高考物理三輪沖刺題型歸納講練專題33 光的折射與全反射（原卷版）

專題33光的折射與全反射[題型導(dǎo)航]題型一折射定律和折射率的理解及應(yīng)用 1題型二全反射現(xiàn)象的理解和綜合分析 4題型三光路控制問題分析 7[考點(diǎn)分析]題型一折射定律和折射率的理解及應(yīng)用1．折射定律圖1(1)內(nèi)容：如圖1所示，折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比．(2)表達(dá)式：eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n.(3)在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的．2．折射率(1)折射率是一個(gè)反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量．(2)定義式：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2).(3)計(jì)算公式：n＝eq\f(c,v)，因?yàn)関<c，所以任何介質(zhì)的折射率都大于1.(4)當(dāng)光從真空(或空氣)射入某種介質(zhì)時(shí)，入射角大于折射角；當(dāng)光由介質(zhì)射入真空(或空氣)時(shí)，入射角小于折射角．3．折射率的理解(1)折射率由介質(zhì)本身性質(zhì)決定，與入射角的大小無關(guān)．(2)折射率與介質(zhì)的密度沒有關(guān)系，光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì)．(3)同一種介質(zhì)中，頻率越大的色光折射率越大，傳播速度越?。?4)公式n＝eq\f(sinθ1,sinθ2)中，不論是光從真空射入介質(zhì)，還是從介質(zhì)射入真空，θ1總是真空中的光線與法線間的夾角，θ2總是介質(zhì)中的光線與法線間的夾角．如圖所示為一斜邊鍍銀的等腰直角棱鏡的截面圖。一細(xì)黃光束從直角邊AB以角度θ入射，依次經(jīng)AC和BC兩次反射，從直角邊AC出射。出射光線相對(duì)于入射光線偏轉(zhuǎn)了α角，則α（）A．等于90° B．大于90° C．小于90° D．與棱鏡的折射率有關(guān)（多選）直角三角形ABC為固定玻璃三棱鏡的截面，a、b兩種單色光組成的一束光由直角邊AC上O點(diǎn)射入，兩種光折射后在玻璃磚內(nèi)的光線關(guān)于OO'對(duì)稱，OO'垂直于AB，光路如圖所示。關(guān)于a、b兩種單色光下列說法正確的是（）A．棱鏡對(duì)a光的折射率小于對(duì)b光的折射率 B．a(chǎn)、b兩種光在棱鏡內(nèi)的傳播時(shí)間相等 C．a(chǎn)、b兩種光從AB邊折射出的光線與AB邊的夾角相等 D．逐漸增大光線在O點(diǎn)入射角度，a光在AB邊上不會(huì)發(fā)生全反射 E．用同一雙縫干涉儀產(chǎn)生干涉條紋，相鄰亮條紋間距a光大于b光（多選）在生產(chǎn)玻璃的過程中，有時(shí)會(huì)有空氣進(jìn)入玻璃，形成空氣泡。如圖，一邊長(zhǎng)為4R的方形玻璃元件的中心處有一個(gè)半徑為R的圓形空氣泡。用一束與AB邊夾角為45°光從E點(diǎn)射入玻璃。AE＝d，玻璃折射率n=2A．若0＜d＜2R，光都能經(jīng)過內(nèi)圓 B．若d＝2R，光從BC邊射出 C．若d=(2?33D．若d=(2?33如圖所示，水平地面上放有一個(gè)裝滿折射率n=2A．光自S發(fā)出到從正方體的四個(gè)側(cè)面（不包括頂面）射出所經(jīng)歷的最長(zhǎng)時(shí)間為2RB．光自S發(fā)出到從正方體的四個(gè)側(cè)面（不包括頂面）射出所經(jīng)歷的最長(zhǎng)時(shí)間為22C．當(dāng)點(diǎn)光源S移動(dòng)到正方體的中心時(shí)，光能從正方體四個(gè)側(cè)面上射出部分的總面積為16R2 D．當(dāng)點(diǎn)光源S移動(dòng)到正方體的中心時(shí)，光能從正方體四個(gè)側(cè)面上射出部分的總面積為4πR2導(dǎo)光管采光系統(tǒng)由采光裝置、光導(dǎo)管和漫射系統(tǒng)組成，如圖甲所示。某地鐵站導(dǎo)光管采光系統(tǒng)中的半球形采光裝置和圓柱形光導(dǎo)管過球心的截面如圖乙所示，其中半球的直徑d＝45cm，光導(dǎo)管長(zhǎng)度L＝12.6m，一束平行單色光在該豎直平面內(nèi)從采光裝置上方以與方向成45°角的方向射入，已知采光裝置對(duì)該單色光的折射率為2，導(dǎo)光管底面到地鐵站地面的距離為3m，則AB界面有光照射到的區(qū)域長(zhǎng)度與無采光裝置和漫射裝置（如圖丙所示）時(shí)地面上左、右兩側(cè)光斑的最遠(yuǎn)距離分別為（）A．45cm6.45m B．90+4524C．90+4524cm6.45m題型二全反射現(xiàn)象的理解和綜合分析1．定義：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角增大到某一角度時(shí)，折射光線將消失，只剩下反射光線的現(xiàn)象．2．條件：(1)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)．(2)入射角大于或等于臨界角．3．臨界角：折射角等于90°時(shí)的入射角，若光從光密介質(zhì)(折射率為n)射向真空或空氣時(shí)，發(fā)生全反射的臨界角為C，則sinC＝eq\f(1,n).介質(zhì)的折射率越大，發(fā)生全反射的臨界角越?。鈱?dǎo)纖維可簡(jiǎn)化為長(zhǎng)玻璃絲，只有幾微米到一百微米，由于很細(xì)，一定程度上可以彎折。如圖所示將一半徑為r的圓柱形光導(dǎo)纖維，做成外半徑為R的半圓形，一細(xì)光束由空氣中從纖維的左端面圓心O1點(diǎn)射入，入射角α＝53°，已知光導(dǎo)纖維對(duì)該光的折射率為43，sin53°＝0.8，sin37°＝0.6。要使從左端面射入的光能夠不損失的傳送到半圓形光導(dǎo)纖維的另一端，A．R≥4r B．R≥16r C．R≤16r D．R≤4r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θ打磨在θ1＜θ＜θ2的范圍內(nèi)，才能使從MN邊垂直入射的光線，在OP和OQ邊都發(fā)生全反射，僅考慮如圖所示的光線第一次射到OP邊并反射到OQ邊的情況，則下列判斷正確的是（）A．若θ＜θ2，光線會(huì)在OP邊射出 B．若θ＜θ1，光線會(huì)在OP邊發(fā)生全反射 C．若θ＞θ2，光線會(huì)在OP邊發(fā)生全反射 D．若θ＞θ2，光線會(huì)在OQ邊射出（多選）一束光在光導(dǎo)纖維中傳播的示意圖如圖所示，光導(dǎo)纖維對(duì)該束光的折射率為n，該段光導(dǎo)纖維的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，圖中的光線剛好在光導(dǎo)纖維與空氣的界面處發(fā)生全反射。已知空氣對(duì)該束光的折射率為1，光在真空中傳播的速度為c，下列說法正確的是（）A．光導(dǎo)纖維的折射率n＞1 B．光導(dǎo)纖維的折射率n＜1 C．光在光導(dǎo)纖維中傳播的時(shí)間為n2D．光在光導(dǎo)纖維中傳播的時(shí)間為L(zhǎng)如圖所示，一光束包含兩種不同頻率的單色光，從空氣射向平行玻璃磚的上表面，玻璃磚下表面有反射層，光束經(jīng)兩次折射和一次反射后，從玻璃磚上表面分為a、b兩束單色光射出。下列說法正確的是（）A．a(chǎn)光的頻率小于b光的頻率 B．出射光束a、b一定相互平行 C．a(chǎn)、b兩色光從同種玻璃射向空氣時(shí)，a光發(fā)生全反射的臨界角大 D．用同一裝置進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，a光的條紋間距大于b光的條紋間距如圖所示，將一個(gè)折射率為n=72的透明長(zhǎng)方體放在空氣中，矩形ABCD是它的一個(gè)截面，一單色細(xì)光束入射到P點(diǎn)，AP之間的距離為d，入射角為θ，AD=6AP，AP間的距離為d＝30cm，光速為c＝3.0×（?。┤粢构馐M(jìn)入長(zhǎng)方體后正好能射至D點(diǎn)上，光線在PD之間傳播的時(shí)間；（ⅱ）若要使光束在AD面上發(fā)生全反射，角θ的范圍。題型三光路控制問題分析平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對(duì)光路的控制：類別項(xiàng)目平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)結(jié)構(gòu)玻璃磚上下表面是平行的橫截面為三角形橫截面是圓對(duì)光線的作用通過平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但要發(fā)生側(cè)移通過三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后，出射光線向棱鏡底邊偏折圓界面的法線是過圓心的直線，經(jīng)過兩次折射后向圓心偏折應(yīng)用測(cè)定玻璃的折射率全反射棱鏡，改變光的傳播方向改變光的傳播方向特別提醒不同顏色的光的頻率不同，在同一種介質(zhì)中的折射率、光速也不同，發(fā)生全反射現(xiàn)象的臨界角也不同．“B超”可用于探測(cè)人體內(nèi)臟的病變狀況。如圖是超聲波從肝臟表面入射，經(jīng)折射與反射，最后從肝臟表面射出的示意圖。超聲波在進(jìn)入肝臟發(fā)生折射時(shí)遵循的規(guī)律與光的折射規(guī)律類似，可表述為sinθ1sinθ2=v1v2（式中θ1是入射角，θ2是折射角，νA．9dsini100?81sin2iC．d81?100sin2如圖，三棱鏡的橫截面為直角三角形ABC，∠A＝30°，∠B＝60°．一束平行于AC邊的光線自AB邊的P點(diǎn)射入三棱鏡，在AC邊發(fā)生反射后從BC邊的M點(diǎn)射出，若光線在P點(diǎn)的入射角和在M點(diǎn)的折射角相等，（i）求三棱鏡的折射率；（ii）在三棱鏡的AC邊是否有光線透出，寫出分析過程。（不考慮多次反射）雨過天晴，人們?？吹教炜罩谐霈F(xiàn)彩虹，它是陽光照射到空中彌漫的水珠上時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象．在說明這個(gè)現(xiàn)象時(shí)，需要分析光線射入水珠后的光路．一細(xì)束某種單色光線射入水珠，水珠可視為一個(gè)半徑R＝10mm的球，球心O到入射光線的垂直距離d＝8mm，水的折射率n=4①在圖上畫出該束光線射入水珠后，第一次從水珠中射出的光路圖；②求這束光線從射入水珠到第一次射出水珠，光線偏轉(zhuǎn)的角度。彩虹是由陽光進(jìn)入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后離開水滴時(shí)再折射一次形成。彩虹形成的示意圖如圖所示，一束白光L由左側(cè)射入水滴，a、b是白光射入水滴后經(jīng)過一次反射和兩次折射后的兩條出射光線（a、b是單色光）。下列關(guān)于a光與b光的說法正確的是（）A．水滴對(duì)a光的折射率小于對(duì)b光的折射率 B．a(chǎn)光在水滴中的傳播速度小于b光在水滴中的傳播速度 C．用同一臺(tái)雙縫干涉儀做光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，a光相鄰的亮條紋間距大于b光的相鄰亮條紋間距 D．a(chǎn)、b光在水滴中傳播的波長(zhǎng)都比各自在真空中傳播的波長(zhǎng)要長(zhǎng)如圖，為某種透明材料