（適用于新高考新教材）高考物理一輪總復習第13章光學課時規(guī)范練37光的折射全反射

課時規(guī)范練37光的折射全反射基礎對點練1.(對折射率的理解)下表是在20℃時,波長為589.3nm的光在幾種介質(zhì)中的折射率,根據(jù)表中數(shù)據(jù)結(jié)合所學知識,下列判斷正確的是()表:幾種介質(zhì)的折射率(λ=589.3nm,t=20℃)介質(zhì)折射率介質(zhì)折射率金剛石2.42玻璃1.5~1.8氯化鈉1.54水1.33二硫化碳1.63水晶1.55酒精1.36空氣1.00028A.這種波長的光在玻璃中的速度大于在水中的速度B.水晶對不同顏色的光的折射率都是1.55C.這種波長的光從玻璃射入水中可能發(fā)生全反射D.這種波長的光從水射入空氣比從水晶射入空氣更容易發(fā)生全反射2.(折射定律的應用)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.④3.(光的折射)在一次討論中,老師問道:“假如水中相同深度處有a、b、c三種不同顏色的單色點光源,有人在水面上方同等條件下觀測發(fā)現(xiàn),b在水下的像最深,c照亮水面的面積比a的大,關于這三種光在水中的性質(zhì),同學們能做出什么判斷?”有同學回答如下:①c光的頻率最大;②a光的傳播速度最小;③b光的折射率最大;④a光的波長比b光的短。根據(jù)老師的假定,以上回答正確的是()A.①② B.①③C.②④ D.③④4.(光的折射和全反射)(2023廣東模擬)水下一點光源發(fā)出a、b兩單色光,人在水面上往下看,如圖所示,水面中心Ⅰ區(qū)域有a光、b光射出,Ⅱ區(qū)域只有a光射出。下列判斷正確的是()A.a、b光從Ⅰ區(qū)域某點傾斜射出時,a光的折射角小B.在真空中,a光的波長小于b光的波長C.水對a光的折射率大于對b光的折射率D.水下b光不能射到圖中Ⅱ區(qū)域5.(全反射)(2022湖北襄陽期末)右圖為一邊長為a的立方體透明物質(zhì),在EFGH面的正中心有一點光源,可向各個方向射出單色光,在ABCD面上有光射出的范圍的面積為π3a2(不考慮光在其他面上的反射),則這種透明物質(zhì)對此單色光的折射率等于(A.2 B.2C.3 D.36.(全反射)如圖所示,泳池底部半球形玻璃罩半徑為r,內(nèi)為空氣,其球心處有一個點光源S。S發(fā)射的光通過罩內(nèi)空氣穿過厚度不計的玻璃罩,進入水中,最后有部分光線折射出水面,在水面形成圓形光斑。(1)水深h=2m,水對光的折射率取43,計算光斑的直徑d(2)若光源發(fā)出的是白光,考慮到色散,問出射水面的光斑邊緣顏色為紅色還是紫色,并說明理由。7.(光的折射和全反射)右圖是一個水平橫截面為圓形的平底玻璃缸,玻璃缸深度為2h,缸底面圓心處有一單色點光源S,缸中裝有某種液體,深度為h,O點為液面的圓心,OS垂直于水平面。用面積為πh2的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為圓心剪出一個面積為13πh2素養(yǎng)綜合練8.(2022遼寧卷)完全失重時,液滴呈球形,氣泡在液體中將不會上浮。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9.(2022山東卷)柱狀光學器件橫截面如圖所示,OP右側(cè)是以O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夾角為45°,AC中點為B。a、b兩種頻率的細激光束,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,入射點從A向B移動過程中,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10.如圖甲所示,某種油量計是由許多透明等厚的薄塑料片疊合而成的,每個薄片的形狀如圖乙所示,其底部為等腰直角三角形,薄片的長度不等。把這一油量計固定在油箱內(nèi),通過觀察窗口可以清晰看到油量計的上表面有一條明暗分界線,從而可知箱內(nèi)剩余油的多少。已知薄塑料片的折射率為n,且小于油的折射率,當油箱中有半箱油時,油量計的上表面()A.左明右暗,且n>2B.左明右暗,且n<2C.左暗右明,且n>2D.左暗右明,且n<211.角反射器是由三個互相垂直的反射平面所組成,入射光束被它反射后,總能沿原方向返回,自行車尾燈也用到了這一裝置。如圖所示,自行車尾燈左側(cè)面切割成角反射器陣列,為簡化起見,假設角反射器的一個平面平行于紙面,另兩個平面均與尾燈右側(cè)面成45°夾角,且只考慮紙面內(nèi)的入射光線。為使垂直于尾燈右側(cè)面入射的光線在左側(cè)面發(fā)生兩次全反射后沿原方向返回,尾燈材料的折射率要滿足什么條件?12.如圖所示,一長方體透明玻璃磚在底部挖去半徑為R的半圓柱,玻璃磚長為L。一束單色光垂直于玻璃磚上表面射入玻璃磚,且覆蓋玻璃磚整個上表面,已知該單色光在玻璃磚中的折射率為n=2,真空中光速c=3.0×108m/s,求:(1)單色光在玻璃磚中的傳播速度;(2)半圓柱面上有光線射出的表面積。答案：課時規(guī)范練37光的折射全反射1.C解析:從表中可得出在20℃時玻璃對光的折射率在1.5~1.8,水對光的折射率為1.33,根據(jù)v=cn可知這種光在玻璃中的速度小于在水中的速度,故A錯誤;在20℃,水晶對波長為589.3nm的光的折射率為1.55,故B錯誤;玻璃對光的折射率大于水對光的折射率,則這種波長的光從玻璃射入水的過程,即從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì),故可能發(fā)生全反射,故C正確;根據(jù)n=12.C解析:根據(jù)折射定律有n=sini1sinr1,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=sini2sinr2,3.C解析:頻率最小的光,水對它的折射率最小,在水下的像最深,所以b的折射率最小,頻率最小,波長最大,傳播速度最大,③錯誤,④正確;照亮水面的圓面積的半徑R與臨界角C滿足tanC=Rh,又sinC=1n,c照亮水面的面積比a的大,則c的臨界角大,水對c的折射率小,所以a的折射率最大,a的頻率最大,a的傳播速度最小,①錯誤,4.A解析:根據(jù)題述,b光發(fā)生全反射的臨界角較小,由sinC=1n,可知水對b光的折射率較大,對a光的折射率較小,a、b光從Ⅰ區(qū)域某點傾斜射出時,a光的折射角小,A項正確,C項錯誤;由折射率隨光的頻率的增大而增大可知,a光的頻率較小,波長較長,B項錯誤;水下b光能射到題圖中Ⅱ區(qū)域,由于在題圖中Ⅱ區(qū)域發(fā)生了全反射,b光不能射出水面,Ⅱ區(qū)域只有a5.B解析:在ABCD面上有光射出的區(qū)域邊緣單色光恰好發(fā)生全反射,入射角等于臨界角C,如圖所示。設在ABCD面上有光射出的圓形區(qū)域半徑為r,則πr2=π3a解得r=33由幾何知識可得tanC=ra=3由sinC=1n得n=1sin6.答案:(1)1277m解析:(1)從S點發(fā)出的光線射向球形玻璃罩邊緣時沿直線射向水中,然后射到空氣和水的分界面,若恰能發(fā)生全反射,則sinC=1則光斑直徑d=2htanC解得d=2hn2-(2)因紅光的折射率最小,則臨界角最大,出射水面的光斑面積大,則出射水面的光斑邊緣顏色為紅色。7.答案:4+233π解析:用面積為S1=πh2的黑紙片覆蓋在液面上,液面上方恰好無光線射出,則從點光源S發(fā)出的光線射到黑紙片的邊緣處恰發(fā)生全反射,臨界角為C,光路圖如圖甲所示。甲S1=πr12=π由幾何關系得tanC=r由全反射知識有sinC=1解得n=2剪出一個面積為S2=13πh2圓孔后,設透光部分的半徑為r2,射出光線的最大入射角為i,對應的折射角為θ乙S2=πr22=由幾何關系得tani=r根據(jù)折射定律有n=sin缸口的最小半徑為r3=r2+htanθ缸口的最小面積為S3=πr解得S3=4+233πh8.C解析:光的頻率是由光源決定的,與介質(zhì)無關,頻率不變,故A、B錯誤;由題圖可看出光線1入射到水球的入射角小于光線2入射到水球的入射角,則光線1在水球外表面折射后的折射角小于光線2在水球外表面折射后的折射角,設水球半徑為R、氣泡半徑為r、光線經(jīng)過水球后的折射角為α、光線進入氣泡的入射角為θ,根據(jù)幾何關系有sin(π-θ)9.A解析:畫出臨界光路如圖所示,從A點垂直于AB面入射的光,沿直線傳播到O點,經(jīng)第一次反射沿半徑方向直線傳播出去。從B點垂直于AB面入射的光,經(jīng)CO反射恰好過P點。當全反射臨界角為C=45°時,n=1sinC=2=1.414,因為a光折射率大于1.414,根據(jù)sinCa=1na,可得Ca<45°,能在PM面發(fā)生全反射。同理可得b光的全反射臨界角Cb>45°,不能在PM面發(fā)生全反射,選項B、C錯誤。當a光在PM面發(fā)生全反射時,設在PM面的入射角為α,在OM面的入射角為θ,根據(jù)幾何關系可得θ=2α45°,可得當α<45°時,θ<10.A解析:在右側(cè),塑料薄片插入油中,由于油的折射率大于塑料的折射率,光線在塑料和油的界面處發(fā)生折射進入油中,看起來是暗的;而在左側(cè)塑料的折射率又大于空氣的折射率,光線在塑料和空氣的界面處發(fā)生全反射,返回油量計的上端面并射出,故人看起來是明亮的。所以是左明右暗。要使光線在塑料和空氣的界面處發(fā)生全反射,臨界角必須滿足C<45°,根據(jù)臨界角公式sinC=1n,解得n=1sinC>11.