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1、全反射
[基礎(chǔ)練]
一、選擇題
1.光線在玻璃和空氣的分界面上發(fā)生全反射的條件是( )
A.光從玻璃射到分界面上,入射角足夠小
B.光從玻璃射到分界面上,入射角足夠大
C.光從空氣射到分界面上,入射角足夠小
D.光從空氣射到分界面上,入射角足夠大
2.空氣中兩條光線a和b從方框左側(cè)入射,分別從方框下方和上方射出,其框外光線如圖所示。方框內(nèi)有兩個折射率 n=1.5 的玻璃全反射棱鏡。選項中給出了兩棱鏡四種放置方式的示意圖,能產(chǎn)生圖中光路效果的是( )
3.華裔科學(xué)家高錕獲得2009年諾貝爾物理獎,他被譽為“光纖通訊之父”。光纖通訊中信號傳播的主要載體是光導(dǎo)纖維
2、,它的結(jié)構(gòu)如圖所示,其內(nèi)芯和外套材料不同,光在內(nèi)芯中傳播。下列關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法中正確的是( )
A.內(nèi)芯的折射率比外套的大,光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射
B.內(nèi)芯的折射率比外套的小,光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射
C.波長越短的光在光纖中傳播的速度越大
D.頻率越大的光在光纖中傳播的速度越大
4.介質(zhì)Ⅰ中光速為v1=c,介質(zhì)Ⅱ中的光速為v2=,如果光線a、b如圖中所示射到Ⅰ、Ⅱ兩介質(zhì)的分界面上,那么正確的是( )
A.a(chǎn)、b均不能發(fā)生全反射
B.a(chǎn)、b均能發(fā)生全反射
C.a(chǎn)能發(fā)生全反射
D.b能發(fā)生全反射
二、非選擇題
5.如圖所示為一半圓
3、形玻璃磚,一足夠大的光屏MN與直徑PQ平行,圓心O到MN的距離為d,一束由兩種單色光組成的復(fù)色光沿與豎直方向成θ=30° 角射入玻璃磚的圓心,在光屏上出現(xiàn)了兩個光斑,玻璃對兩種單色光的折射率分別為n1=和n2=。求:
(1)離A點最遠(yuǎn)的光斑與A點之間的距離x;
(2)為使光屏上的光斑消失,復(fù)色光的入射角最小值。
[提能練]
一、選擇題
1.[多選]如圖所示,一束平行光從真空射向一塊半圓形的折射率為n=1.5的玻璃磚,其半徑為R。下列說法中正確的是( )
A.只有圓心兩側(cè) 范圍內(nèi)的光線不能通過玻璃磚
B.只有圓心兩側(cè) 范圍內(nèi)的光線能通過玻璃磚
C.通過圓心的光線
4、將沿直線穿過,不發(fā)生偏折
D.圓心兩側(cè) 范圍外的光線將在圓面上產(chǎn)生全反射
2.(2016·濟南高二檢測)如圖所示,口徑較大、充滿水的薄壁圓柱形淺玻璃缸底有一發(fā)光小球,則( )
A.小球必須位于缸底中心才能從側(cè)面看到小球
B.小球所發(fā)的光能從水面任何區(qū)域射出
C.小球所發(fā)的光從水中進入空氣后頻率變大
D.小球所發(fā)的光從水中進入空氣后傳播速度變大
3.一束紅色的細(xì)光束由真空沿著徑向射入一塊半圓柱形透明體,如圖(a)所示,對其射出后的折射光線的強度進行記錄,發(fā)現(xiàn)折射光線的強度隨著θ的變化而變化,如圖(b)的圖線所示。下列說法正確的是( )
A.透明體對紅光的折射率為
5、B.紅光在透明體中的速度大小與在真空中的相同
C.紅光的折射光線的頻率會隨著折射光線強度的增大而增大
D.紅光在透明體內(nèi)發(fā)生全反射的臨界角為30°
二、非選擇題
4.如圖所示,是一種折射率n=1.5的棱鏡,用于某種光學(xué)儀器中,現(xiàn)有一束光線沿MN方向射到棱鏡的AB面上,入射角的大小i=arcsin 0.75,求:
(1)光在棱鏡中傳播的速率;
(2)畫出此束光線射出棱鏡后的方向,要求寫出簡要的分析過程。(不考慮返回到AB和BC面上的光線)
5.半徑為R的半圓柱形玻璃,橫截面如圖所示,O為圓心,已知玻璃的折射率為 ,一束與MN平面成45°角的平行光射到玻璃的半圓柱面上,經(jīng)玻璃
6、折射后,有部分光能從MN平面上射出,求在MN平面上射出的光束的寬度為多少?
答 案
[基礎(chǔ)練]
1.解析:選B 發(fā)生全反射的條件:光由光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì),入射角大于或等于臨界角,B正確。
2.解析:選B 四個選項產(chǎn)生光路效果如圖所示。
可知,B正確。
3.解析:選A 光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)才能發(fā)生全反射,所以內(nèi)芯的折射率比外套的大,A正確,B錯誤;頻率越大(波長越短),折射率越大,根據(jù)v=,折射率大的光在光纖中傳播的速度小,C、D錯誤。
4.解析:選D 光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時,當(dāng)入射角大于或等于臨界角時會發(fā)生全反射。根據(jù)題意可知,介質(zhì)Ⅱ為光密介質(zhì),介質(zhì)Ⅰ為光疏介
7、質(zhì),所以由Ⅱ射向Ⅰ才有可能發(fā)生全反射現(xiàn)象,B、C錯誤;又因為介質(zhì)Ⅱ中的光速為v2=,所以光在介質(zhì)Ⅱ中的臨界角滿足n===2,故臨界角為30°,所以光束b能發(fā)生全反射,A錯誤,D正確。
5.解析:(1)作出光路圖如圖所示,折射率為n2=的光折射后在光屏上形成的光斑離A點最遠(yuǎn),根據(jù)折射定律得n2=,x=dtan α=d;
(2)當(dāng)復(fù)色光的入射角大于或等于兩種單色光的臨界角時,光屏上的光斑消失。單色光的折射率越小,臨界角越大,由全反射條件sin C=,可得C=45°,即復(fù)色光的入射角最小為45°。
答案:(1)d (2)45°
[提能練]
1.解析:選BCD 設(shè)光線1進入玻璃磚后恰能在
8、界面上發(fā)生全反射,如圖所示,則θ1應(yīng)等于臨界角C,即sin θ1=sin C==;比光線1更靠近圓心的光線入射到圓面的入射角小于θ1,故能折射出玻璃磚;比光線1更遠(yuǎn)離圓心的光線入射到圓面的入射角大于θ1,大于臨界角,故將發(fā)生全反射而不能折射出玻璃磚;故光線能通過玻璃磚的范圍是半徑為r的圓面,而r=Rsin θ1=,B、C、D正確。
2.解析:選D 只要不發(fā)生全反射,小球放在缸底什么位置都可以從側(cè)面看到,選項A錯誤;只有小于臨界角的光才能從水面射出,選項B錯誤;光的頻率是由光源決定的,光從水中射入空氣后頻率不變,選項C錯誤;由公式n=知,光在空氣中的傳播速度較大,選項D正確。
3.解析:
9、選A 由圖(b)得θ=30°時發(fā)生全反射,故全反射的臨界角C=60°,故n===,故A正確,D錯誤;根據(jù)v=,紅光在透明體中的光速小于真空中的光速,故B錯誤;光線的頻率與介質(zhì)的折射率無關(guān),故紅光的折射光線的頻率不變,故C錯誤。
4.解析:(1)光在棱鏡中傳播的速率v==m/s=2×108 m/s
(2)由折射率n=得AB面上的折射角r=30°
由幾何關(guān)系得,BC面上的入射角 θ=45°
全反射臨界角C=arcsin<45°,光在BC面上發(fā)生全反射,然后垂直AC面射出棱鏡,光路如圖所示。
答案:(1)2×108 m/s (2)見解析
5.解析:如圖所示,過O點作與MN成45°角的
10、半徑,沿該半徑方向入射的光線AO,剛好與圓柱面垂直,不發(fā)生折射,沿直線射到O點,它與過O點的法線夾角剛好等于臨界角45°,故AO是剛好能發(fā)生全反射的臨界光線,在O點的左側(cè),如光線BC,它在圓柱面上要發(fā)生折射,入射到MN上時的入射角要大于45°,肯定能發(fā)生全反射,故在MO之間不會有光線射出。在AO右側(cè)的光線,經(jīng)圓柱面折射,入射到ON之間時入射角小于45°,因此能從ON面射出,其右邊界應(yīng)是和圓柱面相切的光線,該光線與圓柱面的切點剛好在O′處,設(shè)入射角為θ1,折射角為θ2,由n=得sin θ2=,當(dāng)θ1等于90°時,θ2=45°,即圖中θ2=45°,O′E⊥ON,所以射出的光線在MN上的寬度OE=Rsin 45°=R。
答案:R
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