第4章 4.6 全反射與光導(dǎo)纖維4.7 激光(建議用時(shí)：45分鐘)學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)1.下列事例哪些應(yīng)用了光的全反射現(xiàn)象()A.海市蜃樓B.用三棱鏡觀察太陽(yáng)光譜C.某些光學(xué)儀器中用等腰直角玻璃三棱鏡改變光路90D.水中的魚看起來(lái)比實(shí)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(xué)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(xiàng)正確；用三棱鏡觀察太陽(yáng)光譜和水中的魚看起來(lái)比實(shí)際的要淺，都是光的折射現(xiàn)象，故B、D項(xiàng)錯(cuò)誤.多面體鉆石閃閃發(fā)光是因?yàn)槿瓷洮F(xiàn)象，E正確.【答案】ACE2.已知介質(zhì)對(duì)某單色光的臨界角為C，則下列說(shuō)法正確的是()A.該介質(zhì)對(duì)單色光的折射率等于B.此單色光在該介質(zhì)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(zhì)中的傳播波長(zhǎng)是在真空中波長(zhǎng)的sin C倍D.此單色光在該介質(zhì)中的頻率是在真空中的倍E.此單色光從真空射向介質(zhì)，入射角大于C時(shí)一定發(fā)生全反射【解析】由臨界角的計(jì)算式sin C得n，故選項(xiàng)A正確；將n代入sin C得sin C，故vcsin C，故選項(xiàng)B正確；設(shè)該單色光的頻率為f，在真空中的波長(zhǎng)為0，在介質(zhì)中的波長(zhǎng)為，由波長(zhǎng)、頻率、波速的關(guān)系得c0f，vf，由sin C得，0sin C，故選項(xiàng)C正確；該單色光由真空傳入介質(zhì)時(shí)，頻率不發(fā)生變化，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤；此單色光從真空射向介質(zhì)不會(huì)發(fā)生全反射，E錯(cuò)誤.【答案】ABC3.一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467A.當(dāng)i45時(shí)，會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象B.無(wú)論入射角i是多大，折射角r都不會(huì)超過45C.欲使折射角r30，應(yīng)以i45的角入射D.當(dāng)入射角iarctan時(shí)，反射光線跟折射光線恰好互相垂直E.當(dāng)光從玻璃射向空氣時(shí)， 一定會(huì)發(fā)生全反射【解析】由于光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)，所以不會(huì)發(fā)生全反射，A項(xiàng)錯(cuò)誤，B正確；由折射定律計(jì)算可知C、D兩項(xiàng)正確；光從玻璃射向空氣，入射角大于臨界角時(shí)才能發(fā)生全反射，E錯(cuò)誤.【答案】BCD4.下列說(shuō)法中正確的是()A.因?yàn)樗拿芏却笥诰凭拿芏?，所以水是光密介質(zhì)B.因?yàn)樗恼凵渎市∮诰凭恼凵渎?，所以水?duì)酒精來(lái)說(shuō)是光疏介質(zhì)C.同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較大D.同一束光，在光密介質(zhì)中的傳播速度較小E.光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)相對(duì)于折射率來(lái)確定，與密度無(wú)關(guān)【解析】光在各種介質(zhì)中的傳播速度和介質(zhì)相對(duì)真空的折射率都是不同的.兩種介質(zhì)相比較光在其中傳播速度大，而折射率小的介質(zhì)叫光疏介質(zhì)；光在其中傳播速度小，而折射率大的介質(zhì)叫光密介質(zhì).光疏介質(zhì)和光密介質(zhì)與密度無(wú)關(guān)，A、C錯(cuò)誤，B、D、E正確.【答案】BDE5.關(guān)于全反射，下列說(shuō)法中正確的是()A.發(fā)生全反射時(shí)，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認(rèn)為不存在折射光線而只有反射光線B.光線從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)時(shí)，一定會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象C.光從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)時(shí)，不可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D.水或玻璃中的氣泡看起來(lái)特別亮，就是因?yàn)楣鈴乃虿Ａ湎驓馀輹r(shí)，在界面發(fā)生全反射E.介質(zhì)的臨界角越小就越容易發(fā)生全反射【解析】全反射是當(dāng)光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，且入射角大于等于臨界角時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象，發(fā)生全反射時(shí)全部光線均不進(jìn)入光疏介質(zhì).介質(zhì)的臨界角越小越容易發(fā)生全反射，A、B錯(cuò)誤，C、D、E正確.【答案】CDE6.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(zhì)量的通信服務(wù).目前，我國(guó)正在大力建設(shè)高質(zhì)量的寬帶光纖通信網(wǎng)絡(luò).下列說(shuō)法正確的是()A.光纖通信利用光作為載體來(lái)傳遞信息B.光導(dǎo)纖維傳遞光信號(hào)是利用光沿直線傳播的原理C.光導(dǎo)纖維傳遞光信號(hào)是利用光的色散原理D.目前廣泛應(yīng)用的光導(dǎo)纖維是一種非常細(xì)的特制玻璃絲E.光在光纖內(nèi)不斷地發(fā)生全反射，中途不會(huì)側(cè)漏【解析】光纖是利用光的全反射現(xiàn)象而實(shí)現(xiàn)光作為載體的信息傳遞，光纖是內(nèi)芯折射率大于外層表皮折射率的很細(xì)的玻璃絲.故A、D、E正確，B、C錯(cuò)誤.【答案】ADE7.如圖468所示，一束光線從空氣射入某介質(zhì)，入射光線與反射光線夾角為90，折射光線與入射光線延長(zhǎng)線間夾角為15，求：圖468(1)該介質(zhì)的折射率.(2)光在該介質(zhì)中傳播的速度.(3)當(dāng)光從介質(zhì)射入空氣時(shí)的臨界角.【解析】(1)由反射定律可知，由于90，故入射角45；由圖可知r45，由于15，故折射角r30，所以該介質(zhì)的折射率n.(2)由折射率與速度的關(guān)系n得v m/s2.12108 m/s.(3)光從介質(zhì)射入空氣時(shí)臨界角的正弦值sin C，故臨界角C45.【答案】(1)(2)2.12108 m/s(3)458.如圖469所示，一玻璃球體的半徑為R，O為球心，AB為直徑.來(lái)自B點(diǎn)的光線BM在M點(diǎn)射出，出射光線平行于AB，另一光線BN恰好在N點(diǎn)發(fā)生全反射.已知ABM30，求圖469(1)玻璃的折射率.(2)球心O到BN的距離. 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：38910059】【解析】(1)設(shè)光線BM在M點(diǎn)的入射角為i，折射角為r，由幾何知識(shí)可知，i30，r60，根據(jù)折射定律得n代入數(shù)據(jù)得n.(2)光線BN恰好在N點(diǎn)發(fā)生全反射，則BNO為臨界角Csin C設(shè)球心到BN的距離為d，由幾何知識(shí)可知dR sin C聯(lián)立式得dR.【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(cè)面OM、ON上反射和折射的情況如圖4610所示.由此可知()圖4610A.棱鏡內(nèi)a光的傳播速度比b光的小B.棱鏡內(nèi)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(zhǎng)比b光的長(zhǎng)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(zhǎng)比b光的波長(zhǎng)大，D正確；又v，則在棱鏡內(nèi)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】BDE10.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(nèi)圓半徑為r，外圓半徑為R，Rr.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(shè)透明柱體的折射率為n，光在透明柱體內(nèi)傳播的時(shí)間為t，若真空中的光速為c，則() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：38910060】圖4611A.n可能為B.n可能為2C.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(shí)的入射角均為45，所以全反射的臨界角C45，折射率n，A、B均正確；光在介質(zhì)中的傳播速度v，所以傳播時(shí)間t，C、D錯(cuò)誤，E正確.【答案】ABE11.一束紅寶石激光器發(fā)射的激光是不連續(xù)的一道道閃光，每道閃光稱為一個(gè)光脈沖，若這種激光器產(chǎn)生的光脈沖的持續(xù)時(shí)間為1.01011s，波長(zhǎng)為694.3 nm，發(fā)射功率為1.01010 W.求：(1)每列光脈沖的長(zhǎng)度；(2)用這種激光照射皮膚色斑，每1 cm2皮膚吸收的能量達(dá)到60 J以后，色斑便逐漸消失，一個(gè)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(shí)間即為發(fā)射一個(gè)光脈沖所需的時(shí)間.一列光脈沖的長(zhǎng)度lct3.01081.01011m3.0103 m.(2)一列光脈沖所攜帶的能量EPt1.010101.01011J0.1 J.清除面積為50 mm2的色斑需要光脈沖數(shù)為nE300(列).【答案】(1)3.0103 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(diǎn)入射，入射角145，它進(jìn)入棱鏡后恰好以臨界角射在BC面上的O點(diǎn).圖4612(1)畫出光線由AB面進(jìn)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c3.0108 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290C，由幾何關(guān)系得sin 2cos C，由折射定律得n，由以上幾式聯(lián)立解得n.(3)光速v108 m/s.【答案】(1)見解析圖(2)(3)108 m/s