課時跟蹤檢測（五十四） 光的折射 全反射

課時跟蹤檢測（五十四）光的折射全反射一、立足主干知識，注重基礎性和綜合性1．(2022·浙江6月選考)如圖所示，王亞平在天宮課堂上演示了水球光學實驗，在失重環(huán)境下，往大水球中央注入空氣，形成了一個空氣泡，氣泡看起來很明亮，其主要原因是()A．氣泡表面有折射沒有全反射B．光射入氣泡衍射形成“亮斑”C．氣泡表面有折射和全反射D．光射入氣泡干涉形成“亮斑”解析：選C當光從水中射到空氣泡的界面處時，一部分光的入射角大于或等于臨界角，發(fā)生了全反射現(xiàn)象；還有一部分光折射到內(nèi)壁然后再折射出去，所以水中的空氣泡看起來比較亮。2.(2021年8省聯(lián)考·江蘇卷)如圖所示，一束激光照射在橫截面為正方形的透明玻璃柱上，光線與橫截面平行，則透過玻璃柱的光線可能是圖中的()A．① B．②C．③ D．④解析：選C根據(jù)折射定律有n＝eq\f(sini1,sinr1)，n>1，解得i1>r1，所以折射光線向右偏折；根據(jù)折射定律有n＝eq\f(sini2,sinr2)，r1＝r2，解得i1＝i2，所以出射光線與入射光線平行，C正確。3.(2021·北京等級考)如圖所示的平面內(nèi)，光束a經(jīng)圓心O射入半圓形玻璃磚，出射光為b、c兩束單色光。下列說法正確的是()A．這是光的干涉現(xiàn)象B．在真空中光束b的波長大于光束c的波長C．玻璃磚對光束b的折射率大于對光束c的折射率D．在玻璃磚中光束b的傳播速度大于光束c的傳播速度解析：選C光束a經(jīng)圓心O射入半圓形玻璃磚，出射光為b、c兩束單色光，這是光的色散現(xiàn)象，A錯誤；由題圖可知光束c的折射角大于光束b的折射角，根據(jù)折射定律可知nc＜nb，C正確；由于光的折射率越大，其頻率越大，波長越短，則光束b在真空中的波長較短，B錯誤；根據(jù)v＝eq\f(c,n)知，光束c的折射率小，則光束c在玻璃磚中的傳播速度大，D錯誤。4.(2023·自貢高三模擬)兩束不同頻率的單色光a、b從空氣射入水中，發(fā)生了如圖所示的折射現(xiàn)象(α>β)。下列結(jié)論中正確的是()A．光束b的頻率比光束a低B．在水中的傳播速度，光束a比光束b小C．水對光束a的折射率比水對光束b的折射率小D．若光束從水中射向空氣，則光束b的臨界角比光束a的臨界角大解析：選C根據(jù)圖示和折射定律n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)可知，b光的折射率較大，則b的頻率較大，故A錯誤，C正確；由n＝eq\f(c,v)可知，b光的折射率較大，在同種介質(zhì)中傳播速度較小，即在水中的傳播速度，光束a比光束b大，故B錯誤；由臨界角公式sinC＝eq\f(1,n)分析得到，b光的折射率較大，對同種介質(zhì)的臨界角較小，故D錯誤。5．(2022·遼寧高考)完全失重時，液滴呈球形，氣泡在液體中將不會上浮。2021年12月，在中國空間站“天宮課堂”的水球光學實驗中，航天員向水球中注入空氣形成了一個內(nèi)含氣泡的水球。如圖所示，若氣泡與水球同心，在過球心O的平面內(nèi)，用單色平行光照射這一水球。下列說法正確的是()A．此單色光從空氣進入水球，頻率一定變大B．此單色光從空氣進入水球，頻率一定變小C．若光線1在M處發(fā)生全反射，光線2在N處一定發(fā)生全反射D．若光線2在N處發(fā)生全反射，光線1在M處一定發(fā)生全反射解析：選C光在不同介質(zhì)中傳播過程中頻率不變，故A、B錯誤；如圖所示，光線1在M處的入射角小于光線2在N處的入射角，如果感覺不明顯，可以考慮光線1入射位置略微下移，故若光線1在M處發(fā)生全反射，光線2在N處一定發(fā)生全反射，C正確，D錯誤。6.(多選)一束單色光從真空斜射向某種介質(zhì)的表面，光路如圖所示。下列說法中正確的是()A．此介質(zhì)的折射率等于1.5B．此介質(zhì)的折射率等于eq\r(2)C．當光線從介質(zhì)射向真空中時，入射角大于45°時可發(fā)生全反射現(xiàn)象D．當光線從介質(zhì)射向真空中時，入射角小于30°時可能發(fā)生全反射現(xiàn)象E．光進入介質(zhì)后波長變短解析：選BCE由題圖及折射率定義得，n＝eq\f(sin45°,sin30°)＝eq\r(2)，選項A錯，B對；當光線從介質(zhì)射向真空中時，發(fā)生全反射的臨界角C滿足sinC＝eq\f(1,n)，解得C＝45°，即入射角大于等于45°時可發(fā)生全反射現(xiàn)象，選項C對，D錯；光進入介質(zhì)后光速變小，而頻率不變，由λ＝eq\f(v,f)知，選項E對。7．(2022·廣東高考)一個水平放置的圓柱形罐體內(nèi)裝了一半的透明液體，液體上方是空氣，其截面如圖所示。一激光器從罐體底部P點沿著罐體的內(nèi)壁向上移動，它所發(fā)出的光束始終指向圓心O點。當光束與豎直方向成45°角時，恰好觀察不到從液體表面射向空氣的折射光束。已知光在空氣中的傳播速度為c，求液體的折射率n和激光在液體中的傳播速度v。解析：當光束與豎直方向成45°角時，恰好觀察不到從液體表面射向空氣的折射光束，說明光恰好發(fā)生全反射，其臨界角為C＝45°由sinC＝eq\f(1,n)解得n＝eq\r(2)該激光在液體中的傳播速度v＝eq\f(c,n)＝eq\f(\r(2),2)c。答案：eq\r(2)eq\f(\r(2),2)c二、強化遷移能力，突出創(chuàng)新性和應用性8．(2021·天津等級考)光刻機是制造芯片的核心裝備，利用光源發(fā)出的紫外線，將精細圖投影在硅片上，再經(jīng)技術(shù)處理制成芯片。為提高光刻機清晰投影最小圖像的能力，在透鏡組和硅片之間充有液體。紫外線進入液體后與其在真空中相比()A．波長變短B．光子能量增加C．頻率降低D．傳播速度增大解析：選A紫外線進入液體后與在真空中相比，頻率不變，傳播速度減小，根據(jù)λ＝eq\f(v,f)，可知波長變短；根據(jù)ε＝hf，可知光子能量不變。故A正確。9.如圖，一小孩在河水清澈的河面上以1m/s的速度游泳，t＝0時刻他看到自己正下方的河底有一小石塊，t＝3s時他恰好看不到小石塊了，河水的折射率n＝eq\f(4,3)，下列說法正確的是()A．3s后，小孩會再次看到河底的石塊B．前3s內(nèi)，小孩看到的石塊越來越明亮C．這條河的深度為eq\r(7)mD．t＝0時小孩看到的石塊深度為eq\f(4\r(7),3)m解析：選Ct＝3s時他恰好看不到小石塊了，說明在此位置從小石塊射到水面的光發(fā)生了全反射，則3s后的位置從小石塊射到水面的光仍發(fā)生全反射，A錯誤；前3s內(nèi)，從小石塊上射向水面的光折射光線逐漸減弱，反射光逐漸增強，可知小孩看到的石塊越來越暗，B錯誤；由于sinC＝eq\f(1,n)＝eq\f(3,4)，則tanC＝eq\f(3,\r(7))，可知水深h＝eq\f(vt,tanC)＝eq\f(3,\f(3,\r(7)))m＝eq\r(7)m，C正確；t＝0時小孩看到的石塊深度為h′＝eq\f(h,n)＝eq\f(3\r(7),4)m，D錯誤。10.導光管采光系統(tǒng)是一套采集天然光，并經(jīng)管道傳輸?shù)绞覂?nèi)的采光系統(tǒng)，如圖為過裝置中心軸線的截面。上面部分是收集陽光的半徑為R的某種均勻透明材料的半球形采光球，O為球心，下面部分是內(nèi)側(cè)涂有反光涂層的導光管，MN為兩部分的分界面，M、N為球面兩點。若一束平行MN且與MN相距h＝eq\f(\r(3),2)R的細光束從空氣入射到采光球表面時，經(jīng)折射綠光恰好照射到N點。則()A．綠光在采光球中的傳播速度為eq\f(\r(3),2)cB．紅光一定能從N點上方射出C．紫光有可能直接折射經(jīng)過O點D．要使光束在導光管中發(fā)生全反射，涂層折射率應小于管壁折射率解析：選B如圖所示，根據(jù)幾何關(guān)系sinα＝eq\f(h,R)＝eq\f(\r(3),2)，α＝2θ，折射率n＝eq\f(sinα,sinθ)＝eq\r(3)，綠光在采光球中的傳播速度為v＝eq\f(c,n)＝eq\f(\r(3),3)c，故A錯誤；紅光折射率小，折射角大，則紅光一定能從N點上方射出，故B正確；紫光不可能直接折射經(jīng)過O點，如果直接經(jīng)過O點，折射角為0°，故C錯誤；光由光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)可能發(fā)生全反射，則涂層折射率應大于管壁折射率，故D錯誤。11．(2022·全國甲卷)如圖，邊長為a的正方形ABCD為一棱鏡的橫截面，M為AB邊的中點。在截面所在的平面，一光線自M點射入棱鏡，入射角為60°，經(jīng)折射后在BC邊的N點恰好發(fā)生全反射，反射光線從CD邊的P點射出棱鏡，求棱鏡的折射率以及P、C兩點之間的距離。解析：光線在M點發(fā)生折射有sin60°＝nsinθ由題知，光線經(jīng)折射后在BC邊的N點恰好發(fā)生全反射，則sinC＝eq\f(1,n)，C＝90°－θ聯(lián)立有tanθ＝eq\f(\r(3),2)，n＝eq\f(\r(7),2)根據(jù)幾何關(guān)系有，tanθ＝eq\f(MB,BN)＝eq\f(a,2BN)解得NC＝a－BN＝a－eq\f(a,\r(3))再由tanθ＝eq\f(PC,NC)解得PC＝eq\f(\r(3)－1,2)a。答案：eq\f(\r(7),2)eq\f(\r(3)－1,2)a12．(2022·河北高考)如圖，一個半徑為R的玻璃球，O點為球心。球面內(nèi)側(cè)單色點光源S發(fā)出的一束光在A點射出，出射光線AB與球直徑SC平行，θ＝30°。光在真空中的傳播速度為c。求：(1)玻璃的折射率；(2)從光源S發(fā)出的光線經(jīng)多次全反射回到S點的最短時間。解析：(1)如圖甲所示，可知入射角與折射角分別為θ、2θ，因此n＝eq\f(sin2θ,sinθ)＝eq\r(3)。(2)當光線在玻璃球內(nèi)的