光的折射、全反射练习题.doc

物理 选修3-4 第十三章 第1单元 光的折射、全反射12009年10月6日，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2009年诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家高锟以及美国科学家威拉德博伊尔和乔治史密斯高锟在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得了突破性的成就若光导纤维是由内芯和包层组成，下列说法正确的是 ()A内芯和包层折射率相同，折射率都大B内芯和包层折射率相同，折射率都小C内芯和包层折射率不同，包层折射率较大D内芯和包层折射率不同，包层折射率较小解析：为了使光线不射出来，必须利用全反射，而发生全反射的条件是光从折射率较大的光密介质进入折射率较小的光疏介质且入射角大于等于临界角，因此，内芯的折射率应大于包层的折射率，故选项D正确答案：D2(2009广东高考)在阳光照射下，充满雾气的瀑布上方常常会出现美丽的彩虹彩虹是太阳光射入球形水珠经折射、内反射、再折射后形成的光的折射发生在两种不同介质的_上，不同的单色光在同种均匀介质中_不同答案：界面折射率3(2009山东高考)一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯，图13110所示为过轴线的截面图，调整入射角，使光线恰好在水和空气的界面上发生全反射已知水的折射率为，求sin的值解析：当光线在水面发生全反射时，有sinC 当光线从左侧射入时，由折射定律有n 联立式，代入数据可得sin.答案：4.折射率为n、长度为L的玻璃纤维置于空气中，若从A 端射入的光线能在玻璃纤维中发生全反射，最后从B端射出，如图13111所示，求：(1)光在A面上入射角的最大值(2)若光在纤维中恰能发生全反射，由A端射入到从B端射出经历的时间是多少？解析：(1)光路图如右图所示，要在纤维中发生全反射，其临界角C有sinC折射角290C所以cos2，sin2由折射定律：sin1nsin21arcsin.(2)光在纤维中传播的速度v(c为光在真空中传播的速度)光在沿纤维轴线方向上的速度分量v1vcos2所用时间：t.答案：(1)arcsin(2)5(2009海南高考)如图13112所示，一透明半圆柱体折射率为n2，半径为R，长为L.一平行光束从半圆柱体的矩形表面垂直射入，从部分柱面有光线射出求该部分柱面的面积S.图13112 解析：半圆柱体的横截面如图所示，OO为半径设从A 点入射的光线在B点处恰好满足全反射条件，由折射定律有 sin 式中，为全反射临界角由几何关系得 OOB S2RLOOB 代入题所给条件得 SRL. 答案：RL6如图13113所示，巡查员站立于一空的贮液池边，检查池角出液口的安全情况已知池宽为L，照明灯到池底的距离为H，若保持照明光束方向不变，向贮液池中注入某种液体，当液面高为时，池底的光斑距离出液口.图13113(1)试求：当液面高为H时，池底的光斑到出液口的距离x.(2)控制出液口缓慢地排出液体，使液面以vh的速率匀速下降，试求池底的光斑移动的速率vx.解析：(1)作出光路图如图所示 由几何关系知：由折射定律：n代入h、l得：n联立式得xh.当hH时，解得x.(2)由xh知，xh，则，即vxvh.答案：(1)(2)vh7(2010苏南模拟)一台激光器，它的功率为P，如果它发射出的单色光在空气中的波长为.(1)它在时间t内辐射的光能为_，如果已知这束单色光在某介质中的传播速度为v，那么这束单色光从该介质射向真空发生全反射的临界角为_(2)由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为信息高速传输的载体要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多大？解析：(1)激光器t时间内发出的光能WPt由n，sinC，则Carcsin.(2)设激光束在光导纤维端面的入射角为i，折射角为r，折射光线射向侧面时的入射角为i，折射角为r，如图所示由折射定律：n，由几何关系：ri90，sinrcosi.由全反射临界角的公式：sini，cosi ，要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有ir90，sini1.故n，解得n，故光导纤维的折射率至少应为.答案：(1)Ptarcsin(2)8.如图13114所示为用某种透明材料制成的一块柱体形棱镜的水平截面图，FD为圆周，圆心为O，光线从AB面入射，入射角160，它射入棱镜后射在BF面上的O点并恰好不从BF面射出(1)画出光路图；(2)求该棱镜的折射率n和光线在棱镜中传播的速度大小v(光在真空中的传播速度c3.0108 m/s)解析：(1)光路图如图所示(2)设光线在AB面的折射角为2，折射光线与OD的夹角为C，则n.由题意，光线在BF面恰好发生全反射，sinC，由图可知，2C90联立以上各式解出n1.3(或)又n，故解出v2.3108 m/s(或108 m/s)答案：(1)见解析图(2)1.3(或)2.3108 m/s(或108 m/s)9(2010南通模拟)如图13115所示，玻璃棱镜ABCD可以看成是由ADE、ABE、BCD三个直角三棱镜组成一束频率为5.31014 Hz的单色细光束从AD面入射，在棱镜中的折射光线如图中ab所示，ab与AD面的夹角60.已知光在真空中的速度c3108 m/s，玻璃的折射率n1.5，求：(1)这束入射光线的入射角多大？(2)光在棱镜中的波长是多大？(3)该束光线第一次从CD面出射时的折射角(结果可用三角函数表示)解析：(1)设光在AD面的入射角、折射角分别为1、2，230根据n得sin1nsin21.5sin300.75，1arcsin0.75.(2)根据n得v m/s2108 m/s，根据vf得 m3.77107 m.(3)光路如图所示，光线ab在AB面的入射角为45，设玻璃的临界角为