2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第十三章機械振動與機械波光電磁波與相對論第3講光的折射全反射練習(xí)含解析新人教版

PAGEPAGE7第3講光的折射全反射一、單項選擇題：在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的。1．(2024·豐臺區(qū))許多公園的水池底部都裝有彩燈，當(dāng)一束由紅、藍兩色光組成的燈光從水中斜射向空氣時，下列光路圖中可能存在的一種狀況是(C)[解析]當(dāng)兩種色光都能折射到空氣中時，依據(jù)折射定律n＝eq\f(sini,sinr)知，紅光與藍光的折射率不同，在入射角相等時，折射角肯定不同，藍色光的折射角大，A不行能；光線射到水面時肯定有反射，所以反射光中紅光和藍光都有，B圖、D圖不行能；由于紅光的折射率比藍光小，由臨界角公式sinC＝eq\f(1,n)知，紅光的臨界角比藍光大，有可能是藍光發(fā)生了全反射而紅光沒有發(fā)生全反射，C有可能。2．(2024·山東高考模擬)如圖所示，由某種透亮介質(zhì)制成的長直細(xì)圓柱體置于真空中。某種單色光在介質(zhì)中傳輸，經(jīng)過多次全反射后從右端射出。若以全反射臨界角傳輸?shù)墓饩€剛好從右端以張角2θ出射，則此介質(zhì)的折射率為(D)A．eq\r(1＋sin2θ) B．eq\r(1＋cos2θ)C．eq\r(1＋cos2θ) D．eq\r(1＋sin2θ)[解析]設(shè)介質(zhì)中發(fā)生全反射的臨界角為α，如圖。則由全反射臨界角與α的關(guān)系可知：sinα＝eq\f(1,n)。由圖，經(jīng)多次全反射后從右端射出時，入射角和反射角滿意關(guān)系：n＝eq\f(sinθ,sin\f(π,2)－α)。聯(lián)立兩式可得n＝eq\r(1＋sin2θ)。3．(2024·東城區(qū)月考)圖中所示Ox軸沿水平方向，Oy軸沿豎直向上方向。在x>0，y>0的區(qū)域內(nèi)存在某種分布范圍足夠廣的介質(zhì)，其折射率隨著y的改變而改變。一束細(xì)光束入射到介質(zhì)表面，并沿著如圖所示從a到b的一條弧形路徑傳播。下列推斷正確的是(C)A．此介質(zhì)的折射率隨著y的增大而減小B．海洋蜃景發(fā)生時空氣折射率隨高度的改變與此類似C．沙漠蜃景發(fā)生時空氣折射率隨高度的改變與此類似D．這束細(xì)光在接著傳播的過程中會發(fā)生全反射[解析]介質(zhì)的折射率隨著y的改變而改變，由圖知，y肯定時，入射角大于折射角，則知此介質(zhì)的折射率隨著y的增大而增大，故A項錯誤；海洋蜃景發(fā)生時空氣折射率隨高度的增大而減小，與此介質(zhì)折射率的改變不同，沙漠蜃景發(fā)生時空氣折射率隨高度的增大而增大，與此介質(zhì)折射率的改變相像，故B項錯誤，C項正確；光從光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)，不行能發(fā)生全反射，故D項錯誤。二、多項選擇題：在每小題給出的四個選項中，有多項是符合題目要求的。4．(2024·云南模擬)如圖所示，MN是介質(zhì)1和介質(zhì)2的分界面，介質(zhì)1、2的肯定折射率分別為n1、n2，一束細(xì)光束從介質(zhì)1射向介質(zhì)2中，測得θ1＝60°，θ2＝30°，依據(jù)你所學(xué)的光學(xué)學(xué)問推斷下列說法正確的是(AB)A．介質(zhì)2相對介質(zhì)1的相對折射率為eq\r(3)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相對介質(zhì)2來說是光密介質(zhì)D．光從介質(zhì)1進入介質(zhì)2可能發(fā)生全反射現(xiàn)象[解析]光從介質(zhì)1射入介質(zhì)2時，入射角與折射角的正弦之比叫作介質(zhì)2相對介質(zhì)1的相對折射率，所以有n21＝eq\f(sin60°,sin30°)＝eq\r(3)，A正確；因介質(zhì)2相對介質(zhì)1的相對折射率為eq\r(3)，可以得出介質(zhì)2的肯定折射率大，因n＝eq\f(c,v)，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，B正確；介質(zhì)2相對介質(zhì)1來說是光密介質(zhì)，C錯誤；光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，有可能發(fā)生全反射現(xiàn)象，D錯誤。5．(2024·南寧二中檢測)如圖所示，一束由兩種單色光混合的復(fù)色光沿PO方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面鏡的上表面，得到三束光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。下列有關(guān)這三束光的推斷正確的是(AB)A．光束Ⅰ仍為復(fù)色光，光束Ⅱ、Ⅲ為單色光B．光速Ⅱ在玻璃中的傳播速度比光束Ⅲ小C．增大α角且α<90°，光速Ⅱ、Ⅲ會遠(yuǎn)離光束ⅠD．減小α角且α>0，光束Ⅲ可能會在上表面發(fā)生全反射[解析]由題意畫出如圖所示的光路圖，可知光束Ⅰ是反射光線，所以仍是復(fù)色光，而光速Ⅱ、Ⅲ由于折射率的不同導(dǎo)致偏折分別，所以光速Ⅱ、Ⅲ是單色光，故A正確；由于光束Ⅱ的偏折程度大于光束Ⅲ，所以玻璃對光束Ⅱ的折射率大于對光束Ⅲ的折射率，依據(jù)v＝eq\f(c,n)可知，光束Ⅱ在玻璃中的傳播速度比光束Ⅲ小，故B正確；當(dāng)增大α角且α<90°，即入射角減小時，光束Ⅱ、Ⅲ會靠近光束Ⅰ，故C錯誤；減小α角且α>0，依據(jù)折射定律，光的折射角增大，依據(jù)光的可逆性知，光束Ⅲ不行能在上表面發(fā)生全反射，故D錯誤。6．(2024·山東濟寧月考)光纖通訊中信號傳播的主要載體是光纖，它的結(jié)構(gòu)如圖所示，可看成一段直線，其內(nèi)芯和外套的材料不同，光在內(nèi)芯中傳播。下列關(guān)于光纖的說法中正確的是(AC)A．內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射B．內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時在外套與外界的界面上發(fā)生全反射C．波長越長的光在光纖中傳播的速度越大D．頻率越大的光在光纖中傳播的速度越大[解析]由光纖的應(yīng)用原理可知，內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射，故A正確，B錯誤；波長越長的光，頻率越小，介質(zhì)對它的折射率n越小，依據(jù)公式v＝eq\f(c,n)，光在光纖中傳播的速度越大，故C正確，D錯誤。7．(2024·江西重點中學(xué)盟校聯(lián)考)如圖所示，一由玻璃制成的直角三棱鏡ABC，其中AB＝AC，該三棱鏡對紅光的折射率大于eq\r(2)。一束平行于BC邊的白光射到AB面上。光束先在AB面折射后射到BC面上，接著又從AC面射出。下列說法正確的是(AB)A．各種色光在AB面的折射角都小于30°B．各種色光在BC面的入射角都大于45°C．有的色光可能不在BC面發(fā)生全反射D．從AC面射出的有色光束中紅光在最上方[解析]本題考查光的折射與全反射。設(shè)光在AB面的折射角為α，由折射定律知，eq\f(sin45°,sinα)>eq\r(2)，解得sinα<eq\f(1,2)，即各種色光在AB面的折射角都小于30°，故A正確；由幾何關(guān)系知，各種色光射向BC面時，入射角都大于45°，故B正確；由臨界角公式sinC＝eq\f(1,n)知，各種色光全反射的臨界角都小于45°，各種色光都在BC面發(fā)生全反射，故C錯誤；從AC面射出的光束肯定平行于BC面，由于紅光射向BC面時的入射角最大，故紅光射到AC面時處于最下方，故D錯誤。8．(2024·湖南永州月考)如圖所示，自左向右依次固定放置半圓形玻璃磚、足夠長的直立的長方體玻璃磚和光屏，BC、MN、PQ三個表面相互平行。一點光源可沿著圓弧BAC移動，從點光源發(fā)出的一束白光始終正對圓心O射入半圓形玻璃磚，經(jīng)過長方體玻璃磚后，打在光屏上。已知玻璃對紫光的折射率為n＝1.532，若不考慮光在各個界面的反射，則下列說法正確的是(BC)A．點光源從B移動到C的過程中，光屏上總有彩色光斑B．點光源從B移動到C的過程中，光屏上紅色光斑的移動范圍比紫色光斑的大C．點光源在A點時，光屏上紅色光斑在紫色光斑的上方D．點光源在A點時，若撤除長方體玻璃磚，光屏上紅色光斑將向上移動[解析]光線靠近玻璃磚直邊時，會發(fā)生全反射，沒有光斑，且當(dāng)入射光與BC垂直時，光線不發(fā)生偏折，在光屏上沒有彩色光斑，故A錯誤；由于紅光的折射率比紫光的折射率小，紅光通過半圓形玻璃磚后折射角比紫光的小，則點光源在A點時，光屏上紅色光斑在紫色光斑的上方，故C正確；由光的折射、全反射規(guī)律及幾何分析可知，點光源從B移動到C的過程中，光屏上紅色光斑的移動范圍比紫色光斑的大，故B正確；點光源在A點時，光線通過長方體玻璃磚后會向上發(fā)生移動，若撤除長方體玻璃磚，光屏上紅色光斑將向下移動，故D錯誤。三、非選擇題9．(2024·山師大附中檢測)如圖所示，某同學(xué)用“插針法”測定一塊兩面不平行的玻璃磚的折射率，以下是幾個主要操作步驟：a．在平木板上固定白紙，將玻璃磚放在白紙上；b．用筆沿玻璃磚的邊緣畫界面AA′和BB′(如圖甲所示)；c．在AA′上方豎直插針P1、P2；d．在BB′下方豎直插針P3、P4，使P1、P2、P3、P4在一條直線上如圖甲。(1)以上步驟有錯誤的是bd(填步驟的字母代號)。(2)改正了錯誤操作并進行正確的操作和作圖后，該同學(xué)作出的光路圖如圖乙所示，其中P1P2垂直于AA′，測量出了θ、β的角度，則該玻璃磚的折射率n＝eq\f(cosθ,cosβ)。[解析](1)由用“插針法”測定玻璃磚的折射率試驗中的留意事項可知，不能用玻璃磚的光學(xué)邊界面(即邊緣)代替直尺，可知b步驟錯誤；在BB′下方豎直插針P3、P4時，應(yīng)使P3攔住P1、P2的像，P4攔住P3本身及P1、P2的像，由于AA′與BB′不平行，可知P3、P4所在直線與P1、P2所在直線不平行，且不在同始終線上，故d步驟錯誤。(2)由題圖乙易得，n＝eq\f(sin90°－θ,sin90°－β)＝eq\f(cosθ,cosβ)。10．(2024·全國卷Ⅱ)如圖，△ABC是始終角三棱鏡的橫截面，∠A＝90°，∠B＝60°。一細(xì)光束從BC邊的D點折射后，射到AC邊的E點，發(fā)生全反射后經(jīng)AB邊的F點射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中點。不計多次反射。(1)求出射光相對于D點的入射光的偏角；(2)為實現(xiàn)上述光路，棱鏡折射率的取值應(yīng)在什么范圍？[答案](1)60°(2)eq\f(2\r(3),3)≤n＜2[解析](1)光線在BC面上折射，由折射定律有sini1＝nsinr1①式中，n為棱鏡的折射率，i1和r1分別是該光線在BC面上的入射角和折射角。光線在AC面上發(fā)生全反射，由反射定律有i2＝r2②式中i2和r2分別是該光線在AC面上的入射角和反射角。光線在AB面上發(fā)生折射，由折射定律有nsini3＝sinr3③式中i3和r3分別是該光線在AB面上的入射角和折射角。由幾何關(guān)系得i2＝r2＝60°，r1＝i3＝30°④F點的出射光相對于D點的入射光的偏角為δ＝(r1－i1)＋(180°－i2－r2)＋(r3－i3)⑤由①②③④⑤式得δ＝60°⑥(2)光線在AC面上發(fā)生全反射，光線在AB面上不發(fā)生全反射，有nsini2≥nsinC>nsini3⑦式中C是全反射臨界角，滿意nsinC＝1⑧由④⑦⑧式知，棱鏡的折射率n的取值范圍應(yīng)為eq\f(2\r(3),3)≤n＜211．(2024·河北阜平中學(xué)調(diào)研)如圖所示，半徑為R的扇形AOB為透亮柱狀介質(zhì)的橫截面，圓心角∠AOB＝60°。一束平行于角平分線OM的單色光由OA面某點射入介質(zhì)，在介質(zhì)中折射光線平行于OB且恰好射向M點(不考慮反射光線，已知光在真空中的傳播速度為c)。求：(1)從M點射出的光線與OA面的入射光線之間的夾角；(2)光在介質(zhì)中的傳播時間。[答案](1)60°(2)eq\f(R,c)[解析]本題考查光在扇形界面中的傳播問題。(1)光路如圖，光線在AO面的折射，