2025届高三物理试题 全反射 强化训练
一、单选题（本大题共6小题）
1．光导纤维又称光纤，是传光的细圆玻璃丝，图甲是光纤导光后的效果。现让由、两种单色光组成的复合光，从一根直的光纤端面以45°入射角射入，第一次折射后光路如图乙所示，两束单色光均在侧面发生全反射，下列说法正确的是（ ）
A．光在光纤中的传播时间比光长
B．光在光纤中的传播速度比光大
C．光在光纤中的全反射临界角比光大
D．光在光纤中的折射率比光小
2．如图所示，一束光从介质a斜射向介质b，在两种介质的分界面上发生了全反射，下列判断正确的是（ ）
A．a是光疏介质，b是光密介质 B．b是光疏介质，a是光密介质
C．光的入射角必须等于临界角 D．光的入射角必须小于临界角
3．如图，光导纤维由内芯和外套两部分组成，内芯折射率比外套的大，光在光导纤维中传播时，光在内芯和外套的界面上发生全反射。假设外套为空气，一束红光由光导纤维的一端射入内芯，红光在内芯与空气的界面上恰好发生全反射，经时间t1从另一端射出；另让一束绿光也从光导纤维的一端射入，绿光在内芯与空气的界面上也恰好发生全反射，经时间，t2从另一端射出。则内芯对红光的折射率n1与对绿光的折射率n2之比为（ ）
A． B． C． D．
4．在水池底水平放置四条线状灯带构成边长为0.6m的正方形，灯带平面到水面的距离为水的折射率为，不考虑多次反射。则水面有光射出的区域面积为（ ）
A．（0.80+0.04π）m B．1m
C． D．
5．如图为某同学做“水流导光”的实验装置：在一透明塑料透明瓶右侧下方开一个小孔，向瓶中灌入清水，水便从小孔流出。在瓶左侧用激光水平射向小孔，发现光束并未完全约束在流出的水流中。则（ ）
A．可能是水面过高引起的
B．可能是塑料瓶横截面积过大引起的
C．可换用波长更长的激光使光完全约束在水流中
D．可换折射率更大的液体使光完全约束在水流中
6．如图所示是两个城市间光缆中的一条光导纤维的一段，光缆总长为L，它的玻璃芯的折射率为n1，外层材料的折射率为n2。若光在空气中的传播速度近似为c，则对于光由它的一端射入经多次全反射后从另一端射出的过程，下列判断中正确的是( )
A．n1
D．n1>n2，光通过光缆的时间大于
二、多选题（本大题共4小题）
7．如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，分为a，b两束，下列说法正确的是（ ）
A．玻璃砖对光束a的折射率大于对光束b的折射率
B．在玻璃砖中光束b的传播速度小于光束a的传播速度
C．在真空中光束b的波长大于光束a的波长
D．从玻璃砖射向真空中时，光束b发生全反射的临界角小于光束a的
8．图甲为太阳光穿过转动的六角形冰晶形成“幻日”的示意图，图乙为太阳光穿过六角形冰晶的过程。a、b是其中两种单色光的光路，则在冰晶中（ ）
A．a的折射率比b的小 B．a的频率比b的大
C．a的波长比b的大 D．a的传播速度比b的大
9．为了研究某种透明新材料的光学性质，将其压制成半圆柱形，如图甲所示。一束激光由真空沿半圆柱体的径向与其底面过O点的法线成θ角射入。CD为光学传感器，可以探测光的强度，从AB面反射回来的光强随角θ变化的情况如图乙所示。现将由这种新材料制成的一根光导纤维束暴露于空气中（假设空气中的折射率与真空相同），用同种激光从光导纤维束的端面EF射入，且光线与EF的夹角为β，如图丙所示。则
甲 乙 丙
A．图甲中，若减小入射角θ，则反射光线和折射光线之间的夹角也将变小
B．该新材料的折射率为
C．若该束激光在真空中的波长为λ，则射入该新材料后波长变为λ
D．若该束激光不从光导纤维束的侧面外泄，则β角需满足0°＜β＜180°
10．如图所示，一矩形玻璃砖，边长为，边长为，为边的中点，一光屏紧贴玻璃砖右侧竖直放置。现有一红色光源从玻璃砖底部点沿方向射出一细光束，光束与边夹角为60°，恰好在光屏上的点接收到该光束，点到点的距离为。下列有关说法正确的是（ ）
A．该玻璃砖对红光的折射率
B．红光从玻璃砖射出前后，频率不变、速率变大
C．将光源移动到点，沿方向射出光束，上方光屏没有光斑
D．在点用绿色光源沿方向射出光束，光屏上的光斑将在点上方
三、实验题（本大题共2小题）
11．如题图所示，有一折射率为的玻璃柱体，其横截面是圆心角为、半径为R的扇形OAB，一束平行光平行于横截面，以入射角照射到OA上，OB不透光，若只考虑首次入射到圆弧AB上的光，（已知）求：
（1）这束光在玻璃柱体内的折射角。
（2）照射到圆弧AB上最右侧的光线距离B点的弧长。
（3）圆弧AB上有光透出部分的弧长。
12．利用软木塞插针法测水的折射率实验步骤如下：
(1)如图，取一厚度可忽略不计的圆形软木塞，在它的圆心处插上一枚大头针，让软木塞浮在水面上；
(2)调整大头针插入软木塞的深度，使得从软木塞周围向液体中观察，恰好在此时看不到大头针；
(3)需要测量的物理量 A： ；B： ；(写出物理量符号和相应的物理意义)
(4)水的折射率表达式 n= 。(用步骤(3)中的物理量符号表示)
四、解答题（本大题共2小题）
13．如图所示，在某种透明液体表面下方深为h=2m处，用激光笔发出的细激光束以入射角射到液体表面，测得出射角。
（1）求该液体的折射率；
（2）将激光笔换成点光源，若要在液体上方看不到该点光源，则需要在液体表面覆盖一不透明的遮光板，求该遮光板的最小面积。（不考虑光的多次反射，取）
14．某柱状光学器件横截面如图所示，右侧是以O为圆心、半径为R的一圆，左侧是等腰直角三角形。某单色光垂直面射入该光学器件，恰好不能从面射出，已知光在真空中的光速为c，除全反射以外的反射光线不计，求：
（1）该光学器件介质对该单色光的折射率n；
（2）从A、P间（不含A、P）垂直面射入的该单色光在该光学器件中传播时间的最大值。
参考答案
1．【答案】A
【详解】由图乙可知，复合光进入光纤中光的偏转程度小于光的偏转程度，则光在光纤中的折射率比光大；根据，可知光在光纤中的传播速度比光小；根据，可知光在光纤中的全反射临界角比光小；设光纤的长度为，复合光入射时的入射角为，折射角为，则光在光纤中的传播路程为，光在光纤中的传播时间为，又，联立可得，由于，则；由于光的折射角小于光的折射角，则光在光纤中的传播时间比光长。选A。
2．【答案】B
【详解】根据全反射的条件可知，光从光密介质射向光疏介质中时，且光的入射角大于或等于临界角时可以发生全反射。光从介质a斜射向介质b，在两种介质的分界面上发生了全反射，所以b是光疏介质，a是光密介质。选B。
3．【答案】C
【详解】设光导纤维长为l，对红光而言，红光通过光导纤维路程，红光的光速为，因此所用时间，整理得，同理绿光通过光导纤维所用时间，因此，选C。
4．【答案】A
【详解】取灯带上某一点作为点光源，点光源发出的光在水面上有光射出的水面形状为圆形，设此圆形的半径为R，点光源出的光线在水面恰好全反射的光路图如图所示
由，可得，根据几何关系可得，则一个点发出的光在水面上能看到的圆，光射出的水面形状边缘为弧形。四条红色线状灯带构成的发光体发出的光在水面上有光射出的水面形状的示意图如图所示
设灯带构成正方形的边长为L，则水面有光射出的区域面积为，选A。
5．【答案】D
【详解】A．在瓶左侧用激光水平射向小孔，发现光束并未完全约束在流出的水流中，是因为光发生折射，不会发生全反射，则如果是水面过高引起的，流出的水流与光的夹角过小，导致入射角大于临界角，从而出现光的全反射现象，A错误；
B．如果塑料瓶横截面积过大或过小，光从水射向空气的入射角不变，因此光仍能发生折射现象，所以与塑料瓶横截面积无关，B错误；
C．如果换用波长更大的激光，其折射率减小，则临界角增大，从而出现折射现象，不能完全约束在水流中，C错误；
D．如果换用折射率更大的液体，则临界角减小，更容易发生全反射，能完全约束在水流中，D正确。选D。
6．【答案】D
【详解】光从光密介质射入光疏介质，才可能发生全反射，故n1>n2；光在内芯传播的路程s＝，光在内芯的传播速度v＝，所以光通过光缆的时间t＝＝>，故D正确。
7．【答案】AC
【详解】A：由图可知，光束a的折射角小于对光束b的折射角，根据折射定律可知玻璃砖对光束a的折射率大于对光束b的折射率，A正确；
B：根据可知，在玻璃砖中光束b的传播速度大于光束a的传播速度，B错误；
C：玻璃砖对光束a的折射率大于对光束b的折射率，可知光束a的频率大于对光束b的频率，根据可知，在真空中光束b的波长大于光束a的波长，C正确；
D：根据可知从玻璃射向真空时，光束b发生全反射的临界角大于光束a的，D错误。选AC。
8．【答案】ACD
【详解】A．由图可知，太阳光射入冰晶时，a光的偏折程度比b光的偏折程度小，则a的折射率比b的小，A正确；
B．因为a的折射率比b的小，所以a的频率比b的小，B错误；
C．因为a的频率比b的小，所以a的波长比b的大，C正确；
D．由，可知a的传播速度比b的大，D正确。选ACD。
9．【答案】BCD
【解析】题图甲中，若减小入射角θ，则反射角减小，折射角也减小，故反射光线和折射光线之间的夹角将变大，A错误；由题图乙可知，当入射角大于45°时，反射光线的强度不再变化，可知全反射临界角为C＝45°，则该新材料的折射率为n＝＝，B正确；若该束激光在真空中的波长为λ，则λ＝，射入该新材料后，波长变为λ'＝＝＝λ，C正确；若该束激光恰好不从光导纤维束的侧面外泄，则β角需满足n＝，解得β＝0°，若该束激光不从光导纤维束的侧面外泄，则β角需满足0°＜β＜180°，D正确。
10．【答案】BC
【详解】A．根据折射率的公式，可知，玻璃砖对红光的折射率，A错误；
B．同一光束在不同的介质中频率不变，速度变化。由于红光是从光密介质传播到光疏介质，传播速度变大，B正确；
C．对于玻璃砖，红光发生全反射的临界角，可得，其临界角，当光源移到D点，入射角为，刚好发生全反射，C正确；
D．玻璃砖对绿光的折射率大于对红光的折射率，对应的折射角偏大，光屏上的光斑应在N点的下方，D错误。选BC。
11．【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）根据，得，所以。
（2）光路图如图所示，从点射向点，，则部分弧长为，解得。
（3）由折射定律可求得设在C点恰好发生全反射，由，可求得，得，则，弧上有光透出的部分弧长为，解得。
12．【答案】木塞的半径R；大头针在水面下的长度h；
【详解】
(3)[1][2] 木塞的半径R和大头针在水面下的长度h。
(4)[3] 恰好在此时看不到大头针，说明大头针发出的光在木塞边缘恰好发生全反射，则
而
联立可得
13．【答案】（1）；（2）
【详解】（1）液体的折射率为
（2）全发射的临界角为
得
则遮光板的最小半径
遮光板的最小面积
14．【答案】（1）；（2）
【详解】（1）垂直面射入的光，在该光学器件中的光路如图。由题意可知，该单色光在界面上的入射角刚好为全反射的临界角，设为C，由几何知识可知
由全反射的临界角与折射率的关系式有
联立以上各式解得
（2）从面上某点G垂直面射入的光，经面上的S点全反射后，射到面的T点，由几何知识可知，光在面的入射角
该光从面射出，该光在光学器件中传播的时间为从G到T的时间。设G、S间的距离为，S、T间的距离为，与间的夹角为，由几何知识可知
该光在光学器件中的传播速度为
联立以上各式解得
时间最大值为
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