2020屆高考物理總復(fù)習(xí)核心素養(yǎng)提升練四十一光的折射全反射（含解析）新人教版.docx

光的折射全反射(45分鐘100分)一、選擇題(本題共8小題，每小題6分，共48分，1、2題為單選題，38題為多選題)1.關(guān)于折射率，下列說(shuō)法正確的是()A.根據(jù)=n可知，介質(zhì)的折射率與入射角的正弦成正比B.根據(jù)=n可知，介質(zhì)的折射率與折射角的正弦成反比C.根據(jù)n=可知，介質(zhì)的折射率與光在該介質(zhì)中的光速成反比D.同一頻率的光由真空進(jìn)入某種介質(zhì)時(shí)，折射率與波長(zhǎng)成正比【解析】選C。介質(zhì)的折射率是一個(gè)反映介質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的物理量，由介質(zhì)本身和光的頻率共同決定，與入射角、折射角無(wú)關(guān)，故A、B項(xiàng)錯(cuò)誤；由于真空中的光速是個(gè)定值，故n與v成反比是正確的，這也說(shuō)明折射率與光在該介質(zhì)中的光速是有聯(lián)系的，故C項(xiàng)正確；由于v=f，當(dāng)f一定時(shí)，v與成正比，又n與v成反比，故n與也成反比，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。2.如圖所示，紅色細(xì)光束a射到折射率為的透明球表面，入射角為45，在球的內(nèi)壁經(jīng)過(guò)一次反射后，從球面射出的光線為b，則入射光線a與出射光線b的反向延長(zhǎng)線之間的夾角為()A.30B.45C.60D.75【解析】選A。根據(jù)對(duì)稱性作光路圖如圖所示，由折射定律得sin r=，r=30，則=15，根據(jù)光的反射定律和幾何關(guān)系得：=15，=30，故A項(xiàng)正確。3.如圖所示，MN是介質(zhì)1和介質(zhì)2的分界面，介質(zhì)1、2的絕對(duì)折射率分別為n1、n2，一束細(xì)光束從介質(zhì)1射向介質(zhì)2中，測(cè)得1=60，2=30，根據(jù)你所學(xué)的光學(xué)知識(shí)判斷下列說(shuō)法正確的是()A.介質(zhì)2相對(duì)介質(zhì)1的相對(duì)折射率為B.光在介質(zhì)2中的傳播速度小于光在介質(zhì)1中的傳播速度C.介質(zhì)1相對(duì)介質(zhì)2來(lái)說(shuō)是光密介質(zhì)D.光從介質(zhì)1進(jìn)入介質(zhì)2可能發(fā)生全反射現(xiàn)象E.光從介質(zhì)1進(jìn)入介質(zhì)2，光的波長(zhǎng)變短【解析】選A、B、E。光從介質(zhì)1射入介質(zhì)2時(shí)，入射角與折射角的正弦之比叫作介質(zhì)2相對(duì)介質(zhì)1的相對(duì)折射率，所以有n21=，故A項(xiàng)正確；因介質(zhì)2相對(duì)介質(zhì)1的相對(duì)折射率為，可以得出介質(zhì)2的絕對(duì)折射率大，因n=，所以光在介質(zhì)2中的傳播速度小于光在介質(zhì)1中的傳播速度，故B項(xiàng)正確；介質(zhì)2相對(duì)介質(zhì)1來(lái)說(shuō)是光密介質(zhì)，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，有可能發(fā)生全反射現(xiàn)象，故D項(xiàng)錯(cuò)誤；光從介質(zhì)1進(jìn)入介質(zhì)2，光的頻率不變，速度變小，由v=f可知，光的波長(zhǎng)變短，故E項(xiàng)正確?！炯庸逃?xùn)練】(多選)如圖所示，有一束平行于等邊三棱鏡截面ABC的單色光從空氣射入E點(diǎn)，并偏折到F點(diǎn)，已知入射方向與邊AB的夾角為=30，E、F分別為邊AB、BC的中點(diǎn)，則下列說(shuō)法正確的是()A.該棱鏡的折射率為B.光在F點(diǎn)發(fā)生全反射C.光從空氣進(jìn)入棱鏡，波長(zhǎng)變短D.光從空氣進(jìn)入棱鏡，波速變小E.從F點(diǎn)出射的光束與入射到E點(diǎn)的光束平行【解析】選A、C、D。在E點(diǎn)作出法線可知入射角為60，折射角為30，由n=可得折射率為，故A項(xiàng)正確；由幾何關(guān)系可知，在BC邊上的入射角小于臨界角，不會(huì)發(fā)生全反射，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；由公式v=可知，光從空氣進(jìn)入棱鏡，波速變小，又v=f，光從空氣進(jìn)入棱鏡，波長(zhǎng)變短，故C、D項(xiàng)正確；三棱鏡兩次折射使得光線都向底邊偏折，不會(huì)與入射到E點(diǎn)的光束平行，故E項(xiàng)錯(cuò)誤。4.一玻璃半圓柱置于空氣中，其橫截面(紙面)如圖所示，O為半圓的圓心。一束由紅光和紫光組成的復(fù)色光，沿半徑PO方向射入半圓柱后被分成兩束光OA、OB，PON=。已知折射光OB是單色光，光線PO可在紙面內(nèi)繞O點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)()，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)(90-)，則下列說(shuō)法正確的是()A.OB是紅光B.OA是由紅光和紫光組成的復(fù)色光C.玻璃對(duì)紫光的折射率小于D.順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，光線OB可能消失，光線OA繞O點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)E.逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，光線OB可能消失，光線OA繞O點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)【解析】選A、B、E。光在界面發(fā)生反射和折射，入射角相同時(shí)，紅光折射角小于紫光折射角，折射光OB是紅光，紫光發(fā)生了全反射，故A項(xiàng)正確；反射光OA是由紅光和紫光組成的復(fù)色光，故B項(xiàng)正確；圖中角大于或等于紫光全反射的臨界角，由sin 可得玻璃對(duì)紫光的折射率n，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；若光線PO在紙面內(nèi)繞O點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)()，入射角減小，則光線OB不可能消失，光線OA繞O點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，故D項(xiàng)錯(cuò)誤；若光線PO在紙面內(nèi)繞O點(diǎn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)(90-)，入射角增大，則光線OB可能消失，光線OA繞O點(diǎn)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，故E項(xiàng)正確。5.(2018濟(jì)南模擬)如圖所示，在透明均勻介質(zhì)內(nèi)有一球狀空氣泡，一束包含a、b兩種單色光的細(xì)光束從介質(zhì)射入氣泡，A為入射點(diǎn)，之后a、b光分別從C點(diǎn)、D點(diǎn)射向介質(zhì)。已知光束在A點(diǎn)的入射角i=30，a光經(jīng)過(guò)氣泡的偏向角=45，CD弧所對(duì)圓心角為3，則下列說(shuō)法中正確的是()A.b光經(jīng)過(guò)氣泡的偏向角為42B.介質(zhì)對(duì)a光的折射率大于C.a光的頻率小于b光的頻率D.b光從該介質(zhì)射向空氣的全反射臨界角的正弦值為E.若a、b兩單色光分別通過(guò)同一雙縫干涉裝置，則b光在屏上產(chǎn)生的條紋的間距大【解析】選A、D、E。光線在A點(diǎn)的入射角為i，設(shè)折射角分別為ra、rb。光路圖如圖所示。由a色光的偏向角為45，而偏向角=2(ra-i)，得ra=52.5，由幾何知識(shí)得：AC弧所對(duì)的圓心角為180-252.5=75，CD弧所對(duì)的圓心角為3，則AD弧所對(duì)的圓心角為78，故rb=51，b色光的偏向角為b=2(rb-i)=42，故A項(xiàng)正確；介質(zhì)對(duì)a色光的折射率na=，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；介質(zhì)對(duì)b色光的折射率nb=na，則a光的頻率大于b光的頻率，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；b色光從介質(zhì)射向空氣的臨界角正弦sin C=，故D項(xiàng)正確；由上得知，a光的偏向角大于b光的偏向角，a光的折射率大于b光的折射率，a、b兩單色光在透明介質(zhì)中的波長(zhǎng)a，則光在第一次到達(dá)光纖側(cè)面時(shí)不會(huì)從光纖側(cè)面射出【解析】選A、D。光的頻率由光源決定，與介質(zhì)無(wú)關(guān)，所以光從真空射入光纖，光的頻率不變，故A項(xiàng)正確；光通過(guò)此光纖到達(dá)小截面的最短距離為L(zhǎng)，光在光纖中的傳播速度v=，則光通過(guò)此光纖到達(dá)小截面的最短時(shí)間為t=，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；通過(guò)光纖側(cè)面全反射后再?gòu)纳戏浇孛嫔涑龅墓馐c垂直射出上方截面的光束不平行，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；設(shè)臨界角為C，則sin C=，到達(dá)光纖側(cè)面光線入射角等于，當(dāng)C，即有sin ，則光在第一次到達(dá)光纖側(cè)面時(shí)發(fā)生全反射，不會(huì)從光纖側(cè)面射出，故D項(xiàng)正確。7.如圖所示為一正三角形玻璃磚，邊長(zhǎng)為l，AO為三角形的中線。現(xiàn)有a、b兩束不同頻率的可見(jiàn)細(xì)光束垂直于BC邊從真空射入該三角形玻璃磚，入射時(shí)兩束光到O點(diǎn)的距離相等，兩束光經(jīng)玻璃磚折射后相交于中線AO的右側(cè)P處，則以下判斷正確的是()A.在真空中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度B.在真空中，a光波長(zhǎng)小于b光波長(zhǎng)C.a、b兩束光在玻璃磚中傳播時(shí)的頻率與在真空中傳播時(shí)的頻率相同D.a光通過(guò)玻璃磚的時(shí)間小于b光通過(guò)玻璃磚的時(shí)間E.若a、b兩束光從同一介質(zhì)射入真空中，則a光發(fā)生全反射的臨界角小于b光發(fā)生全反射的臨界角【解析】選B、C、E。光在真空中的傳播速度均為光速c，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；由題意可知，玻璃磚對(duì)a光的折射率na大于對(duì)b光的折射率nb，所以a光的頻率a大于b光的頻率b，a光在真空中傳播時(shí)的波長(zhǎng)a=小于b光在真空中傳播的波長(zhǎng)b=，故B項(xiàng)正確；當(dāng)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，光的頻率保持不變，故C項(xiàng)正確；a光在玻璃磚中的傳播速度大小va=小于b光在玻璃磚中的傳播速度大小vb=，又因?yàn)閍、b兩束光在該玻璃磚中傳播的距離相等，所以tatb，故D項(xiàng)錯(cuò)誤；當(dāng)a、b兩束光從同一介質(zhì)射入真空中時(shí)，由nanb，sin C=可知，a光發(fā)生全反射的臨界角小于b光發(fā)生全反射的臨界角，故E項(xiàng)正確?！炯庸逃?xùn)練】打磨某剖面如圖所示的寶石時(shí)，必須將OP、OQ邊與軸線的夾角切磨在12，光線一定在OP邊發(fā)生全反射B.若2，光線會(huì)從OQ邊射出C.若1，光線會(huì)從OP邊射出D.若1，光線會(huì)在OP邊發(fā)生全反射【解析】選D。光線發(fā)生全反射的條件是光從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì)時(shí)，入射角i大于臨界角C。光線從題干圖示位置入射，到達(dá)OP邊時(shí)入射角i1=-，越小，i1越大，發(fā)生全發(fā)射的可能性越大，根據(jù)題意，要在OP邊上發(fā)生全反射，應(yīng)滿足1，故C項(xiàng)錯(cuò)誤，D項(xiàng)正確。8.(2018衡水模擬)如圖所示，一塊上、下表面平行的玻璃磚的厚度為L(zhǎng)，玻璃磚的折射率n=，若光從上表面AB射入的入射角i=60，光在真空中的光速為c，則()A.折射角r=30B.光在玻璃中傳播的時(shí)間為C.光在玻璃中傳播的時(shí)間為D.改變?nèi)肷浣莍，光在下表面CD可能發(fā)生全反射E.光一定能從CD面射出【解析】選A、C、E。由n=得sin r=0.5，得r=30，故A項(xiàng)正確；光在玻璃中傳播的速度為v=，由幾何知識(shí)可知光在玻璃中傳播的路程為s=，則光在玻璃中傳播的時(shí)間為t=，故B項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；由于光在CD面上的入射角等于光在AB面上的折射角，根據(jù)光路可逆性原理可知光一定能從CD面射出，故D項(xiàng)錯(cuò)誤，E項(xiàng)正確?！炯庸逃?xùn)練】(多選)頻率不同的兩束單色光1和2以相同的入射角從同一點(diǎn)射入一厚玻璃板后，其光路如圖所示，下列說(shuō)法正確的是()A.單色光1的頻率大于單色光2的頻率B.在玻璃中單色光1的傳播速度大于單色光2的傳播速度C.可能單色光1是紅光，單色光2是藍(lán)光D.無(wú)論怎樣增大入射角，單色光1和2都不可能在此玻璃板下表面發(fā)生全反射E.若讓兩束光從同種玻璃射向空氣，單色光1從玻璃到空氣的全反射臨界角小于單色光2從玻璃到空氣的全反射臨界角【解析】選A、D、E。由n=可知，單色光1的折射率大一些，單色光1的頻率大于單色光2的頻率，故A項(xiàng)正確；由v=知，在玻璃中單色光1的傳播速度小于單色光2的傳播速度，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；因?yàn)榧t光的折射率小于藍(lán)光，故C項(xiàng)錯(cuò)誤；從空氣射向玻璃板的單色光一定能從玻璃中射出，故D項(xiàng)正確；臨界角sin C=，所以讓兩束光從同種玻璃射向空氣，單色光1的臨界角小，故E項(xiàng)正確。二、實(shí)驗(yàn)題(本題共2小題，共12分)9.(6分)某同學(xué)測(cè)量玻璃磚的折射率，準(zhǔn)備了下列器材：激光筆、直尺、刻度尺、一面鍍有反射膜的平行玻璃磚。如圖所示，直尺與玻璃磚平行放置，激光筆發(fā)出的一束激光從直尺上O點(diǎn)射向玻璃磚表面，在直尺上觀察到A、B兩個(gè)光點(diǎn)，讀出OA間的距離為20.00 cm，AB間的距離為6.00 cm，測(cè)得圖中直尺到玻璃磚上表面距離d1=10.00 cm，玻璃磚厚度d2=4.00 cm。玻璃的折射率n=_，光在玻璃中傳播速度v=_m/s(光在真空中傳播速度c=3.0108 m/s，結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字)。【解析】作出光路圖如圖所示，根據(jù)幾何知識(shí)可得入射角i=45，設(shè)折射角為r，則tan r=，故折射率n=1.2，故v=2.5108 m/s。答案：1.22.510810.(6分)某同學(xué)利用“插針?lè)ā睖y(cè)定玻璃的折射率，所用的玻璃磚兩面平行。正確操作后，作出的光路圖及測(cè)出的相關(guān)角度如圖甲所示。(1)此玻璃的折射率計(jì)算式為n=_(用圖中的1、2表示)。(2)如果有幾塊寬度大小不同的平行玻璃磚可供選擇，為了減小誤差，應(yīng)選用寬度_(選填“大”或“小”)的玻璃磚來(lái)測(cè)量。(3)若同學(xué)選用如圖乙玻璃磚，AA、BB為畫出的邊界，則測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比_(選填“偏大”“偏小”或“不變”)?！窘馕觥?1)入射角i=90-1，折射角r=90-2，則玻璃的折射率n=。(2)寬度大些的玻璃磚，在作圖時(shí)角度的相對(duì)誤差會(huì)小些。(3)用圖2測(cè)玻璃磚折射率時(shí)，只要操作正確，測(cè)量的結(jié)果與玻璃磚的形狀無(wú)關(guān)，故測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比不變。答案：(1)(2)大(3)不變【加固訓(xùn)練】某同學(xué)用大頭針、三角板、量角器等器材測(cè)半圓形玻璃磚的折射率。開始時(shí)玻璃磚的位置如圖中實(shí)線所示，使大頭針P1、P2與圓心O在同一直線上，該直線垂直于玻璃磚的直徑邊，然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在玻璃磚直徑邊一側(cè)觀察P1、P2的像，且P2的像擋住P1的像。如此觀察，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)到圖中虛線位置時(shí)，上述現(xiàn)象恰好消失。此時(shí)只需測(cè)量出_，即可計(jì)算出玻璃磚的折射率。請(qǐng)用你的測(cè)量值表示出折射率n=_。【解析】由題意可知，當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)過(guò)某一角度時(shí)，剛好發(fā)生全反射，在直徑邊一側(cè)觀察不到P1、P2的像，作出如圖所示的光路圖可知，當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)角度時(shí)有n=。答案：玻璃磚直徑邊繞O點(diǎn)轉(zhuǎn)過(guò)的角度三、計(jì)算題(本題共4小題，共40分)11.(10分)(2019大連模擬)如圖所示，折射率為的兩面平行的玻璃磚，下表面涂有反射物質(zhì)，右端垂直地放置一標(biāo)尺M(jìn)N。一細(xì)光束以45角入射到玻璃磚的上表面，并在標(biāo)尺上的兩個(gè)位置出現(xiàn)光點(diǎn)，若兩光點(diǎn)之間的距離為a(圖中未畫出)，則光通過(guò)玻璃磚的時(shí)間是多少？(設(shè)光在真空中的速度為c，不考慮細(xì)光束在玻璃磚下表面的第二次反射)【解析】如圖，由光的折射定律：n=得：r=30所以在玻璃磚內(nèi)的光線與玻璃磚的上表面構(gòu)成等邊三角形，其邊長(zhǎng)等于a光在玻璃中的速度為：v=t玻=答案：【加固訓(xùn)練】(2018吳忠模擬)如圖所示，ABC為一直角三棱鏡的截面，其頂角BAC=30，AB邊的長(zhǎng)度為l，P為垂直于直線BCD的光屏。一寬度也為l的平行單色光束垂直射向AB面，在屏上形成一條寬度等于l的光帶，求棱鏡的折射率。【解析】平行光束經(jīng)棱鏡折射后的出射光束仍是平行光束，如圖所示。圖中1、2為光在AC面上的入射角和折射角，根據(jù)折射定律，有n=設(shè)出射光線與水平方向成角，則2=1+由于CC2=A1A2=l，可得C1C2=l而AC1=BC=ltan 1則tan =30，2=60。則n=。答案：12.(10分)如圖為一半徑為R的固定半圓柱玻璃磚的橫截面，OA為水平直徑MN的中垂線，足夠大的光屏PQ緊靠在玻璃磚的右側(cè)且平行OA放置。一束復(fù)色光沿與AO成角(=30)的半徑方向射向O點(diǎn)并在光屏上形成彩色光帶和一個(gè)光斑，光帶的最高點(diǎn)與N點(diǎn)的距離為R；增大入射角，當(dāng)=45時(shí)，光屏上恰好只出現(xiàn)一個(gè)光斑，求：(1)玻璃對(duì)復(fù)色光的折射率范圍。(2)當(dāng)=30時(shí)，彩色光帶的寬度?！窘馕觥?1)當(dāng)=30時(shí)，光路圖如圖：由題意知：BN=R，即=30所以最大折射角=60由折射率定義知最大折射率：nmax=因=45，所有光線均發(fā)生全反射，光屏上的光帶消失，反射光束在光屏上形成一個(gè)光斑。由全反射規(guī)律及題意知最小折射率：nmin=所以玻璃對(duì)復(fù)色光的折射率范圍為n(2)當(dāng)=30時(shí)，n=的光線的折射角為45，彩色光帶的寬度為：L=Rtan 45-R=R答案：(1)n(2)R13.(10分)(2019南平模擬)如圖甲所示是由某透明材料制成的橫截面為正三角形的三棱鏡。一束細(xì)紅色光束SO從空氣中射向AB面，與AB成45角，經(jīng)三棱鏡折射后，從AC邊射出，出射光線與AC邊夾角也成45，求：(1)這種透明材料的折射率。(2)若用這種材料制成如圖乙所示的器具，左側(cè)是半徑為R的半圓，右側(cè)是長(zhǎng)為4R，高為2R的長(zhǎng)方體，一束紅色光從左側(cè)P點(diǎn)沿半徑方向射入器具。要使光全部從器具的右端面射出，則光在器具中傳播所需最長(zhǎng)時(shí)間是多少？已知光在空氣中的傳播速度為c?！窘忸}指導(dǎo)】解答本題應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：(1)根據(jù)題意在甲圖中作出光路圖，利用幾何知識(shí)計(jì)算出折射角大小，再利用折射定律算出材料的折射率。(2)根據(jù)時(shí)間最長(zhǎng)，隱含著光在傳播時(shí)要發(fā)生全反射的條件，在乙圖中作出光路圖，由數(shù)學(xué)知識(shí)求出總路程，即可用速度公式算出時(shí)間。【解析】(1)根據(jù)題意在甲圖中作出光路圖，由圖可知：光的入射角為45，光在三棱鏡中的折射角r為30根據(jù)光的折射定律：n=解得：n=(2)要使光從器具的右端面出射必須以全反射的方式傳播，每次的入射角都大于或等于臨界角，但