高中物理 第4章 光的波動性 4_6 全反射與光導纖維 4_7 激光學業(yè)分層測評 滬科版選修3-4

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第4章 4.6 全反射與光導纖維 4.7 激光 (建議用時：45分鐘) [學業(yè)達標] 1.下列事例哪些應用了光的全反射現(xiàn)象(　　) A.海市蜃樓 B.用三棱鏡觀察太陽光譜 C.某些光學儀器中用等腰直角玻璃三棱鏡改變光路90 D.水中的魚看起來比實際的要淺 E.多面體鉆石能夠閃閃發(fā)光 【解析】　海市蜃樓和光學儀器中用等腰直角玻璃三棱鏡改變光路90是利用了光的全反射現(xiàn)象，故A、C項正確；用三棱鏡觀察太陽光譜和水中的魚看起來比實際的要淺，都是光的折射現(xiàn)象，故B、D項錯誤.多面體鉆石閃閃發(fā)光是因為全反射現(xiàn)象，E正確. 【答案】　ACE 2.已知介質對某單色光的臨界角為C，則下列說法正確的是(　　) A.該介質對單色光的折射率等于 B.此單色光在該介質中的傳播速度等于csinC(c是光在真空中的傳播速度) C.此單色光在該介質中的傳播波長是在真空中波長的sin C倍 D.此單色光在該介質中的頻率是在真空中的倍 E.此單色光從真空射向介質，入射角大于C時一定發(fā)生全反射 【解析】　由臨界角的計算式sin C＝得n＝，故選項A正確；將n＝代入sin C＝得sin C＝，故v＝csin C，故選項B正確；設該單色光的頻率為f，在真空中的波長為λ0，在介質中的波長為λ，由波長、頻率、波速的關系得c＝λ0f，v＝λf，由sin C＝＝得，λ＝λ0sin C，故選項C正確；該單色光由真空傳入介質時，頻率不發(fā)生變化，故選項D錯誤；此單色光從真空射向介質不會發(fā)生全反射，E錯誤. 【答案】　ABC 3.一束光從空氣射向折射率為n＝的某種玻璃的表面，如圖467所示，i代表入射角，則(　　) 圖467 A.當i＞45時，會發(fā)生全反射現(xiàn)象 B.無論入射角i是多大，折射角r都不會超過45 C.欲使折射角r＝30，應以i＝45的角入射 D.當入射角i＝arctan時，反射光線跟折射光線恰好互相垂直 E.當光從玻璃射向空氣時， 一定會發(fā)生全反射 【解析】　由于光從光疏介質射向光密介質，所以不會發(fā)生全反射，A項錯誤，B正確；由折射定律計算可知C、D兩項正確；光從玻璃射向空氣，入射角大于臨界角時才能發(fā)生全反射，E錯誤. 【答案】　BCD 4.下列說法中正確的是(　　) A.因為水的密度大于酒精的密度，所以水是光密介質 B.因為水的折射率小于酒精的折射率，所以水對酒精來說是光疏介質 C.同一束光，在光密介質中的傳播速度較大 D.同一束光，在光密介質中的傳播速度較小 E.光疏介質和光密介質相對于折射率來確定，與密度無關 【解析】　光在各種介質中的傳播速度和介質相對真空的折射率都是不同的.兩種介質相比較光在其中傳播速度大，而折射率小的介質叫光疏介質；光在其中傳播速度小，而折射率大的介質叫光密介質.光疏介質和光密介質與密度無關，A、C錯誤，B、D、E正確. 【答案】　BDE 5.關于全反射，下列說法中正確的是(　　) A.發(fā)生全反射時，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認為不存在折射光線而只有反射光線 B.光線從光密介質射向光疏介質時，一定會發(fā)生全反射現(xiàn)象 C.光從光疏介質射向光密介質時，不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 D.水或玻璃中的氣泡看起來特別亮，就是因為光從水或玻璃射向氣泡時，在界面發(fā)生全反射 E.介質的臨界角越小就越容易發(fā)生全反射 【解析】　全反射是當光從光密介質射向光疏介質，且入射角大于等于臨界角時發(fā)生的現(xiàn)象，發(fā)生全反射時全部光線均不進入光疏介質.介質的臨界角越小越容易發(fā)生全反射，A、B錯誤，C、D、E正確. 【答案】　CDE 6.光纖通信是一種現(xiàn)代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高質量的通信服務.目前，我國正在大力建設高質量的寬帶光纖通信網(wǎng)絡.下列說法正確的是(　　) A.光纖通信利用光作為載體來傳遞信息 B.光導纖維傳遞光信號是利用光沿直線傳播的原理 C.光導纖維傳遞光信號是利用光的色散原理 D.目前廣泛應用的光導纖維是一種非常細的特制玻璃絲 E.光在光纖內不斷地發(fā)生全反射，中途不會側漏 【解析】　光纖是利用光的全反射現(xiàn)象而實現(xiàn)光作為載體的信息傳遞，光纖是內芯折射率大于外層表皮折射率的很細的玻璃絲.故A、D、E正確，B、C錯誤. 【答案】　ADE 7.如圖468所示，一束光線從空氣射入某介質，入射光線與反射光線夾角為90，折射光線與入射光線延長線間夾角θ為15，求： 圖468 (1)該介質的折射率. (2)光在該介質中傳播的速度. (3)當光從介質射入空氣時的臨界角. 【解析】　(1)由反射定律可知α＝β，由于α＋β＝90，故入射角α＝45； 由圖可知r＋θ＝α＝45，由于θ＝15，故折射角r＝30，所以該介質的折射率n＝＝＝. (2)由折射率與速度的關系n＝得v＝＝ m/s＝2.12108 m/s. (3)光從介質射入空氣時臨界角的正弦值sin C＝＝＝，故臨界角C＝45. 【答案】　(1)　(2)2.12108 m/s　(3)45 8.如圖469所示，一玻璃球體的半徑為R，O為球心，AB為直徑.來自B點的光線BM在M點射出，出射光線平行于AB，另一光線BN恰好在N點發(fā)生全反射.已知∠ABM＝30，求 圖469 (1)玻璃的折射率. (2)球心O到BN的距離. 【導學號：38910059】 【解析】　(1)設光線BM在M點的入射角為i，折射角為r，由幾何知識可知，i＝30，r＝60，根據(jù)折射定律得n＝ ① 代入數(shù)據(jù)得 n＝. ② (2)光線BN恰好在N點發(fā)生全反射，則∠BNO為臨界角C sin C＝ ③ 設球心到BN的距離為d，由幾何知識可知 d＝R sin C ④ 聯(lián)立②③④式得 d＝R. ⑤ 【答案】　(1)　(2)R [能力提升] 9.△OMN為玻璃等腰三棱鏡的橫截面.a、b兩束可見單色光從空氣垂直射入棱鏡底面MN，在棱鏡側面OM、ON上反射和折射的情況如圖4610所示.由此可知(　　) 圖4610 A.棱鏡內a光的傳播速度比b光的小 B.棱鏡內a光的傳播速度比b光的大 C.a光的頻率比b光的高 D.a光的波長比b光的長 E.a光的臨界角大于b光的臨界角 【解析】　由題圖可知，a、b兩單色光以相同的入射角分別射向OM、ON兩界面，b光發(fā)生全反射，而a光發(fā)生折射，所以a光的折射率小于b光的折射率，因此a光的波長比b光的波長大，D正確；又v＝，則在棱鏡內a光的傳播速度比b光的大，B正確.由圖可知，a光的臨界角大于b光的臨界角，E正確. 【答案】　BDE 10.如圖4611所示，空氣中有一橫截面為半圓環(huán)的均勻透明柱體，其內圓半徑為r，外圓半徑為R，R＝r.現(xiàn)有一束單色光垂直于水平端面A射入透明柱體，只經(jīng)過兩次全反射就垂直于水平端面B射出.設透明柱體的折射率為n，光在透明柱體內傳播的時間為t，若真空中的光速為c，則(　　) 【導學號：38910060】 圖4611 A.n可能為 B.n可能為2 C.t可能為 D.t可能為 E.t可能為 【解析】　根據(jù)題意可畫出光路圖如圖所示，則兩次全反射時的入射角均為45，所以全反射的臨界角C≤45，折射率n≥＝，A、B均正確；光在介質中的傳播速度v＝≤，所以傳播時間t＝≥，C、D錯誤，E正確. 【答案】　ABE 11.一束紅寶石激光器發(fā)射的激光是不連續(xù)的一道道閃光，每道閃光稱為一個光脈沖，若這種激光器產(chǎn)生的光脈沖的持續(xù)時間為1.010－11s，波長為694.3 nm，發(fā)射功率為1.01010 W.求： (1)每列光脈沖的長度； (2)用這種激光照射皮膚色斑，每1 cm2皮膚吸收的能量達到60 J以后，色斑便逐漸消失，一個色斑的面積為50 mm2，則它需要吸收多少列紅寶石激光脈沖才能逐漸消失？ 【解析】　(1)光脈沖的持續(xù)時間即為發(fā)射一個光脈沖所需的時間.一列光脈沖的長度Δl＝cΔt＝3.01081.010－11m＝3.010－3 m. (2)一列光脈沖所攜帶的能量ΔE＝PΔt＝1.010101.010－11J＝0.1 J.清除面積為50 mm2的色斑需要光脈沖數(shù)為n＝E＝＝300(列). 【答案】　(1)3.010－3 m (2)300列 12.如圖4612所示為用某種透明材料制成的一塊柱形棱鏡的截面圖，圓弧CD為半徑為R的四分之一的圓周，圓心為O，光線從AB面上的某點入射，入射角θ1＝45，它進入棱鏡后恰好以臨界角射在BC面上的O點. 圖4612 (1)畫出光線由AB面進入棱鏡且從CD弧面射出的光路圖； (2)求該棱鏡的折射率n； (3)求光線在該棱鏡中傳播的速度大小v(已知光在空氣中的傳播速度c＝3.0108 m/s). 【解析】　(1)光路圖如圖所示. (2)光線在BC面上恰好發(fā)生全反射，入射角等于臨界角C，sin C＝，cos C＝. 光線在AB界面上發(fā)生折射，折射角θ2＝90－C，由幾何關系得sin θ2＝cos C，由折射定律得n＝，由以上幾式聯(lián)立解得n＝. (3)光速v＝＝108 m/s. 【答案】　(1)見解析圖　(2)　(3)108 m/s