2024版高中同步新教材選擇性必修第一冊人教物理備課資源專題強(qiáng)化練7　科技、生產(chǎn)、生活中的折射和全反射

2024版高中同步新教材選擇性必修第一冊人教物理備課資源專題強(qiáng)化練7科技、生產(chǎn)、生活中的折射和全反射答案見P17140分鐘一、選擇題1.(2023江蘇揚(yáng)州中學(xué)月考)如圖所示是光學(xué)式指紋識別模塊的原理圖,其原理是利用光學(xué)棱鏡的全反射特性,在指紋谷線(凹部),入射光在棱鏡界面發(fā)生全反射,在指紋脊線(凸部),入射光的某些部分被吸收或者漫反射到別的地方,這樣,在指紋模塊上形成明暗相間的指紋圖像。已知水的折射率約為1.33,透明玻璃的折射率約為1.5。下列說法正確的是()A.指紋模塊接收光線較暗的部位是指紋谷線B.指紋模塊接收光線較亮的部位是指紋脊線C.手指沒有放入時(shí),若光源正常發(fā)光,指紋模塊會(huì)接收到全亮圖像D.手指濕潤時(shí),指紋識別率低,是因?yàn)楣庠诶忡R界面一定不能發(fā)生全反射2.(2022江蘇南京第二十九中學(xué)階段性測試)湖面上有一觀景臺(tái),如圖所示是截面圖,觀景臺(tái)下表面恰好和水面相平,A為觀景臺(tái)右側(cè)邊緣在湖底的投影,水深h=4m,在觀景臺(tái)右側(cè)與觀景臺(tái)邊緣水平距離為x=4m處有一可沿豎直方向上下移動(dòng)的單色點(diǎn)光源S,點(diǎn)光源S可從水面上方3m處下移到接近水面,在移動(dòng)過程中,觀景臺(tái)下湖底被照亮的最遠(yuǎn)距離為AC,最近距離為AB,若AB=3m,則()A.水的折射率n=5B.水的折射率n=1.5C.AC=127D.AC=47m3.(2023河北深州長江中學(xué)階段測試)在桌面上有一倒立的玻璃圓錐,其頂點(diǎn)恰好與桌面接觸,圓錐的軸(圖中虛線)與桌面垂直,過軸線的截面為等邊三角形,如圖所示。有一半徑為r的圓柱形平行光束垂直入射到圓錐的底面上,光束的中心軸與圓錐的軸重合。已知玻璃的折射率為1.5,則光束在桌面上形成的光斑半徑為()A.0.5rB.rC.1.5rD.2r4.(2023四川成都七中期中)光纖在現(xiàn)代通信中有著巨大作用,如圖所示,由透明材料制成的光纖內(nèi)芯折射率大于外套折射率,若內(nèi)芯的折射率為n1,外套材料的折射率為n2,則當(dāng)光由內(nèi)芯射向外套時(shí),發(fā)生全反射的臨界角C滿足sinC=n2n1。若光纖內(nèi)芯的半徑為a,現(xiàn)有一細(xì)束單色光垂直于左端面沿軸線入射,為保證光信號一定能發(fā)生全反射,則在鋪設(shè)光纖時(shí),光纖軸線的轉(zhuǎn)彎半徑不能低于A.R=n2an1C.R=(n1?1)a二、非選擇題5.(2023四川成都實(shí)驗(yàn)外國語學(xué)校二模)如圖1所示,某種油量計(jì)是由許多透明等厚、長度不等的薄塑料片疊合而成的,每個(gè)薄片的形狀如圖2所示,其底部為等腰直角三角形。原理可以解釋為光豎直向下射入固定在容器中的油量計(jì),當(dāng)容器內(nèi)有油時(shí),光大部分折射進(jìn)入油中,只有少部分反射回觀察窗口,當(dāng)容器內(nèi)無油時(shí),光在塑料和空氣的界面發(fā)生全反射而返回油量計(jì)上端,這樣就可以通過觀察窗上的亮暗分布來判斷油量的多少。隨著油量的減少,觀察窗(填“左邊”或“右邊”)最先開始亮,觀察窗亮的部分越長,說明剩余油量(填“越多”或“越少”)。能否用折射率為1.35的透明塑料來制作這款油量計(jì)?(填“能”或“不能”)。

6.(2022江蘇鹽城響水中學(xué)期中)如圖甲所示,自行車尾燈在夜晚被燈光照射時(shí)特別明亮。尾燈結(jié)構(gòu)可簡化為截面為等腰直角三角形的三棱鏡,如圖乙所示,AB邊長為22L,A、D距離為L,一束單色光從D點(diǎn)垂直于AM面入射,恰好在AB面上發(fā)生全反射,已知真空中的光速為c。求:(1)三棱鏡的折射率;(2)光在三棱鏡中的傳播時(shí)間。7.(2023重慶西南大學(xué)附中模擬)某公園內(nèi)新安裝了高功率發(fā)光二極管水下射燈,為公園增添絢麗色彩。若射燈(可視為點(diǎn)光源)發(fā)出的其中一條光線斜射到水面上,在水面的出射光線和反射光線恰好垂直,已知出射點(diǎn)與射燈的水平距離為0.75m,水的折射率為43(1)射燈到水面的垂直距離;(2)游客能看到水面上被照亮區(qū)域的面積。8.(2022重慶第一中學(xué)期中)眼球結(jié)構(gòu)類似球體,眼睛發(fā)生病變時(shí),會(huì)使眼球內(nèi)不同部位對光的折射率發(fā)生變化?，F(xiàn)在用一個(gè)玻璃球模擬眼球,研究對光的傳播的影響。玻璃球由兩個(gè)折射率不同、半徑均為R的半球拼合而成,拼合面為MN,球心為O,Q為MO的中點(diǎn),PQ垂直于MN交左半球于P點(diǎn)。一束單色光從P點(diǎn)以跟PQ反向延長線成30°角的方向射入。左、右半球?qū)υ搯紊獾恼凵渎史謩e為n1=3和n2=2,真空中的光速為c。(1)通過計(jì)算說明此單色光能否從右半球射出;(2)計(jì)算此單色光在玻璃球中傳播第一次到達(dá)右半球與空氣交界面所用時(shí)間。9.(2023浙江大學(xué)附屬中學(xué)期中)2021年12月9日,王亞平在太空實(shí)驗(yàn)授課中,進(jìn)行了水球光學(xué)實(shí)驗(yàn)。在空間站中的微重力環(huán)境下有一個(gè)水球,如果在水球中心注入空氣,形成球形氣泡,內(nèi)外兩球面球心均在O點(diǎn),如圖所示。一束單色光從外球面上的A點(diǎn)以與AO連線成i角度射入球中,已知水的折射率為43,內(nèi)球面半徑為3R,外球面半徑為5R,真空中的光速為c。求:(1)光在水中的傳播速度v;(2)能使光在內(nèi)球表面上發(fā)生全反射的入射角i的正弦值的取值范圍。

答案與分層梯度式解析第四章光專題強(qiáng)化練7科技、生產(chǎn)、生活中的折射和全反射1.C2.C3.D4.A1.C在指紋脊線(凸部),入射光的某些部分被吸收或者漫反射到別的地方,指紋模塊接收到光線較暗,在指紋谷線(凹部),入射光在棱鏡界面發(fā)生全反射,指紋模塊接收到光線較亮,因此指紋模塊接收光線較暗的部位是指紋脊線,較亮的部位是指紋谷線,A、B錯(cuò)誤;手指沒有放入時(shí),若光源正常發(fā)光,入射光在棱鏡界面發(fā)生全反射,指紋模塊上會(huì)接收到全亮圖像,C正確;手指濕潤時(shí),光在棱鏡和水的界面上發(fā)生全反射的臨界角比在棱鏡與空氣界面發(fā)生全反射的臨界角大,射在棱鏡與水界面上的這部分光線可能無法發(fā)生全反射,使指紋識別率降低,并非光在棱鏡界面一定不發(fā)生全反射,D錯(cuò)誤。故選C。2.C點(diǎn)光源S在水面上方H=3m處發(fā)出的光在觀景臺(tái)右側(cè)邊緣與水面交接處折射到水里時(shí),射到湖底B點(diǎn),光路圖如圖所示,由幾何關(guān)系可得sini=xx2+H2=45,sinr=ABAB2+?2=35,水的折射率n=sinisinr=43,A、B錯(cuò)誤;點(diǎn)光源S接近水面時(shí),光在觀景臺(tái)右側(cè)邊緣與水面交接處折射到水里,射到湖底C點(diǎn),此時(shí)入射角視為90°,設(shè)折射角為C,由折射定律n=sin90°sinC=1sin3.D光在玻璃中發(fā)生全反射的臨界角滿足sinC=1n=23<sin60°=32,故光線在玻璃中會(huì)發(fā)生全反射由圖中幾何關(guān)系可得rtan60°=(R+r)tan30°,解得光束在桌面上形成的光斑半徑R=2r,故選D。4.A設(shè)光纖軸線的轉(zhuǎn)彎半徑為R,此時(shí)光在內(nèi)芯和外套的界面上剛好發(fā)生全反射,如圖所示:根據(jù)題意,sinC=n2n1,由幾何關(guān)系可知sinC=RR+a,5.答案右邊越少不能解析當(dāng)油面下降,塑料露出油面,光線在塑料和空氣的界面處發(fā)生全反射,返回油量計(jì)的上端面并射出,看起來明亮,因?yàn)橛疫吽芰隙?可知隨著油量的減少,觀察窗右邊最先開始亮;觀察窗亮的部分越長,說明油面越低,剩余油量越少。如圖所示,當(dāng)塑料片下方為空氣時(shí),光由上面射入塑料片,在下面等腰直角三角形部分發(fā)生全反射才符合要求,此時(shí)的入射角是45°,全反射的臨界角應(yīng)小于或等于45°,即應(yīng)滿足sinC≤sin45°,又因?yàn)閟inC=1n,則透明塑料的折射率應(yīng)滿足n≥1sin45°=2=1.414,因此折射率為16.答案(1)2(2)42解析(1)光路如圖光線恰好在AB面上發(fā)生全反射,則全反射臨界角C=∠A=45°根據(jù)sinC=1n,解得n=(2)根據(jù)幾何知識得AD=DE=FG=LAE=DE2+AD2=2L,BE=則EF=BE2+B則光在三棱鏡中傳播的路程為s=EF+DE+FG=4L光在三棱鏡中的傳播速度v=c光在三棱鏡中的傳播時(shí)間t=s聯(lián)立解得t=427.答案(1)1m(2)4.04m2解析(1)設(shè)入射角為α,折射角為β,作出光路圖如下根據(jù)折射定律有sinβsinα=根據(jù)題意有α+β=90°聯(lián)立可得α=37°,β=53°根據(jù)圖中幾何關(guān)系可得h=xtanα=(2)設(shè)射燈射向水面的光線發(fā)生全反射的臨界角為C,如圖所示根據(jù)全反射臨界角公式sinC=1n=由圖中幾何關(guān)系得sinC=R聯(lián)立解得R=97游客能看到水面上被照亮區(qū)域的面積為S=πR2=3.14×97m2≈4.04m8.答案(1)見解析(2)(3+解析(1)如圖所示,根據(jù)幾何關(guān)系可知單色光在P點(diǎn)的入射角為i=30°+30°=60°設(shè)單色光在P點(diǎn)的折射角為r,根據(jù)折射定律有sinisinr=n解得r=30°,即折射光線沿PQ方向。由幾何關(guān)系可知單色光在右半球與空氣交界面的入射角為i'=30°單色光在右半球與空氣交界面發(fā)生全反射的臨界角C滿足sinC=1n2,解得C則i'<C,即單色光在右半球與空氣交界面不會(huì)發(fā)生全反射,能從右半球射出。(2)單色光在左、右半球的傳播速度分別為v1=cn1=c3,v2=單色光在左、右半球的傳播距離相等,均為s=PQ=32所以單色光在玻璃球中傳播第一次到達(dá)右半球與空氣交界面所用時(shí)間為t=sv1+s9.答案(1)34c(2)0.6≤sini≤0.解析(1)由公式n=cv,可得光在水中的傳播速度v=cn=(2)光在內(nèi)球表面上恰好發(fā)生全反射的光路圖如圖所示:有sinC=1n=有sin∠ABO=sinC=3由正弦定理,有5Rsin∠ABO=3Rsin根據(jù)折射定律有sini=nsinr=0.6折射光線與內(nèi)球面相切時(shí),對應(yīng)的入射角最大,如圖所示:有sinr=3R5R=35,sini=nsin即0.6≤sini≤0.8第四章光綜合拔高練五年高考練考點(diǎn)1折射問題的分析與計(jì)算1.(2022浙江1月選考,11)如圖所示,用激光筆照射半圓形玻璃磚圓心O點(diǎn),發(fā)現(xiàn)有a、b、c、d四條細(xì)光束,其中d是光經(jīng)折射和反射形成的。當(dāng)入射光束a繞O點(diǎn)逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過小角度Δθ時(shí),b、c、d也會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng),則()A.光束b順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度小于ΔθB.光束c逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度小于ΔθC.光束d順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度大于ΔθD.光束b、c之間的夾角減小了2Δθ2.(2022江蘇,12)如圖所示,兩條距離為D的平行光線,以入射角θ從空氣射入平靜水面,反射光線與折射光線垂直。求:(1)水的折射率n;(2)兩條折射光線之間的距離d。3.(2022湖北,14)如圖所示,水族館訓(xùn)練員在訓(xùn)練海豚時(shí),將一發(fā)光小球高舉在水面上方的A位置,海豚的眼睛在B位置,A位置和B位置的水平距離為d,A位置離水面的高度為23d。訓(xùn)練員將小球向左水平拋出,入水點(diǎn)在B位置的正上方,入水前瞬間速度方向與水面夾角為θ。小球在A位置發(fā)出的一束光線經(jīng)水面折射后到達(dá)B位置,折射光線與水平方向的夾角也為θ。已知水的折射率n=4(1)tanθ的值;(2)B位置到水面的距離H?？键c(diǎn)2實(shí)驗(yàn):測量玻璃的折射率4.[2019天津理綜,9(2)]某小組做測定玻璃的折射率實(shí)驗(yàn),所用器材有:玻璃磚,大頭針,刻度尺,圓規(guī),筆,白紙。①下列哪些措施能夠提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確程度。

A.選用兩光學(xué)表面間距大的玻璃磚B.選用兩光學(xué)表面平行的玻璃磚C.選用粗的大頭針完成實(shí)驗(yàn)D.插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針間的距離盡量大些②該小組用同一套器材完成了四次實(shí)驗(yàn),記錄的玻璃磚界線和四枚大頭針扎下的孔洞如下圖所示,其中實(shí)驗(yàn)操作正確的是。

③該小組選取了操作正確的實(shí)驗(yàn)記錄,在白紙上畫出光線的徑跡,以入射點(diǎn)O為圓心作圓,與入射光線、折射光線分別交于A、B點(diǎn),再過A、B點(diǎn)作法線NN'的垂線,垂足分別為C、D點(diǎn),如圖所示,則玻璃的折射率n=。(用圖中線段的字母表示)

5.[2021全國乙,34(2)]用插針法測量上、下表面平行的玻璃磚的折射率。實(shí)驗(yàn)中用A、B兩個(gè)大頭針確定入射光路,C、D兩個(gè)大頭針確定出射光路,O和O'分別是入射點(diǎn)和出射點(diǎn),如圖(a)所示。測得玻璃磚厚度為h=15.0mm;A到過O點(diǎn)的法線OM的距離AM=10.0mm,M到玻璃磚的距離MO=20.0mm,O'到OM的距離為s=5.0mm。(ⅰ)求玻璃磚的折射率;(ⅱ)用另一塊材料相同,但上下兩表面不平行的玻璃磚繼續(xù)實(shí)驗(yàn),玻璃磚的截面如圖(b)所示。光從上表面入射,入射角從0逐漸增大,達(dá)到45°時(shí),玻璃磚下表面的出射光線恰好消失。求此玻璃磚上下表面的夾角。考點(diǎn)3全反射問題的分析與計(jì)算6.(2022遼寧,5)完全失重時(shí),液滴呈球形,氣泡在液體中將不會(huì)上浮。2021年12月,在中國空間站“天宮課堂”的水球光學(xué)實(shí)驗(yàn)中,航天員向水球中注入空氣形成了一個(gè)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(jìn)入水球,頻率一定變大B.此單色光從空氣進(jìn)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7.(2022山東,7)柱狀光學(xué)器件橫截面如圖所示,OP右側(cè)是以O(shè)為圓心、半徑為R的14圓,左側(cè)是直角梯形,AP長為R,AC與CO夾角45°,AC中點(diǎn)為B。a、b兩種頻率的細(xì)激光束,垂直AB面入射,器件介質(zhì)對a、b光的折射率分別為1.42、1.40。保持光的入射方向不變,入射點(diǎn)從A向B移動(dòng)過程中,能在PM面全反射后,從OM面出射的光是(不考慮三次反射以后的光)()A.僅有a光B.僅有b光C.a、b光都可以D.a、b光都不可以8.[2022全國甲,34(2)]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(diǎn)。在截面所在平面內(nèi),一光線自M點(diǎn)射入棱鏡,入射角為60°,經(jīng)折射后在BC邊的N點(diǎn)恰好發(fā)生全反射,反射光線從CD邊的P點(diǎn)射出棱鏡。求棱鏡的折射率以及P、C兩點(diǎn)之間的距離。9.[2022河北,16(2)]如圖,一個(gè)半徑為R的玻璃球,O點(diǎn)為球心。球面內(nèi)側(cè)單色點(diǎn)光源S發(fā)出的一束光在A點(diǎn)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:(ⅰ)玻璃的折射率;(ⅱ)從S發(fā)出的光線經(jīng)多次全反射回到S點(diǎn)的最短時(shí)間。10.(2022重慶,18)如圖所示,水面上有一透明均質(zhì)球,上半球露出水面,下半球內(nèi)豎直中心軸上有紅、藍(lán)兩種單色燈(可視為點(diǎn)光源),均質(zhì)球?qū)煞N色光的折射率分別為n紅和n藍(lán)。為使從光源照射到上半球面的光,都能發(fā)生折射(不考慮光線在球內(nèi)反射后的折射),若紅燈到水面的最大距離為h紅。(1)求藍(lán)燈到水面的最大距離;(2)兩燈都裝在各自到水面的最大距離處,藍(lán)燈在紅燈的上方還是下方?為什么?考點(diǎn)4光的干涉11.(2022浙江6月選考,4)關(guān)于雙縫干涉實(shí)驗(yàn),下列說法正確的是()A.用復(fù)色光投射就看不到條紋B.明暗相間條紋是兩列光在屏上疊加的結(jié)果C.把光屏前移或后移,不能看到明暗相間條紋D.藍(lán)光干涉條紋的間距比紅光的大12.(2021浙江6月選考,16)肥皂膜的干涉條紋如圖所示,條紋間距上面寬、下面窄。下列說法正確的是()A.過肥皂膜最高和最低點(diǎn)的截面一定不是梯形B.肥皂膜上的條紋是前后表面反射光形成的干涉條紋C.肥皂膜從形成到破裂,條紋的寬度和間距不會(huì)發(fā)生變化D.將肥皂膜外金屬環(huán)左側(cè)的把柄向上轉(zhuǎn)動(dòng)90°,條紋也會(huì)跟著轉(zhuǎn)動(dòng)90°13.(2022山東,10)某同學(xué)采用圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置研究光的干涉與衍射現(xiàn)象,狹縫S1、S2的寬度可調(diào),狹縫到屏的距離為L。同一單色光垂直照射狹縫,實(shí)驗(yàn)中分別在屏上得到了圖乙、圖丙所示圖樣。下列描述正確的是()圖甲A.圖乙是光的雙縫干涉圖樣,當(dāng)光通過狹縫時(shí),也發(fā)生了衍射B.遮住一條狹縫,另一狹縫寬度增大,其他條件不變,圖丙中亮條紋寬度增大C.照射兩條狹縫時(shí),增加L,其他條件不變,圖乙中相鄰暗條紋的中心間距增大D.照射兩條狹縫時(shí),若光從狹縫S1、S2到屏上P點(diǎn)的路程差為半波長的奇數(shù)倍,P點(diǎn)處一定是暗條紋14.(2021山東,7)用平行單色光垂直照射一層透明薄膜,觀察到如圖所示明暗相間的干涉條紋。下列關(guān)于該區(qū)域薄膜厚度d隨坐標(biāo)x的變化圖像,可能正確的是()ABCD考點(diǎn)5雙縫干涉測量光的波長15.(2021湖北,5)如圖所示,由波長為λ1和λ2的單色光組成的一束復(fù)色光,經(jīng)半反半透鏡后分成透射光和反射光,透射光經(jīng)擴(kuò)束器后垂直照射到雙縫上并在屏上形成干涉條紋。O是兩單色光中央亮條紋的中心位置,P1和P2分別是波長為λ1和λ2的光形成的距離O點(diǎn)最近的亮條紋中心位置。反射光入射到三棱鏡一側(cè)面上,從另一側(cè)面M和N位置出射,則()A.λ1<λ2,M是波長為λ1的光出射位置B.λ1<λ2,N是波長為λ1的光出射位置C.λ1>λ2,M是波長為λ1的光出射位置D.λ1>λ2,N是波長為λ1的光出射位置16.[2018浙江4月選考,21(2)]小明在做“用雙縫干涉測量光的波長”實(shí)驗(yàn)時(shí),嘗試用單縫和平面鏡做類似實(shí)驗(yàn)。單縫和平面鏡的放置如圖所示,白熾燈發(fā)出的光經(jīng)濾光片成為波長為λ的單色光照射單縫,能在光屏上觀察到明暗相間的干涉條紋。小明測得單縫與鏡面延長線的距離為h、與光屏的距離為D,則條紋間距Δx=。隨后小明撤去平面鏡,在單縫下方A處放置同樣的另一單縫,形成雙縫結(jié)構(gòu),則在光屏上(填“能”或“不能”)觀察到干涉條紋。

三年模擬練應(yīng)用實(shí)踐1.(2022江蘇太倉高級中學(xué)階段測試)瓦斯是無色無味的氣體,折射率大于空氣的折射率。如圖所示是煤礦安保系統(tǒng)中常用的一種邏輯判斷元件,這種元件的“核心構(gòu)件”是兩個(gè)完全相同的、截面為等腰直角三角形的棱鏡,兩棱鏡被平行拉開一小段距離,形成的通道與礦道相通。棱鏡對紅光的折射率為1.5,一束紅光從棱鏡1的左側(cè)垂直射入,下列說法正確的是()A.正常情況下這束紅光能通過棱鏡2射出B.將入射光改成綠光能提高瓦斯檢測的靈敏度C.只要礦道空氣中存在瓦斯氣體,這束紅光便不能從棱鏡2射出D.只有礦道空氣中瓦斯氣體達(dá)到危險(xiǎn)濃度時(shí),這束紅光才能從棱鏡2射出2.(2023河南南陽期中)一柱狀容器的高為3l,底面是邊長為2l的正方形,容器內(nèi)裝滿某種透明液體。過容器中心軸DD'、垂直于左右兩側(cè)面的剖面如圖所示。容器右側(cè)內(nèi)壁涂有反光材料,其他內(nèi)壁涂有吸光材料。在剖面圖的左下角處有一點(diǎn)光源,其發(fā)出的黃光經(jīng)過容器內(nèi)部相應(yīng)光路后有兩束相互垂直的光從液體上表面的D點(diǎn)射出,光在真空中的傳播速度為c,則()A.該透明液體對黃光的折射率為5B.黃光在透明液體中的傳播速度為0.6cC.黃光從透明液體射入空氣的臨界角小于37°D.將黃光改為紅光后從D點(diǎn)射出的兩束光夾角小于90°3.(2022遼寧六校期初聯(lián)考)如圖所示,半圓玻璃磚可繞過圓心的垂直軸轉(zhuǎn)動(dòng),圓心O與足夠大光屏的距離d=20cm,初始半圓玻璃磚的直徑與光屏平行時(shí),一束光對準(zhǔn)圓心、垂直于光屏射向玻璃磚,在光屏上O1點(diǎn)留下一光點(diǎn)。保持入射光方向不變,讓玻璃磚繞軸沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),光屏上光點(diǎn)也會(huì)移動(dòng),當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)過α=30°角時(shí),光屏上光點(diǎn)位置距離O1點(diǎn)為20cm,已知sin75°=6+24,則A.玻璃磚轉(zhuǎn)動(dòng)后,光屏上的光點(diǎn)會(huì)相對于O1向上移動(dòng)B.該玻璃磚的折射率為2C.該玻璃磚的折射率為6D.當(dāng)玻璃磚繞軸相對初始位置轉(zhuǎn)過的角度的正弦值為6?4.(2023浙江杭州期末)光學(xué)鑷子是靠激光束“夾起”細(xì)胞、病毒等極其微小粒子的工具。為了簡化問題,將激光束看作粒子流,其中的粒子以相同的動(dòng)量沿光傳播方向運(yùn)動(dòng)。如圖所示是一個(gè)半徑為R、折射率均勻的圓柱形玻璃磚的橫截面,兩束光線從A點(diǎn)、與橫截面中軸線(圖中虛線)成74°角射入玻璃磚后從B、C點(diǎn)射出,出射光與中軸線平行。已知真空中的光速為c,sin37°=0.6,則()A.該玻璃磚的折射率為1.5B.兩束光線對玻璃磚的合力向下C.光從玻璃磚射出時(shí)發(fā)生全反射的臨界角的正弦值為5D.光在玻璃磚內(nèi)運(yùn)動(dòng)消耗的時(shí)間為645.(2023湖南長郡中學(xué)月考)有兩個(gè)半徑均為R的不同透明材料制成的半圓形磚甲和乙,CD是半圓的直徑,O為圓心。某單色光分別垂直射到半圓形磚甲和乙的CD表面的A點(diǎn)和B點(diǎn),如圖所示(乙圖未畫出)。半圓形磚甲和乙對該單色光的折射率分別為n1=2和n2=43,已知OA=22R、OB=32R。求:該單色光分別在甲、乙中傳播的時(shí)間t1和6.(2022廣西桂林期末)如圖,ABC是橫截面為直角三角形的玻璃三棱鏡,一平行于CB邊的細(xì)激光束從AC邊上的某點(diǎn)由空氣射入棱鏡后,在AB邊上的D點(diǎn)部分反射、部分折射,其中反射光剛好與AC邊平行。已知AB=L,AD=25L,∠C=30°,空氣中的光速為c(1)試通過計(jì)算判斷光第一次射到BC邊時(shí)是否發(fā)生全反射;(2)求光自進(jìn)入棱鏡到第一次從AC邊射出所經(jīng)歷的時(shí)間。7.(2022江蘇蘇州高新區(qū)第一中學(xué)月考)各色各類的觀賞魚給養(yǎng)魚愛好者帶來無窮的樂趣,各式各樣的魚缸也吸引了眾多消費(fèi)者的目光。如圖所示是一個(gè)水平橫截面為圓形的平底玻璃魚缸,玻璃缸深度為2h,缸底面圓心處有一單色點(diǎn)光源S,缸中裝有某種液體,深度為h,O點(diǎn)為液面的圓心,OS垂直于水平面,用面積為πh2的圓形黑紙片覆蓋在液面上,則液面上方恰好無光線射出。若在上述黑紙片上,以O(shè)為圓心剪出一個(gè)面積為13πh2(1)該液體的折射率為多少?(2)缸口的最小面積為多少?8.(2023河南南陽期末)某廣場有一個(gè)噴泉,噴泉底部裝有五顏六色的彩燈。如圖所示,如果彩燈為一個(gè)長MN=a、寬NP=b的矩形水平光帶MNPQ(P、Q未標(biāo)注),放置在水池底部,水面離燈帶的高度為h,水池面積足夠大,水對燈帶發(fā)出的綠光的折射率為n,真空中的光速為c,求:(1)燈帶發(fā)出的綠光能射出水面的最短時(shí)間;(2)燈帶發(fā)出綠光時(shí),有綠光直接射出的水面的面積。9.(2023重慶八中期中)如圖所示為單反相機(jī)的取景五棱鏡原理圖,光線①經(jīng)反光鏡反射后垂直AB面射入五棱鏡,以平行于AB面的方向射出五棱鏡。已知玻璃相對空氣的折射率為1.6,CD面與AB面的夾角為30°,∠ABC=90°。(已知:sin38°=11.6(1)如圖所示,如果左下角的桃心表示一正立的物體,判斷經(jīng)過多次反射后在取景窗中得到的是正立還是倒立的像。(2)試分析光線在F點(diǎn)是否發(fā)生全反射;如不發(fā)生全反射,求折射角的正弦值。(3)調(diào)節(jié)CD和AE面與AB面的夾角,使得光線①由CD面射向空氣時(shí),恰好發(fā)生全反射,且光線出射方向仍與AB面平行,求調(diào)整后CD面和AE面與AB面的夾角分別為多大?(在傳播過程中光線與DE面無交點(diǎn))遷移創(chuàng)新10.(2022江蘇蘇州實(shí)驗(yàn)中學(xué)學(xué)情調(diào)研)某半徑為r的類地行星表面有一單色點(diǎn)光源P,其發(fā)出的各方向的光經(jīng)過厚度為(2-1)r、折射率n=2的均勻行星大氣層射向太空。取包含P和行星中心O的某一截面(如圖所示),設(shè)此截面內(nèi),一衛(wèi)星探測器在半徑為4r(1)從P點(diǎn)發(fā)出的光入射到大氣層外表面處時(shí),發(fā)生全反射的臨界角;(2)大氣層外表面發(fā)光區(qū)域在截面上形成的弧長;(3)衛(wèi)星探測器運(yùn)行時(shí),只能在軌道某些部分觀測到光,則這部分軌道的弧長。

答案與分層梯度式解析第四章光綜合拔高練五年高考練1.B6.C7.A11.B12.AB13.ACD14.D15.D1.B光束a為入射光,則光束b為反射光,光束c為折射光,光束d為光束c的反射光。根據(jù)反射定律知,光束a逆時(shí)針轉(zhuǎn)過Δθ時(shí),光束b順時(shí)針轉(zhuǎn)過Δθ,故A錯(cuò)誤;根據(jù)折射定律n=sinisinr知,折射角小于入射角,則光束c逆時(shí)針轉(zhuǎn)過角度小于Δθ,故光束d順時(shí)針轉(zhuǎn)過角度小于Δθ,故B正確,C錯(cuò)誤;由光束b、c轉(zhuǎn)動(dòng)情況,可知光束b、c之間夾角減小的角度小于2Δ2.答案(1)tanθ(2)Dtanθ解析(1)由幾何關(guān)系可知折射角α=90°-θ,則折射率n=sinθsinα(2)如圖所示,由幾何關(guān)系可知Dsinα=dcosα,所以d=cos(90°?θ)3.答案(1)43(2)4解析(1)小球做平拋運(yùn)動(dòng),設(shè)初速度為v0、在空中飛行時(shí)間為t,則水平方向上d=v0t豎直方向上2d3=再由速度合成與分解有tanθ=v解得tanθ=4(2)設(shè)光線在水面的入射角為θ1,由折射定律有n=sin再由圖中幾何關(guān)系有d=Htanθ+2d聯(lián)立解得H=4274.答案①AD②D③AC解析①所用玻璃磚兩表面是否平行,與提高實(shí)驗(yàn)精確度無關(guān),故B錯(cuò)。選用細(xì)的大頭針有利于提高精確度,故C錯(cuò)。所用玻璃磚兩表面及插在玻璃磚同側(cè)的兩枚大頭針的間距盡量大些,可以減小測量的相對誤差,故A、D均正確。②利用平行玻璃磚做本實(shí)驗(yàn)時(shí),入射光線進(jìn)入玻璃磚后,折射光線向法線偏折,而穿出玻璃磚的光線與入射光線平行,故根據(jù)孔洞作出的兩條光線應(yīng)平行且下面的光線應(yīng)向左錯(cuò)開一小段距離。故A、B、C錯(cuò)誤,D正確。③由折射率的定義式可知,n=sin∠AOCsin∠BOD=AC5.答案(ⅰ)2(ⅱ)15°解析(ⅰ)設(shè)光線的入射角和折射角分別為θ1和θ2,由幾何關(guān)系有sinθ1=AMAMsinθ2=ss2設(shè)玻璃磚的折射率為n,由折射定律有sinθ1=nsinθ2③聯(lián)立①②③式并代入題給數(shù)據(jù)得n=2④(ⅱ)如圖,設(shè)光線在玻璃磚上表面的折射角為θ2',在下表面的入射角為θ3,上、下表面的夾角為α。由幾何關(guān)系有θ3=θ2'+α⑤由折射定律有sin45°=nsinθ2'⑥設(shè)全反射臨界角為θc,則nsinθc=1⑦當(dāng)光線從玻璃射入空氣,滿足θ3≥θc時(shí)發(fā)生全反射。由題意,當(dāng)光線在玻璃磚上表面的入射角為45°時(shí),θ3=θc,聯(lián)立④⑤⑥⑦式得α=15°⑧6.C思路點(diǎn)撥畫出光路,標(biāo)出水球半徑R、氣泡半徑r、光線進(jìn)入水球時(shí)的入射角i、折射角α、光線進(jìn)入氣泡時(shí)的入射角θ,如圖所示。i越大,α越大,由幾何關(guān)系sinαr=sin(π?θ)R,光的頻率由光源決定,與介質(zhì)無關(guān),此單色光從空氣進(jìn)入水球,頻率不變,A、B錯(cuò)誤;由圖可知光線2的入射角i大于光線1的入射角i',所以α>α',θ>θ',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(cuò)誤。故選C。7.A模型構(gòu)建當(dāng)兩種頻率的細(xì)激光束從A點(diǎn)垂直于AB面入射時(shí),激光沿直線傳播到O點(diǎn),經(jīng)第一次反射沿半徑方向傳播出去。保持光的入射方向不變,入射點(diǎn)從A向B移動(dòng)過程中,如圖,激光沿直線傳播到CO面經(jīng)反射向PM面?zhèn)鞑?光線傳播到PM面的入射角逐漸增大。當(dāng)入射點(diǎn)為B點(diǎn)時(shí),根據(jù)光的反射定律及幾何關(guān)系可知,光線傳播到PM面的P點(diǎn),此時(shí)光線在PM面上的入射角最大,設(shè)為α,由幾何關(guān)系得α=45°。根據(jù)全反射臨界角公式,sinCa=1na=11.42<22,sinCb=1nb=11.40>22,兩種頻率的細(xì)激光束發(fā)生全反射的臨界角關(guān)系為Ca<45°<Cb,故在入射點(diǎn)從A向B移動(dòng)過程中,a光能在PM面全反射后從OM8.答案723解析設(shè)光線在M點(diǎn)的折射角為θ,由折射定律有n=sin60°由幾何關(guān)系可知光線在N點(diǎn)的入射角為90°-θ,由于光線在N點(diǎn)恰好發(fā)生全反射,可知臨界角θ0=90°-θ又n=1解得n=72,tanθ=由圖中幾何關(guān)系有a2tanθ+解得PC=3?19.答案(ⅰ)3(ⅱ)4解析(ⅰ)光路圖如圖所示在A點(diǎn)發(fā)生折射時(shí),θ=30°由幾何關(guān)系:α=2θ=60°則折射率n=sinαsin(ⅱ)sin45°>sinC=1n=33,當(dāng)θ=45°時(shí),從S發(fā)出的光線經(jīng)3次全反射后回到S點(diǎn)通過的路程最短,光通過的路程s=42R光速v=c最短時(shí)間t=s聯(lián)立解得t=410.答案(1)n紅2?1n藍(lán)2?1解題關(guān)鍵如圖所示,由sinθR=sini?可知,θ越大,入射角i越大解析(1)為使從光源照射到上半球面的光都能發(fā)生折射,以紅光為例,當(dāng)入射角最大達(dá)到臨界角C紅時(shí),光線恰好垂直水面折射出去,光路圖如圖所示假設(shè)球半徑為R,根據(jù)全反射臨界角公式可知sinC紅=1由幾何關(guān)系可知tanC紅=?同理可知對藍(lán)光有sinC藍(lán)=1n藍(lán),tanC藍(lán)兩式聯(lián)立解得h藍(lán)=n紅2(2)同種介質(zhì)對藍(lán)光的折射率大于對紅光的折射率,即n藍(lán)>n紅>1,可知h藍(lán)=n紅2?1n藍(lán)2?1·11.B復(fù)色光通過雙縫干涉實(shí)驗(yàn)裝置,能夠看到彩色的干涉條紋,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;利用雙縫可以得到兩列相干光,明暗相間條紋是這兩列光在屏上疊加的結(jié)果,選項(xiàng)B正確;根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式Δx=Lλd可知,光屏前移或后移,會(huì)改變干涉條紋的疏密程度,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;藍(lán)光的波長比紅光的短,通過同一個(gè)干涉實(shí)驗(yàn)裝置,根據(jù)Δx=Lλd可知,藍(lán)光干涉條紋的間距比紅光的小12.AB由于表面張力的作用,過肥皂膜最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的截面會(huì)有凹或者凸現(xiàn)象,A項(xiàng)正確;薄膜前后兩個(gè)表面的反射光頻率相同,發(fā)生了干涉現(xiàn)象,形成干涉條紋,B項(xiàng)正確;從形成到破裂,由于重力的影響,肥皂膜會(huì)上薄下厚,且厚度會(huì)改變,故條紋會(huì)改變,C項(xiàng)錯(cuò)誤;由于重力作用,當(dāng)把柄向上轉(zhuǎn)動(dòng)90°時(shí),條紋不會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng),D項(xiàng)錯(cuò)誤。13.ACD圖乙是干涉圖樣,在發(fā)生干涉時(shí)也有衍射,故A正確。遮住一條狹縫,另一狹縫變寬,其他條件不變,則衍射現(xiàn)象明顯程度減小,圖丙中亮條紋寬度變小或不會(huì)出現(xiàn)衍射條紋,故B錯(cuò)誤。由Δx=Ldλ知,增大L時(shí),Δx變大,故C正確。屏上P點(diǎn)到雙縫的路程差為半波長的奇數(shù)倍,P點(diǎn)處一定是暗條紋,14.D模型構(gòu)建如果薄膜厚度從左到右均勻減小或均勻增大,如圖所示,分析均勻減小的情況。薄膜上下兩個(gè)面反射光的路程差Δs=2d,薄膜厚度d每變化λ2,路程差Δs變化λ所以相鄰亮條紋對應(yīng)的薄膜厚度差Δd=12而相鄰亮條紋間距Δx與對應(yīng)的薄膜厚度差關(guān)系為Δd=Δx·sinθ從而得出Δx=λ2sinθ,θ不變本題從左向右,圖中干涉條紋間距不同,所以薄膜厚度從左到右變化不均勻,A、B錯(cuò)誤;從左向右,條紋間距Δx逐漸變大,θ將逐漸變小,d-x圖像斜率變小,C錯(cuò)誤,D正確。故選D。15.D根據(jù)雙縫干涉條紋間距公式Δx=ldλ并結(jié)合題圖信息可知,P1對應(yīng)的光的波長較長,即λ1>λ2;M位置處的光的偏折程度大于N位置處的光的偏折程度,所以三棱鏡對M位置處的光的折射率大于對N位置處的光的折射率,則M位置處的光的頻率大于N位置處的光的頻率,根據(jù)公式c=λf知,M位置處的光的波長小于N位置處的光的波長,則N是波長為λ1的光出射位置,16.答案Dλ2解析本題中,單縫在平面鏡中的像與原來的單縫共同構(gòu)成一組雙縫(如圖),所以雙縫間距為d=2h,故Δx=Dλ2撤去平面鏡后,只剩雙縫、濾光片和白熾燈,缺少單縫,無法形成干涉條紋。三年模擬練1.D2.AD3.ACD4.D1.D棱鏡對紅光的折射率為1.5,則紅光發(fā)生全反射的臨界角C滿足sinC=1n=23,則C<45°,當(dāng)一束紅光從棱鏡1的左側(cè)垂直射入時(shí),在斜邊的入射角為45°,會(huì)發(fā)生全反射,所以正常情況下這束紅光不能通過棱鏡2射出,A錯(cuò)誤;由于棱鏡對綠光的折射率比對紅光的大,臨界角更小,故將入射光改成綠光不能提高瓦斯檢測的靈敏度,B錯(cuò)誤;當(dāng)?shù)V道空氣中瓦斯氣體的濃度足夠大時(shí),因瓦斯的折射率大于空氣的折射率,則這束紅光可在兩棱鏡的斜邊上發(fā)生折射,然后從棱鏡2射出,C錯(cuò)誤2.AD根據(jù)題意畫出光路圖如圖所示由折射定律可知n=sinr1sini1,n=sinr2sini2,根據(jù)題意可知r1+r2=90°,聯(lián)立解得n2=1sin2i1+sin2i2,由幾何關(guān)系可知sini1=ll2+(3l)2,sini2=l2l,聯(lián)立解得n=53,A正確;黃光在透明液體中的傳播速度為v=cn=35c,3.ACD玻璃磚沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)30°角時(shí),光路如圖所示,可知光屏上的光點(diǎn)會(huì)相對于O1向上移動(dòng),入射角i=30°,設(shè)∠POO1=θ,tanθ=O1Pd=1,解得θ=45°,則折射角r=45°+30°=75°,根據(jù)折射定律可得n=sinrsini=6+22,B錯(cuò)誤,A、C正確;設(shè)當(dāng)玻璃磚繞軸相對初始位置轉(zhuǎn)過的角度為β時(shí),恰好發(fā)生全反射,此時(shí)轉(zhuǎn)過的角度剛好等于臨界角,則sin4.D模型構(gòu)建兩光線在玻璃磚中的光路圖如圖所示:兩光束(看作粒子流)進(jìn)入玻璃磚前與射出玻璃磚后的速度大小不變,方向改變,動(dòng)量發(fā)生變化,由動(dòng)量定理確定玻璃磚對光的作用力。玻璃磚對光的作用力F1的方向與Δv1的方向相同,玻璃磚對光的作用力F2的方向與Δv2的方向相同。光進(jìn)入玻璃磚,設(shè)折射角為θ,橫截面的圓心為O,由幾何關(guān)系可知2θ=74°,解得θ=37°,玻璃磚的折射率n=sin74°sin37°=2sin37°cos37°sin37°=2cos37°=2×0.8=1.6,A錯(cuò)誤;由前面的分析知,玻璃磚對光的合力F方向向下,由牛頓第三定律,兩束光線對玻璃磚的合力F'向上,B錯(cuò)誤;光從玻璃磚射出時(shí)發(fā)生全反射的臨界角的正弦值sinC=1n=11.6=58,C錯(cuò)誤;光在玻璃磚內(nèi)運(yùn)動(dòng)的路程s=2Rcos37°,光在玻璃磚內(nèi)的傳播速度v=cn=c1.6=58c,5.答案t1∶t2=1∶1解析根據(jù)全反射臨界角公式sinC=1n光線在甲磚內(nèi)發(fā)生全反射的臨界角C1=45°在乙磚內(nèi)發(fā)生全反射的臨界角C2<60°光線垂直射到半圓形磚甲的CD表面的A點(diǎn),由幾何關(guān)系可知,光線射到半圓面的入射角i1=45°,所以光線在甲磚內(nèi)恰好發(fā)生全反射,其光路圖如圖所示單色光在甲磚中傳播的距離s1=4×22R=22R,傳播速度v1=cn所以該單色光在甲磚內(nèi)傳播的時(shí)間t1=s1v光線垂直射到半圓形磚乙的CD表面的B點(diǎn),由幾何關(guān)系可知,光射到半圓面的入射角i2=60°>C2所以光線在乙磚內(nèi)也發(fā)生全反射,其光路圖如圖所示光在乙磚內(nèi)傳播的距離s2=2R+2×12R=3R,傳播速度v2=cn2所以光在乙磚內(nèi)傳播的時(shí)間t2=s2v所以t1∶t2=1∶16.答案(1)見解析(2)2解析(1)設(shè)光在AC邊的入射點(diǎn)為E,在D點(diǎn)反射后射到BC邊的F點(diǎn),光路圖如圖所示。由幾何關(guān)系可知,光在D點(diǎn)的反射角為30°,故∠ADE=60°,△ADE為等邊三角形。由幾何關(guān)系可知,光在E點(diǎn)折射時(shí),