4.2 全反射 一、单选题 1．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小，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大，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相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用 2．华裔科学家高锟因在“有关光导纤维用于光学通信方面”取得了突破性成就而获得 2009 年诺贝尔物理学奖。利用光导纤维进行光纤通信所依据的原理是（　　） A．光的全反射 B．光的折射 C．光的干涉 D．光的色散 3．光线在空气和玻璃的分界面上发生全反射的条件是（ ） A．光从空气射到分界面上，入射角足够小 B．光从空气射到分界面上，入射角足够大 C．光从玻璃射到分界面上，入射角足够大 D．光从玻璃射到分界面上，入射角足够小 4．光在某种介质中传播的速度为 1.5×108 m/s，光从此介质射向空气并发生全反射时的 临界角是(　　) A．15° B．30° C．45° D．60° 5．酷热的夏天，在平坦的柏油公路上，你会看到在一定距离之外，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，它也随你的 靠近而后退，对此现象的正确解释是（　　） A．此“水面”存在，但在较远的地方 B．“水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉 C．太阳辐射到地面，使地表空气温度升高，折射率小，发生全反射 D．太阳辐射到地面，使地表空气温度升高，折射率大，发生全反射 6．水中的空气泡、玻璃中的空气泡，看上去比较亮，对这一现象表述正确的是(　　) A．空气泡对光线有会聚作用 B．空气泡对光线有发散作用 C．从空气泡到达水或玻璃与气泡分界面处的光一部分发生全反射形成的 D．从水中或玻璃中射到空气泡界面处的光一部分发生全反射形成的 7．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． 3 ，不能发生全反射 3 C． 3 ，不能发生全反射 B． 3 ，能发生全反射 2 3 D． 3 ，能发生全反射 8．如图所示，一束细白光从半圆形玻璃砖顶点垂直于 PQ 向圆心 O 射去。保持入射光 不变让玻璃砖绕圆心逆时针缓慢转动，当转过  角时，恰好没有任何光线从 PQ 边射 出。由此可以判定（　　）  B．红光的临界角是  2  D．紫光的临界角是  2 A．红光的临界角是 C．紫光的临界角是 9．高速公路的标志牌常贴有“逆反射膜”，夜间行车时，它能使车灯射出的光逆向返回， 使标志牌上的字特别醒目。这种“逆反射膜”的内部均匀分布着一层直径为 10ym 的细玻 璃球。下面分析单个微小球体对光的作用，如图所示，真空中的细光束以 i=60°从 A 点 入射到玻璃球表面，进入球内后在 B 点发生反射，然后从 C 点射出。下列说法正确的 是（　　） A．当折射率 n= 3 时，从 C 点射出的光线与 A 点的入射光线平行 B．若仅减小球的半径，从外部进入球内的光在球内可能发生全反射 C．若仅增大球的折射率，从外部进入球内的光在球内可能发生全反射 D．若仅增大入射光的频率，C 点与 A 点的距离变大 10．如图是半径为 R 的半圆形玻璃砖，一束单色光从 A 点射入玻璃砖，在直径面上发 生全反射，最终从 B 点射出玻璃砖（B 点位置未标出），已知出射光与入射光之间互 相垂直，真空中光速为 c，则（　　） A．玻璃砖的折射率为 2 3 c B．光在玻璃砖内的速度为 2 C．光在玻璃砖中的临界角为  3 2R D．光在直径面上的全反射点 P 与 O 点的距离为 2 二、多选题 11．光从介质 a 射向介质 b，如果要在 a，b 介质的分界面上发生全反射，那么必须满 足的条件是（　　） A．a 是光密介质，b 是光疏介质 B．光在介质 a 中的速度必须大于在介质 b 中的速度 C．光的入射角必须大于或等于临界角 D．光的入射角必须小于临界角 12．如图所示，甲、乙两块透明介质，折射率不同，截面为 接成半圆。一光束从 A 点垂直射入甲中， OA  1 4 圆周，半径均为 R ，对 2 R 2 ，在 B 点恰好发生全反射，从乙 介质 D 点（图中未画出）射出时，出射光线与 BD 连线间夹角为 15°。已知光在真空中 的速度为 c ，则有（　　） 6 A．乙介质的折射率为 2 B．甲介质的折射率为 3 （） 2 3 R C．光由 B 到 D 传播的时间为 2C （） 2 3 R D．光由 B 到 D 传播的时间为 2C 13．打磨某剖面如图所示的宝石时，必须将 OP、OQ 边与轴线的夹角 θ 切割在 θ1＜θ＜ θ2 的范围内，才能使从 MN 边垂直入射的光线，在 OP 边和 OQ 边都发生全反射（仅考 虑如图所示的光线第一次射到 OP 边并反射到 OQ 边后射向 MN 边的情况），则下列判 断正确的是（　　） A．若 B．若   2   2 ，光线一定在 OP 边发生全反射 ，光线会从 OQ 边射出 C．若   1 D．若 光线会从 OP 边发生全反射 1  45o   2 且   45o ，最终的出射光线将平行于入射光线 三、填空题 14．为了增加夜间行车的安全性，很多人在电动车和自行车上贴上了“反光贴”。图甲所 示的反光贴在保护层下面是全棱镜反射层（见图乙），它由很多微小的等腰直角棱镜 组成。 如图丙所示，当光线 1 垂直直角棱镜的斜边入射时，在棱镜的两个直角边发生全反射， 临界角__________（填“大于”或“小于”）45°，射出棱镜的出射光线与光线 1 平行：当光 线 2 沿图示方向入射时，出射光线__________（填“能”或“不能”）与光线 2 平行射出棱 镜。 15．观察光在弯曲的有机玻璃棒中传播的路径 如图激光笔发出的光射入一根弯曲的有机玻璃棒的一端，观察光传播的路径有什么特 点。 当光在有机玻璃棒内传播时，如果从有机玻璃射向空气的入射角大于临界角，_______ ____，于是光在有机玻璃棒内沿着锯齿形路线传播。这就是___________的原理。 实用光导纤维的直径只有几微米到一百微米。因为很细，一定程度上可以弯折。它由 内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大，___________ 16．如图所示，容器中装有某种透明液体，深度为 h，容器底部有一个点状复色光源 S，光源 S 可发出两种不同频率的单色光。液面上形成同心圆形光斑Ⅰ、Ⅱ，测得光斑 Ⅰ的直径为 d1 ，光斑Ⅱ的直径为 d2 。透明液体对光斑Ⅱ这种单色光比光斑Ⅰ这种单色 光的折射率___________；光斑Ⅱ这种单色光在液体中的传播速度比光斑Ⅰ这种单色光 在液体中的传播速度___________（均选填“大”或“小”） 四、解答题 17．如图所示，清澈的湖面下 S 处有一条小鱼（视为质点），S 到水面的距离 已知水的折射率 n  h  7m ， 4 。求在湖面上能看到鱼的水域面积的半径。 3 18．如图所示，半圆形玻璃砖固定在水平桌面上，圆心为 O 半径为 R。A 点是 OD 的中 点光线从 A 垂直于半径 OD 入射，在 B 点恰好发生全反射，反射光线到达 C 点。已知 光在真空中传播的速度为 c，不考虑光的多次反射。求： ① 玻璃砖的折射率； ② 光从 A 到 C 所用的时间。 19．厚度为 d，半径为 R 的透明圆柱体割去，其截面如图所示。一束平行光与 OA、OB 成 45°角射到 OA、OB 面上，该光束刚好覆盖 OA、OB 面，透明体对光的折射率为 n= 2 ，若进入透明体的光线射到圆柱面上，在有折射的情况下不考虑反射光线。求： （1）该光束全反射临界角； （2）透明体圆柱面有光线射出部分的面积与透明体圆柱部分面积的比值 参考答案 1．B 【详解】 全反射的条件是光从光密介质进入光疏介质，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 B 正确，ACD 错误。 故选 B。 2．A 【详解】 光导纤维进行光学通信利用光在不停地发生全反射，故 A 正确，BCD 错误。 3．C 【详解】 全反射是光从光密媒质向光疏媒质入射时入射角足够大时才会发生的，玻璃是光密媒质， 空气是光疏媒质；故 C 正确，ABD 错误 故选 C． 4．B 【详解】 根据折射定律，有液体折射率 n c 3 �108  2 v 1.5 �108 正好发生全反射，则有 sinC  1 n 解得 C  30�，故选 B。 5．C 【详解】 酷热的夏天，在平坦的柏油公路上，地面附近层的空气温度比上层高，密度比上层小，折 射率也比上层小，光照射到地面时发生全反射，人在远处观察仿佛是一片水面，但此“水 面”不存在，也不人产生的幻觉。 故选 C。 6．D 【详解】 当光从水中或玻璃中射到空气泡的界面处时，一部分光的入射角大于或等于临界角，发生 了全反射现象，所以水中的空气泡和玻璃中的空气泡看起来比较亮。 故选 D。 7．A 【详解】 画出光路图，并根据几何关系标出角度，如图所示 由图可知，介质的折射率 n sin 60o  3 sin 30o 因为 sin30� 1 3 1    sin C 2 3 n 所以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，BCD 错误。 故选 A。 8．A 【详解】 当转过角  时,可以知道光线在 PQ 界面上的入射角为  。恰好没有任何光线从 PQ 边射出, 可以知道临界角为  ，因为紫光的折射率最大，根据 sin C  1 n 由此可知：紫光的临界角最小,最先消失的是紫光，现在都没有光射出，说明临界角最大的 红光也没有射出，所以可以知道红光的临界角为  。故 A 项符合题意，BCD 项不符合题意。 故选 A。 9．A 【详解】 A．由折射定律 n sin 60o r=30° sin r � 其光路图如图所示，由几何关系可知从 C 点射出的光线与 A 点的入射光线平行，A 正确； BC．由光路的可逆性知，无论减小球的半径或增大球的折射率，光在球内都不可能发生全 反射，BC 错误； D．若仅增大入射光的频率，折射率变大，则 B 点将下移，由光路对称性知 C 将上移，故