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1、
課時(shí)作業(yè)36 光的折射 全反射 色散
時(shí)間:45分鐘 滿分:100分
一、選擇題(8×8′=64′)
1.如圖所示,一個(gè)三棱鏡的截面為等腰直角△ABC,∠A為直角.此截面所在平面內(nèi)的光線沿平行于BC邊的方向射到AB邊,進(jìn)入棱鏡后直接射到AC邊上,并剛好能發(fā)生全反射.該棱鏡材料的折射率為( )
A. B.
C. D.
解析:如右圖所示,由折射規(guī)律可得=n,若光線在AC邊上的D點(diǎn)發(fā)生全反射,則sinβ=,由幾何關(guān)系又有r=90°-β,結(jié)合以上三式可得n2=,即n=,正確答案為A.
答案:A
2.(2011·浙江高考)“B超”可用于探測(cè)人體內(nèi)臟的病變狀況.
2、如右圖所示是超聲波從肝臟表面入射,經(jīng)折射與反射,最后從肝臟表面射出的示意圖.超聲波在進(jìn)入肝臟發(fā)生折射時(shí)遵循的規(guī)律與光的折射規(guī)律類似,可表述為=(式中θ1是入射角,θ2是折射角,v1,v2分別是超聲波在肝外和肝內(nèi)的傳播速度),超聲波在腫瘤表面發(fā)生反射時(shí)遵循的規(guī)律與光的反射規(guī)律相同.已知v2=0.9v1,入射點(diǎn)與出射點(diǎn)之間的距離是d,入射角為i,腫瘤的反射面恰好與肝臟表面平行,則腫瘤離肝臟表面的深度h為( )
A. B.
C. D.
解析:畫出波的傳播示意圖,如圖所示,則有==,得sinβ=0.9sini.由幾何關(guān)系得tanβ=,即=,所以h=,選項(xiàng)D正確.
答案:D
3.
3、(2011·福建高考)
如右圖,半圓形玻璃磚置于光屏PQ的左下方.一束白光沿半徑方向從A點(diǎn)射入玻璃磚,在O點(diǎn)發(fā)生反射和折射,折射光在光屏上呈現(xiàn)七色光帶.若入射點(diǎn)由A向B緩慢移動(dòng),并保持白光沿半徑方向入射到O點(diǎn),觀察到各色光在光屏上陸續(xù)消失.在光帶未完全消失之前,反射光的強(qiáng)度變化以及光屏上最先消失的光分別是( )
A.減弱,紫光 B.減弱,紅光
C.增強(qiáng),紫光 D.增強(qiáng),紅光
解析:入射點(diǎn)由A向B緩慢移動(dòng)的過程中,同一介質(zhì)對(duì)各色光的折射率不同,各色光對(duì)應(yīng)的全反射的臨界角也不同.七色光中紫光的折射率最大,由sinC=可知紫光的臨界角最小,所以最先發(fā)生全反射的是紫光,折射光減弱
4、,則反射光增強(qiáng),故C正確.
答案:C
4.酷熱的夏天,在平坦的柏油公路上,你會(huì)看到在一定距離之外,地面顯得格外明亮,仿佛是一片水面,似乎還能看到遠(yuǎn)處車、人的倒影.但當(dāng)你靠近“水面”時(shí),它卻隨你靠近而后退.對(duì)此現(xiàn)象正確的解釋是( )
A.出現(xiàn)的是“海市蜃樓”,是由于光的折射造成的
B.“水面”不存在,是由于酷熱難耐,人產(chǎn)生的幻覺
C.太陽輻射到地面,使地表溫度升高,折射率大,發(fā)生全反射
D.太陽輻射到地面,使地表溫度升高,折射率小,發(fā)生全反射
解析:酷熱的夏天地面溫度高,地面附近空氣的密度小,空氣的折射率下小上大,遠(yuǎn)處車、人反射的太陽光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)發(fā)生全反射.
答案:
5、D
5.如下圖所示,一細(xì)束紅光和一細(xì)束藍(lán)光平行射到同一個(gè)三棱鏡上,經(jīng)折射后交于光屏上的同一個(gè)點(diǎn)M,若用n1和n2分別表示三棱鏡對(duì)紅光和藍(lán)光的折射率,下列說法中正確的是( )
A.n1n2,a為紅光,b為藍(lán)光
D.n1>n2,a為藍(lán)光,b為紅光
解析:由圖可知,b光線經(jīng)過三棱鏡后的偏折角較小,因此折射率較小,是紅光.故B正確.
答案:B
6.香港中文大學(xué)第三任校長(zhǎng)高錕榮獲了2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)高度評(píng)價(jià)了高錕的貢獻(xiàn),評(píng)委會(huì)指出:高錕1966年發(fā)現(xiàn)如何通過光學(xué)玻璃纖維遠(yuǎn)距離傳輸光信號(hào)的
6、工作,成為今日電話和高速互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的基石.下列關(guān)于“光纖”及原理的說法中,正確的是( )
A.光纖通信具有傳輸容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)
B.光纖通信、全息照相、數(shù)碼相機(jī)及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都是利用了光的全反射原理
C.實(shí)用光導(dǎo)纖維是由內(nèi)芯和外套兩層組成,內(nèi)芯的折射率比外套的小,光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射
D.當(dāng)今,在信號(hào)的傳輸領(lǐng)域中,光纖電纜(“光纜”)已經(jīng)幾乎完全取代了傳統(tǒng)的銅質(zhì)“電纜”,成為傳播信息的主要工具,是互聯(lián)網(wǎng)的骨架,并已聯(lián)接到普通社區(qū)
解析:全息照相是利用了光的干涉的原理,數(shù)碼相機(jī)是一種利用電子傳感器把光學(xué)影像轉(zhuǎn)換成電子數(shù)據(jù)的照相機(jī),它
7、們都不是利用了光的全反射原理,B錯(cuò)誤;實(shí)用光導(dǎo)纖維是由內(nèi)芯和外套兩層組成,內(nèi)芯的折射率比外套的大,C錯(cuò)誤.
答案:AD
7.(2013·浙江期末調(diào)研)為了表演“隱形的大頭針”節(jié)目,某同學(xué)在半徑為r的圓形軟木片中心垂直插入一枚大頭針,并將其放入盛有水的碗中,如圖所示.已知水的折射率為,為了保證表演成功(在水面上看不到大頭針),大頭針末端離水面的最大距離h為( )
A.r B.r
C.r D.r
解析:只要從大頭針末端發(fā)出的光線射到圓形軟木片邊緣界面處能夠發(fā)生全反射,就從水面上看不到大頭針,如圖所示,根據(jù)圖中幾何關(guān)系有sin C===,所以h=r,選項(xiàng)A對(duì).
答案:A
8、
8.(2013·浙江溫州八校聯(lián)考)高速公路上的標(biāo)牌常用“回光返膜”制成,夜間行車時(shí),它能將車燈照射出去的光逆向返回,標(biāo)志牌上的字特別醒目.這種“回光返照膜”是用球體反射原件制成的.如圖所示,反光膜內(nèi)均勻分布著直徑10 μm的細(xì)玻璃珠,所用玻璃的折射率為,為使入射的車燈光線經(jīng)玻璃的折射、反射、再折射后恰好和入射光線平行,那么第一次入射的入射角是( )
A.60° B.45°
C.30° D.15°
解析:設(shè)入射角為i,折射角為θ,作出光路圖如圖所示,因?yàn)槌錾涔饩€恰好和入射光線平行,所以i=2θ,根據(jù)折射定律n===,所以θ=30°,i=2θ=60°,選項(xiàng)A正確.
答
9、案:A
二、計(jì)算題(3×12′=36′)
9.夏日晚上,小明去游泳池游泳,他站在池邊發(fā)現(xiàn)對(duì)岸標(biāo)桿上有一燈A,水下池壁上有一彩燈B(B燈在圖中未畫出),如右圖所示,他調(diào)整自己到岸邊的距離,直到發(fā)現(xiàn)A燈經(jīng)水面反射所成的像與B燈經(jīng)水面折射后所成的像重合,此時(shí)人到對(duì)岸的距離L=10 m,A燈距水面高為0.5 m,人眼E距水面高為2 m,水的折射率為.
(1)畫出小明看到A、B燈的像重合時(shí)的光路圖.
(2)求B燈在水面下的深度.
解析:(1)光路圖如下圖所示
(2)設(shè)水面為CF,A到水面的距離為L(zhǎng)1,B燈與水面的距離為L(zhǎng)2,人眼到水面的距離為L(zhǎng)3,點(diǎn)C、D之間的距離為L(zhǎng)4,得=即=得
10、L4=2 m
對(duì)B燈光的折射過程,有sinθ1=sin∠CBD=
sinθ2=sin∠CA′D=
==
得燈在水面下深處L2=m=1.89 m
答案:(1)見解析圖 (2)1.89 m
10.如圖所示,AB為一長(zhǎng)L=30 km的光導(dǎo)纖維,一束光線從端面A射入,在側(cè)面發(fā)生全反射,最后從B端面射出.已知光導(dǎo)纖維的折射率n=1.35,光線從纖維內(nèi)側(cè)面向外射出時(shí),臨界角的正弦值為0.9,設(shè)在側(cè)面發(fā)生全反射的光線從A端傳播到B端所需時(shí)間為t,求t的最小值和最大值.
解析:光線在光導(dǎo)纖維中傳播的時(shí)間取決于光沿AB方向的分速度大小,這與入射角的大小有關(guān).設(shè)光在光導(dǎo)纖維中傳播的速度為v,則當(dāng)
11、入射角θ1=0時(shí),光在光導(dǎo)纖維中沿AB方向直線傳播,此時(shí)時(shí)間最短,為
tmin=,又v=可得
tmin==1.35×10-4 s
當(dāng)入射角恰能使光線在光導(dǎo)纖維側(cè)面發(fā)生全反射時(shí),光在沿AB方向分速度最小,對(duì)應(yīng)時(shí)間最長(zhǎng),為
tmax==1.5×10-4 s.
答案:1.35×10-4 s 1.5×10-4 s
11.(2012·課標(biāo)全國(guó)理綜)一玻璃立方體中心有一點(diǎn)狀光源.今在立方體的部分表面鍍上不透明薄膜,以致從光源發(fā)出的光線只經(jīng)過一次折射不能透出立方體.已知該玻璃的折射率為,求鍍膜的面積與立方體表面積之比的最小值.
解析:
如右圖,考慮從玻璃立方體中心O點(diǎn)發(fā)出的一條光線,假設(shè)它斜射到玻璃立方體上表面發(fā)生折射.根據(jù)折射定律有
nsinθ=sinα①
式中,n是玻璃的折射率,入射角等于θ,α是折射角.
現(xiàn)假設(shè)A點(diǎn)是上表面面積最小的不透明薄膜邊緣上的一點(diǎn).由題意,在A點(diǎn)剛好發(fā)生全反射,故
αA=②
設(shè)線段OA在立方體上表面的投影長(zhǎng)為RA,由幾何關(guān)系有
sinθA=③
式中a為玻璃立方體的邊長(zhǎng),由①②③式得
RA=④
由題給數(shù)據(jù)得
RA=⑤
由題意,上表面所鍍的面積最小的不透明薄膜應(yīng)是半徑為RA的圓.所求的鍍膜面積S′與玻璃立方體的表面積S之比為
=⑥
由⑤⑥式得
=⑦
答案:
9