4.2.1全反射的理解与计算课时作业-2022-2023学年高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册

人教版高中物理选择性必修第一册课时作业第二节第1课时全反射的理解与计算一、单项选择题1、如图所示为公园水池中的灯光喷泉,红、蓝灯位于水面下同一深度,从水面上方向下观察,则()A.红灯看起来比蓝灯深,红灯照亮的水面面积比蓝灯的大B.红灯看起来比蓝灯深,红灯照亮的水面面积比蓝灯的小C.红灯看起来比蓝灯浅,红灯照亮的水面面积比蓝灯的大D.红灯看起来比蓝灯浅,红灯照亮的水面面积比蓝灯的小2、在水底的潜水员看来,水面上方的所有景物只出现在顶角为97°的倒立圆锥里,这是因为 ()A.水面上远处的景物反射的阳光都因为全反射而不能进入水中B.水面上远处的景物反射的阳光折射进入水中,其折射角不可能大于48.5°C.水面上方倒立圆锥之外的景物反射的阳光都因为全反射而不可能进入水中D.水面上方倒立圆锥之外的景物反射的阳光都因为折射而不可能进入潜水员的眼中3、如图所示，扇形AOB为透明柱状介质的横截面，圆心角∠AOB＝60°，一束平行于角平分线OM的单色光由OA射入介质，经OA折射的光线恰平行于OB，以下对该介质的折射率值及折射光线中恰好射到M点的光线能不能发生全反射的说法正确的是()A．eq\r(3)，不能发生全反射B．eq\r(3)，能发生全反射C．eq\f(2\r(3),3)，不能发生全反射D．eq\f(2\r(3),3)，能发生全反射4、酷热的夏天,在平坦的柏油公路上,你会看到在一定距离处,地面显得格外明亮,仿佛是一片水面,似乎还能看到远处车、人的倒影。但当你靠近“水面”时,它却随你靠近而后退。对此现象,下列解释正确的是（）A.出现的是“海市蜃楼”,是光的折射造成的B.“水面”不存在,是由于酷热难耐,人产生的幻觉C.太阳光辐射到地面,使地表温度升高,折射率变大,发生全反射D.太阳光辐射到地面,使地表温度升高,折射率变小,发生全反射5、如图所示,同种色光以相同的入射角从空气射入三块折射率不同的平行玻璃砖中,已知平行玻璃砖的大小相同,入射点在玻璃砖上的位置相同,则()A.玻璃砖①对该种色光的折射率最大B.光线在玻璃砖③中的传播速度最大C.光线都能从玻璃砖的下表面射出D.只要增大入射角,其中一块玻璃砖的下表面肯定会发生全反射6、如图,一半径为R的玻璃半球,折射率为1.5,现有一束均匀的平行光垂直入射到整个半球的底面上,进入玻璃半球的光线中,不可能直接从半球面出射的光线所占百分比为 ()A.66.7%B.55.6%C.44.4%D.33.3%7、如图所示，一块上、下表面平行的玻璃砖的厚度为L，玻璃砖的折射率n＝eq\r(3)，若光从上表面AB射入的入射角i＝60°，光在真空中的光速为c，则()A．折射角r＝30°B．光在玻璃中传播的时间为eq\f(2\r(3)L,3c)C．光在玻璃中传播的时间为eq\f(2L,3c)D．改变入射角i，光在下表面CD可能发生全反射8、如图,边长为L的正方体玻璃砖,折射率n=1.5,玻璃砖的中心有一个小气泡。自正方体外向内观察气泡,正方体表面能看到气泡范围的面积为 ()A.15πL2B.25C.45πL2D.65二、多项选择题9、关于全反射,下列说法正确的是 ()A.光只有从光密介质射向光疏介质时才可能发生全反射现象B.光只有从光疏介质射向光密介质时才可能发生全反射现象C.光只有从折射率大的介质射向折射率小的介质时才可能发生全反射现象D.光只有从折射率小的介质射向折射率大的介质时才可能发生全反射现象10、光在某种介质中的传播速度是1.5×108m/s,光从该介质射向空气时 ()A.发生全反射的临界角是30°B.大于或等于30°的所有角都是临界角C.入射角大于或等于30°时都能发生全反射D.临界角可能是60°11、如图所示,S为位于泳池底部的一点光源,当泳池注入部分水时,从泳池上方观察发现,被光源照亮的水面为一直径等于d的圆形区域,若想让被照亮区域的面积增大,可采取的方法是 ()A.继续向泳池注水,增加水深B.放出部分池水,减小水深C.将水换成折射率比水大的某种液体D.将水换成折射率比水小的某种液体12、白光是由多种单色光构成的复合光,点光源S发出的一束白光由空气斜射到横截面为矩形acdb的玻璃砖上的O点,S、O和d三点位于同一直线上,θ为入射角,如图所示,下列说法正确的是 ()A.当θ增大时,光不可能在ab界面上发生全反射B.当θ增大时,光可能射到bd界面上,但不可能在bd界面上发生全反射C.射到cd界面上的光,一定不能在cd界面上发生全反射D.从cd界面射出的各种色光一定互相平行13、如图所示，真空中一半径为R、质量分布均匀的玻璃球，频率一定的细激光束在真空中沿直线AB传播，于玻璃球表面的B点经折射进入玻璃球，并在玻璃表面的D点又发生折射进入真空中，已知∠BOD＝120°，玻璃球对该激光束的折射率为eq\r(3)，光在真空中的传播速度为c.则下列说法正确的是()A．激光束在B点的入射角为60°B．激光束在玻璃球中穿越的时间为eq\f(2R,c)C．改变入射角，光线在射出玻璃球的表面时会发生全反射D．改变入射角，光线在射出玻璃球的表面时不可能发生全反射三、非选择题14、潜水员在水中仰望,由于光线在空气和水的界面发生全反射,他能看见河底的物体。如果水深为H,潜水员仰望时,眼睛到河底的距离为h,水的折射率为n,则潜水员仰望时能较清楚地看到的河底物体与潜水员的最短水平距离是多少?15、如图所示为一玻璃砖的横截面,其中OAB是半径为R的扇形,∠AOB=45°,OBD为等腰直角三角形。一束光线从距O点12R的P点垂直于OD边射入,光线恰好在BD边上发生全反射,最后由AB边射出。已知光在真空中的传播速度为c,求(1)玻璃砖对该光线的折射率;(2)光在玻璃砖中传播的时间。深度解析16、如图所示，AB为空气与某种介质的界面，直线MN垂直于界面AB，光由空气射入折射率n＝eq\r(2)的这种介质．已知光在空气中的传播速度约为3×108m/s.求：(1)当入射角i＝45°时，折射角r；(2)光在这种介质中的传播速度大小v；(3)若光由这种介质射向空气，发生全反射的临界角的正弦值．17、如图所示,某种透明材料制成的截面为直角三角形的棱镜ABC,折射率为3,∠A=π6,在与BC边相距为d的位置,放置一平行于BC边的竖直光屏,现有一细光束射到棱镜AB面上的P点,入射光线与AB边的垂线CP的夹角为i,PB的长度为d,试求(1)当i=π3且光束从BC面出射时,光屏上的亮斑与P点间的竖直距离(2)当光束不从BC面出射时,i的正弦值应满足的条件。深度解析答案与解析1、A解析：水对红光的折射率小于对蓝光的折射率,从水面上方逆着光线看去,红灯看起来比蓝灯深;设临界角为C,光照亮的水面范围半径R=htanC,而sinC=1n,由于水对红光的折射率小于对蓝光的折射率,故红光的临界角大,红灯照亮水面部分的面积比蓝灯的大。故选A2、B解析：在水底的潜水员看来,水面上方的所有景物只出现在顶角为97°的倒立圆锥里,这是由于水的全反射临界角为48.5°,光由空气射入水中时,最大折射角为48.5°,而不能发生全反射,只有当光由水中射向空气时才有可能发生全反射现象,故B正确,A、C、D错误。3、A解析：由光路图可知，光线在OA面上的入射角为i＝60°，折射角为r＝30°，根据折射定律得折射率为n＝eq\f(sini,sinr)＝eq\f(sin60°,sin30°)＝eq\r(3)，光线在M点的入射角为i′＝30°，sini′＝0.5，临界角的正弦为sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(3),3)>sini′，即有i′<C，故折射光线中恰好射到M点的光线不能发生全反射，故A正确，B、C、D错误．4、D解析：酷热的夏天,在平坦的柏油公路上,地面附近的空气温度比上层空气的高,密度比上层空气的小,折射率也比上层空气的小,光照射时发生全反射,出现“水面”,D正确,A、B、C错误。5、C解析：由题图可知,玻璃砖③中光的偏折程度最大,则玻璃砖③对该种色光的折射率最大,根据v=cn可知,光线在玻璃砖③中的传播速度最小,故A、B错误;光线通过玻璃砖发生两次折射,第二次的入射角等于第一次的折射角,根据光路可逆性原理可知,光不可能在下表面发生全反射,一定能从下表面射出玻璃砖,故C正确,D6、B解析：如图,假设从A点入射的光在半球面的B点刚好发生全反射,则从以O为圆心、OA长为半径的圆范围外射入的光线不能直接从半球面射出,sinC=1n=23,OA=R·sinC=23R,所以能直接从半球面射出的光线占比为π23R259=55.6%,故选B7、A解析：由n＝eq\f(sini,sinr)得sinr＝eq\f(sini,n)＝eq\f(sin60°,\r(3))＝0.5，得r＝30°，故A正确；光在玻璃中传播的速度为v＝eq\f(c,n)，由几何知识可知光在玻璃中传播的路程为s＝eq\f(L,cosr)，则光在玻璃中传播的时间为t＝eq\f(s,v)＝eq\f(nL,c·cosr)＝eq\f(\r(3)L,c·cos30°)＝eq\f(2L,c)，故B、C错误；由于光在CD面上的入射角等于光在AB面上的折射角，根据光路可逆性原理得知光一定能从CD面射出，不可能在下表面CD发生全发射，故D错误．8、D解析：正方体每个面能看到气泡的范围为圆,设圆的半径为r,光在玻璃砖表面发生全反射的临界角为C,则有sinC=1n=23,根据几何关系得r=L2tanC,解得r=55L,则正方体表面能看到气泡范围的面积为S=6πr2=65πL9、AC解析：光从光密介质射向光疏介质时,若入射角大于或等于临界角,会发生全反射现象;光从光疏介质射向光密介质时,不会发生全反射现象,A正确,B错误;光只有从折射率大的介质射向折射率小的介质时,才可能发生全反射现象,C正确,D错误。10、AC解析：介质的折射率n=cv=3×108m/s1.5×108m/s=2,sinC=1n,得临界角C=30°,11、AD解析：设h为水的深度,水面上形成的光斑边缘光线恰好未发生全反射,入射角等于临界角C,根据几何关系知tanC=d2h,继续向泳池注水,增加水深,临界角C不变,d增大,被照亮区域的面积增大,故A正确;同理可知,放出部分池水,被照亮区域的面积减小,故B错误;根据sinC=1n可知,将水换成折射率比水大的某种液体,临界角C减小,根据tanC=d2h可知,d减小,被照亮区域的面积减小,同理可知,将水换成折射率比水小的某种液体,被照亮区域的面积增大,故C错误,D12、ACD解析：白光由空气斜射入玻璃砖是由光疏介质射向光密介质,不可能在ab界面上发生全反射,A正确;当θ增大时,折射角增大,光可能射到bd界面上,若在bd界面的入射角大于临界角,可能发生全反射,故B错误;由于光在cd面的入射角等于ab面的折射角,根据光路的可逆性知,光在cd面的出射角等于在ab面的入射角,光不可能在cd面上发生全反射,并且从cd界面射出的各种色光一定互相平行,C、D正确。13、AD解析：由几何知识得激光束在在B点折射角r＝30°，由折射定律n＝eq\f(sinα,sinr)代入数据解得sinα＝eq\f(\r(3),2)，即α＝60°，故A正确；由几何知识得激光束在玻璃球中穿越的距离为L＝BD＝2Rsin60°＝eq\r(3)R，激光束在玻璃球中传播的速度为v＝eq\f(c,n)＝eq\f(\r(3),3)c，则此激光束在玻璃中穿越的时间为t＝eq\f(L,v)＝eq\f(3R,c)，故B错误；激光束从B点进入玻璃球时，无论怎样改变入射角，在D点的入射角等于B点的折射角，根据光路可知性原理得知，光束不可能在D点发生全反射，一定能从D点折射出玻璃球，故C错误，D正确．14、答案：2解析：设光在水面发生全反射的临界角为C,则sinC=1n,故tanC=1n2-1;根据几何关系可得河底物体与潜水员之间的最短水平距离d=(H-h)tanC+HtanC,15、答案：(1)2(2)6+2解析：(1)作出光路图,如图所示:由几何关系知sin∠OEP=OPOE=又知光线恰好在BD边上发生全反射,所以∠OEP等于临界角C有sinC=1解得n=2(2)由几何关系知,BD边与OA边平行,光线在OA边上也恰好发生全反射,且有PE=EG=GF=QH=12故sin∠QOH=QHOQ=则∠QOH=30°,OH=Rcos30°=32因此光在玻璃砖中传播的路程s=EF+OH=3+2光在玻璃砖中传播的时间t=sv=解得t=6+216、(1)30°(2)eq\f(3\r(2),2)×108m/s(3)eq\f(\r(2),2)解析：(1)由折射定律n＝eq\f(sini,sinr)得sinr＝eq\f(sini,n)＝eq\f(sin45°,\r(2))＝eq\f(1,2)，代入数据，解得折射角为r＝30°.(2)光在这种介质中的传播速度v＝eq\f(c,n)＝eq\f(3.0×108,\r(2))m/s＝eq\f(3\r(2),2)×108m/s.(3)根据全反射的临界角公式sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(\r(2),2).17、答案：(1)1+23(2)0≤sini≤6解析：(1)作出光路图,如图所示:光线在P点发生折射,根据折射定律有n=sin得sinr=sinin=sin60°得折射