4.2.2全反射的实际应用课时作业-2022-2023学年高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册（解析版）

人教版高中物理选择性必修第一册课时作业第二节第1课时全反射的实际应用一、单项选择题1、光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。以下关于光导纤维的说法正确的是()A.内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B.内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射C.内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生折射D.内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用2、医院给病人做肠镜、胃镜、喉镜等检查时都要用到内窥镜，内窥镜应用到了光的()A.直线传播B．衍射C．干涉D．全反射3、2020年5月，我国第一台半导体激光隐形晶圆切割机研制成功。如图所示，两平行细激光束a、b射向空气中足够大的长方体透明材料的下表面，发现该材料的上表面只有一处有光线射出，则()A.激光a的折射率大于激光b的折射率B．激光a的频率小于激光b的频率C．两束激光a、b在材料的上表面发生了干涉D．有一束激光在材料的上表面发生了全反射4、光导纤维由很细的内芯和外套两层组成,内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯和外套的界面发生全反射,如图所示。为了研究简单,现设外套为空气,内芯的折射率为n,一束光由空气射入内芯,在内芯与空气的界面恰好发生全反射。若光速为c,则光通过长为L的光导纤维所用的时间为()A.LcB.C.n2Lc5、自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车，尾灯由透明介质制成，其外形如图甲所示，下面说法正确的是()A．汽车灯光从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射B．汽车灯光从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射C．汽车灯光从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射D．汽车灯光从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射6、如图所示，ABC是一个用折射率n>eq\r(2)的透明介质做成的棱镜，其截面为等腰直角三角形，现有一束光从图示位置垂直入射到棱镜的AB面上，则该光束()A．能从AB面射出B．能从BC面射出C．进入棱镜后速度不变D．进入棱镜后波长变长7、如图所示为单反照相机取景器的示意图,五边形ABCDE为五棱镜的一个截面,AB⊥BC。光线垂直AB边射入,分别在CD和EA上发生反射,且两次反射时的入射角相等,最后光线垂直BC射出。若两次反射均为全反射,则该五棱镜折射率的最小值是(计算结果可用三角函数表示)()A.n=1sin22.5°B.n=C.n=1cos22.5°D.n=8、为了表演“隐形的大头针”节目，某同学在半径为r的圆形薄软木片中心垂直插入一枚大头针，并将其放入盛有水的碗中，如图所示。已知水的折射率为eq\f(4,3)，为了保证表演成功(在水面上看不到大头针)，大头针末端离水面的最大距离h为()A．eq\f(\r(7),3)rB．eq\f(4,3)rC．eq\f(3,4)rD．eq\f(\r(7),7)r二、多项选择题9、1966年,前香港中文大学校长高锟提出:光通过直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来传输大量信息。根据这一理论制造的光导纤维成为电话和互联网等现代通信网络运行的基石,高锟因此荣获了2009年诺贝尔物理学奖。下列关于“光纤”及其原理的说法中正确的是()A.光纤通信利用了光的全反射原理B.光纤通信具有传输容量大、衰减小、抗干扰性强等优点C.实用光导纤维由内芯和外套两层组成,内芯的折射率比外套的小,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射D.当今,在信号传输领域,光纤电缆(光缆)已经几乎完全取代了传统的铜质“电缆”,成为传播信息的主要工具,是互联网的骨架,并已连接到普通社区10、在光纤制造过程中,由于拉伸速度不均匀,会使得拉出的光纤不是均匀的圆柱体,而呈现圆台形状(如图所示)。已知此光纤长度为L,圆台对应底角为θ,折射率为n,真空中的光速为c。现光从下方垂直射入下台面,则()A.光从真空射入光纤,光的频率不变B.光通过此光纤到达小截面的最短时间为LC.从上台面射出的光束一定是平行光D.若满足sinθ>1n,11、如图中方框区域内有一个可以任意摆放的全反射棱镜,其横截面是等腰直角三角形,光线1、2、3、4表示的是入射光线,经过棱镜后,相应的出射光线是1'、2'、3'、4',下列4种情况中,哪些是可能实现的()12、光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，可看成一段直线，其内芯和外套的材料不同，光在内芯中传播，下列关于光导纤维的说法正确的是（）A.内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B.内芯的折射率比外套的大，光传播时在外套与外界的界面上发生全反射C.波长越长的光在光纤中传播的速度越大D.频率越大的光在光纤中传播的速度越大13、如图所示为投影仪的镜头，是一个半球形的玻璃体。光源产生的单色平行光投射到玻璃体的平面上，经半球形镜头折射后在光屏MN上形成一个圆形光斑。已知镜头半径为R，光屏MN到球心O的距离为d(d＞3R)，玻璃对该单色光的折射率为n(n＞1.5)，则()A．平行光从玻璃体左侧平面入射时没有反射B．进入玻璃体的光线可能在右侧球面发生全反射C．光屏上被照亮的圆形光斑半径为deq\r(n2－1)－nRD．若继续增大d，则光屏上的光斑可能先减小后增大三、非选择题14、在某一位置当他低头向水中观察时，看到河底有一静止物体跟他眼睛正好在同一竖直线上，这个人再向前游12m，正好不能看见此物体，求河深。(水的折射率为eq\f(4,3))15、2020年11月29日WTT澳门国际乒乓球赛在新冠肺炎疫情平稳可控的背景下圆满落幕,在本次比赛中,光纤通信网覆盖了整个场地,为比赛提供了安全可靠的通信传输。如图所示,一条圆柱形的光导纤维,长为L,它的内芯的折射率为n1,外层材料的折射率为n2,光从一端射入,经全反射后从另一端射出,所需的最长时间为t,请探究分析以下问题:(1)n1和n2的大小关系。(2)最长时间t的大小。(图中标的C为全反射的临界角,其中sinC=n216、如图所示，一玻璃工件折射率为n，左侧是半径为R的半球体，右侧是长为8R、直径为2R的圆柱体。一细束光频率为f，沿半球体半径方向射入工件，最终这束光都能到达圆柱体的右端面，忽略光在圆柱体端面的反射，已知光在真空中的传播速度为c。求：(1)光在玻璃工件中的波长；(2)光在工件中传播的最长时间。17、“道威棱镜”广泛应用在光学仪器中。如图所示,将一等腰直角棱镜截去棱角,使其截面平行于底面,可制成“道威棱镜”,这样就减小了棱镜的重量和杂散的内部反射。从M点发出一束平行于底边CD的单色光,使其从AC边射入,已知棱镜玻璃的折射率n=2,则:(1)通过计算判断光线能否从CD边射出;(2)若CD=6L,求光在“道威棱镜”内部传播的时间。答案与解析1、A解析：光导纤维是利用光从光密介质（内芯）射入光疏介质（外套）时发生全反射的现象来传递信息的。2、D解析：内窥镜利用光导纤维传输信号，应用到了光的全反射现象，故A、B、C错误，D正确。3、B解析：只有一束光线射出，说明两束光线在同一个位置沿同一方向射出，根据玻璃砖的光学特点可知出射光线与入射光线平行，且发生了一定侧移，则知a光偏折程度较小，所以a光的折射率小于b光的折射率，故A错误；根据折射率与频率的关系，结合a光的折射率小于b光的折射率可知a光的频率小于b光的频率，故B正确；两束光的频率不同，不能发生干涉，故C错误；产生全反射的必要条件是光线必须从光密介质射入光疏介质，且入射角大于等于临界角。光线从空气射到玻璃砖上表面的入射角等于下表面上的折射角，不可能大于临界角，所以在上表面不可能发生全反射，故D错误。4、C解析：一束光由空气射入内芯,在内芯与空气的界面恰好发生全反射,设临界角为C,则光的传播方向与光导纤维之间的夹角为90°-C,光通过长为L的光导纤维时的路程s=Lcos(90°-C)=LsinC;内芯的折射率为n,则光在光导纤维中的传播速度v=cn,又由于n=1sinC,所以光的传播时间t=s5、C解析：我们从题图中取一个凸起并作出一条光路如图所示。由图可知，每一部分相当于一块全反射棱镜，要想让后面的司机看到反射光，因此光只能从右侧(直边)射入，经过尾灯左表面反射回去，故选项C正确，A、B、D错误。6、B解析：设棱镜的临界角为C，则sinC＝eq\f(1,n)<eq\f(1,\r(2))＝eq\f(\r(2),2)，得C<45°。光束射入三棱镜后，在AC界面上的入射角i＝45°>C，故发生了全反射，反射角r＝i＝45°，所以光束垂直于BC面射出，不能从AB面射出，光路图如图所示，故A错误，B正确。7、A解析：设入射到CD上的入射角为θ,因为在CD和EA上发生反射,且两次反射的入射角相等,根据几何关系有4θ=90°,解得θ=22.5°;根据sinC=1n,解得五棱镜的最小折射率为n=1sin22.5°,A正确,B、C、8、A解析：只要从大头针末端发出的光线射到圆形薄软木片边缘界面处能够发生全反射，从水面上就看不到大头针，如图所示，有人在河中游泳，头部露出水面，9、ABD解析：光纤通信利用了光的全反射原理,A正确;光纤通信具有传输容量大、衰减小、抗干扰性强等优点,B正确;光发生全反射的条件是光从光密介质进入光疏介质,且入射角大于等于临界角,所以内芯的折射率大于外套的折射率,光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射,故C错误;在信号传输领域,光纤电缆(光缆)已经几乎完全取代了传统的铜质“电缆”,成为传播信息的主要工具,是互联网的骨架,并已连接到普通社区,D正确。10、AD解析：光的频率由光源决定,与介质无关,所以光从真空射入光纤,光的频率不变,A正确。光通过此光纤到达小截面的最短距离为L,光在光纤中的传播速度v=cn,则光通过此光纤到达小截面的最短时间为t=Lv=nLc,故B错误。通过光纤侧面全反射后再从上台面射出的光束与垂直射出上台面的光束不平行,C错误。设光纤的临界角为C,光第一次到达光纤侧面的入射角为θ,则sinC=1n,当sinθ>1n时有θ>C,11、ABC解析：将全反射棱镜如图1放置,可满足选项A;将全反射棱镜如图2放置,可满足选项B;将全反射棱镜如图3放置,可满足选项C;全反射棱镜没有会聚光线的作用,故D错误。12、AC解析：当内芯的折射率比外套的大时，光传播时在内芯与外套的界面上才能发生全反射，故选项A正确，B错误；波长越长的光，频率越小，介质对它的折射率n越小，根据公式，光在光纤中传播的速度越大，故选项C正确，D错误13、BC解析：平行光从玻璃体左侧平面垂直入射，有反射也有折射，入射角为零，折射角、反射角也为零，故A错误；如图所示，假设光线入射到D点时恰好发生全反射，sinC＝eq\f(1,n)，OF＝eq\f(R,cosC)＝eq\f(nR,\r(n2－1))又因为eq\f(O′F,r)＝tanCO′F＝d－OF解得：r＝deq\r(n2－1)－nR，故B、C正确；如图所示，继续增大d，则光屏上的光斑会增大，故D错误。14、答案：10.6m解析：如图所示，由题意知C为临界角，则sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(3,4)①从图可得sinC＝eq\f(12,\r(122＋h2))②联立①②得：eq\f(3,4)＝eq\f(12,\r(122＋h2))解得h≈10.6m。15、答案：(1)n1>n2(2)L解析：(1)欲使光在内芯和外层材料的界面上发生全反射,需使内芯的折射率大于外层材料的折射率,即n1>n2。(2)光在内芯中传播的最长路程为s=LsinC,传播速度为v=cn1,故最长时间t=sv=16、解析：(1)光在玻璃工件中的速度v＝eq\f(c,n)波长λ＝eq\f(v,f)由①②式解得光在玻璃工件中的波长λ＝eq\f(c,nf)。(2)设光在圆柱体中发生全反射时的入射角为α，传播到右端面的路程为s，则sinα＝eq\f(8R,s)光在工件中传播的时间t＝eq\f(s＋R,v)即t＝eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(8,sinα