的橫截面內),入射角為i,經折射后射至AB邊的E點,如圖所示。逐漸減小i,E點向B點移動,當sini=16時,恰好沒有光線從AB邊射出棱鏡,且lDE=lDAB組關鍵能力提升練8.(多選)如圖所示,矩形abcd為一玻璃磚的橫截面,玻璃磚ab面鍍銀且足夠長。由單色光1、2組成的一細光束,在abcd平面內從cd面上的O點以入射角i射入玻璃磚,該玻璃磚對單色光1、2的折射率分別為n1和n2,已知n1>n2,下列說法正確的是()A.單色光1、2從cd面射出玻璃磚后平行B.增大入射角i,單色光1在cd面先發生全反射C.單色光1在玻璃磚內的路程大于單色光2D.單色光1在玻璃磚內的路程小于單色光29.(多選)如圖所示,半徑為R的半圓形透明材料,折射率n=2.0。一束平行光從空氣以垂直于其底面的方向射入,則下列說法正確的是()A.所有光線都能透過這種材料B.只有距圓心O兩側R2C.射出的光束會形成發散光束D.射出的光束會形成會聚光束10.一束細光束由真空沿著徑向射入一塊半圓柱形透明體,如圖甲所示,對其射出后的折射光線的強度進行記錄,發現折射光線的強度隨著θ的變化而變化,如圖乙的圖線所示,此透明體的臨界角為,折射率為。

11.如圖所示,玻璃材料制成的一棱鏡的截面圖,其中,弧AB為四分之一圓弧,O為圓心,OBCD部分為矩形。一細光束從圓弧AB的中點E點沿半徑射入棱鏡后,恰好在O點發生全反射,經CD面反射,再從圓弧的F點射出,已知OA=a,OD=24a,光在真空中的速度為c。求(1)出射光線與法線夾角的正弦值;(2)光在棱鏡中傳播的時間。12.如圖所示,一條長度為l=5.0m的光導纖維的內芯用折射率為n的材料制成,外套的折射率可認為與空氣的折射率相等且等于1。一細束激光從其左端的中心點以i角入射到光導纖維的端面上,并射入其中,設折射角為α,經過一系列的全反射后從右端面射出。[(1)(2)問保留兩位有效數字](1)若n=2,i=45°,則該激光在光導纖維中的速度v是多大?(c=3×108m/s)(2)若n=2,i=45°,則該激光在光導纖維中的傳輸時間是多少?(3)若要保證不管i取何值時,激光都不會從光導纖維的側面漏出,試求n的取值范圍。

參考答案分層作業21光的全反射光導纖維及其應用1.C全反射發生的條件是光從光密介質射向光疏介質和入射角大于等于臨界角,二者缺一不可,故選項B、D錯誤,C正確;發生全反射時,折射光線全部消失,只剩下反射光線,選項A錯誤。2.B題圖甲、乙情境中,光由空氣進入玻璃,由光疏介質進入光密介質,應有θ1>θ2,乙正確,甲錯誤;題圖丙、丁情境中,光由玻璃進入空氣中,sinC=1n=23<22=sin45°,即C<45°,3.AB光的頻率由光源決定,在傳播過程中頻率不變,選項A正確;由折射定律n=sinθ1sinθ2=sin45°sin30°=2,選項B正確;發生全反射時sin4.B光在Ⅰ和Ⅱ兩介質的界面上發生了全反射,說明Ⅰ的折射率小于Ⅱ的折射率,即n1<n2;光射向Ⅱ和Ⅲ兩介質界面時發生了折射,而且折射角大于入射角,說明Ⅱ的折射率大于Ⅲ的折射率,即n2>n3;介質Ⅰ與Ⅲ相比較,介質Ⅰ的折射率小于介質Ⅲ的折射率,即有n1<n3,所以有n2>n3>n1,根據光在這三種介質中的速率公式v=cn得知,光速與折射率成反比,則v1>v3>v2。故選B5.ABC由臨界角的計算式sinC=1n,得n=1sinC,選項A正確;將n=cv代入sinC=1n,得sinC=vc,故v=csinC,選項B正確;設該單色光的頻率為f,在真空中的波長為λ0,在介質中的波長為λ,由波長、頻率、光速的關系得c=λ0f,v=λf,故sinC=vc=λλ0,λ=λ0sinC,6.解析如圖所示,由題意知C為臨界角,則sinC=1由圖可得sinC=12解得h=10.6m。答案10.6m7.解析因為當sini=16時,恰好沒有光線從AB邊射出,可知此時光線在E點發生全反射,設臨界角為α,則sinα=由幾何關系可知,光線在D點的折射角為r=π2-2又有sini聯立可得n=1.5。答案1.58.AD作出光路圖如圖所示,設單色光1、2在O點的折射角分別為r1、r2,根據折射定律得n1=sinisinr1,n2=sinisinr2,可得r1<r2,根據光的反射定律和幾何知識可知,單色光1、2經過ab面反射到cd面的入射角分別為r1、r2,由光路可逆性可知,從cd面射出的兩單色光線折射角均為i,兩出射光線平行,故A正確;因為光是從空氣進入玻璃的,無論怎么改變入射角,都不能發生全反射,故B錯誤;設玻璃磚寬度為d,根據幾何關系得單色光在玻璃磚內的路程s=2dcosr,因為r1<r9.BD平行光射到底面時,光線與界面垂直,方向不變,繼續射到球面時,距O越遠的光線射到球面的入射角越大,越易發生全反射,距圓心O兩側R2范圍內的光線入射角小于臨界角C=arcsin1n=30°,發生折射形成會聚光束,如圖所示,距圓心O大于等于10.解析由題圖乙的圖線可知,當θ小于等于30°時,入射角大于等于60°,折射光線的強度為零,所以此透明體的臨界角為60°,由臨界角公式sinC=1n,解得n=2答案60°211.解析(1)作出光路圖如圖所示。根據幾何關系可知,臨界角為C=45°根據全反射定律得n=1OG=2OD=12a,sinα=根據折射定律得n=sin解得sinβ=22(2)光在棱鏡中的傳播速度v=c由幾何知識得,光線傳播的長度為l=a+12a+32光在棱鏡中傳播的時間t=lv答案(1)22(2)12.解析(1)由n=cv可得v=2.1×108m/s(2)由n=sinisinα和臨界角公式sinC=1n可知,光從左端面射入后的折射角α=30°,則側面的入射角為60°,大于臨界角C=45°。則t=lvcosα=2(3)設折射光線射