2025年高考物理復習三十九：光的折射 全反射（含解析）

PAGE三十九光的折射全反射(40分鐘80分)【基礎鞏固練】1.(6分)在折射現(xiàn)象中,下列說法正確的是 ()A.折射角一定小于入射角B.折射率跟折射角的正弦值成反比C.入射角增大為原來的2倍,折射角也增大為原來的2倍D.折射率大的介質(zhì),光在其中傳播速度小2.(6分)(多選)已知介質(zhì)對某單色光的臨界角為C,則 ()A.該介質(zhì)對單色光的折射率等于1B.該介質(zhì)對單色光的折射率等于sinCC.此單色光在該介質(zhì)中的傳播速度等于c·sinC(c是光在真空中的傳播速度)D.此單色光在該介質(zhì)中的傳播波長等于λ0·sinC(λ0是光在真空中的波長)3.(6分)(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”4.(6分)人的眼球可簡化為如圖所示的模型。折射率相同、半徑不同的兩個球體共軸,平行光束寬度為D,對稱地沿軸線方向射入半徑為R的小球,會聚在軸線上的P點,取球體的折射率為1.2,且D=1.2R。則光線的會聚角α為 ()A.14°B.20°C.24°D.30°5.(6分)(2024·信陽模擬)如圖所示為一潛水員在水下用相機豎直向上拍攝的一張照片。照片中,水面外的場景呈現(xiàn)在半徑r=15cm的圓形范圍內(nèi),水面上一條小船的長度l=13cm,已知水的折射率n=43,船的實際長度約為L=2.4m,7≈2.6,則該潛水員所在水深h約為 (A.2.0mB.2.4mC.2.6mD.2.9m6.(6分)(多選)(2023·湖南選擇考)一位潛水愛好者在水下活動時,利用激光器向岸上救援人員發(fā)射激光信號,設激光光束與水面的夾角為α,如圖所示。他發(fā)現(xiàn)只有當α大于41°時,岸上救援人員才能收到他發(fā)出的激光光束,下列說法正確的是()A.水的折射率為1B.水的折射率為1C.當他以α=60°向水面發(fā)射激光時,岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角小于60°D.當他以α=60°向水面發(fā)射激光時,岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角大于60°【綜合應用練】7.(6分)(多選)如圖所示,一束由兩種色光混合的復色光沿PO方向射向一上、下表面平行且足夠大的厚玻璃平面鏡的上表面,得到三束光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,則 ()A.光束Ⅰ仍為復色光,光束Ⅱ、Ⅲ為單色光,且三束光一定相互平行B.增大α角且α≤90°,光束Ⅱ、Ⅲ會靠近光束ⅠC.玻璃對光束Ⅲ的折射率大于對光束Ⅱ的折射率D.減小α角且α>0°,光束Ⅲ可能會由于全反射而從上表面消失8.(6分)(2023·寧波模擬)如圖,圖中陰影部分ABC為一透明材料做成的柱形光學元件的橫截面,該種材料折射率n=2,AC為一半徑為R的14圓弧,D為圓弧面圓心,ABCD構成正方形,在D處有一點光源。若只考慮首次從圓弧AC直接射向AB、BC的光線,從點光源射入圓弧AC的光中,有一部分不能從AB、BC面直接射出,這部分光照射圓弧AC的弧長為 (A.14πRB.15πRC.16πRD.9.(6分)(2023·哈爾濱模擬)水面上漂浮一半徑為R=0.25m的圓形荷葉,一條小蝌蚪從距水面h=730m的圖示位置處沿水平方向以速度v=0.05m/s勻速穿過荷葉,其運動的軌跡與荷葉徑向平行,已知水的折射率為43,則在小蝌蚪穿過荷葉過程中,在水面之上看不到小蝌蚪的時間為 (A.3sB.4sC.5sD.6s10.(10分)(2023·全國乙卷)如圖,一折射率為2的棱鏡的橫截面為等腰直角三角形ABC,AB=AC=l,BC邊所在底面上鍍有一層反射膜。一細光束沿垂直于BC方向經(jīng)AB邊上的M點射入棱鏡,若這束光被BC邊反射后恰好射向頂點A,求M點到A點的距離。11.(10分)(2024·惠州模擬)如圖所示為一塊半徑為R的半圓形玻璃磚,AB為其直徑,O為圓心。一束平行光垂直射向玻璃磚的下表面,第一次到達弧形表面后只有CD間的光線才能從弧形表面射出,已知CO垂直于DO,光在真空中的傳播速度為c。求:(1)玻璃磚的折射率;(2)從玻璃磚的下表面射向C點的光束,經(jīng)弧形表面反射后再次返回玻璃磚的下表面時在玻璃磚中傳播的時間?！厩榫硠?chuàng)新練】12.(6分)(2023·浙江6月選考)在水池底部水平放置三條細燈帶構成的等腰直角三角形發(fā)光體,直角邊的長度為0.9m,水的折射率n=43,細燈帶到水面的距離h=710m,則有光射出的水面形狀(用陰影表示)為 (【加固訓練】(2022·湖北選擇考)如圖所示,水族館訓練員在訓練海豚時,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。訓練員將小球向左水平拋出,入水點在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。解析版1.(6分)在折射現(xiàn)象中,下列說法正確的是 ()A.折射角一定小于入射角B.折射率跟折射角的正弦值成反比C.入射角增大為原來的2倍,折射角也增大為原來的2倍D.折射率大的介質(zhì),光在其中傳播速度小【解析】選D。折射角可能小于入射角,也可能大于入射角,例如光從水中射入空氣時,折射角就大于入射角,故A錯誤;某種介質(zhì)的折射率對特定的光是一定的,不隨折射角的正弦值的變化而變化,故B錯誤;入射角的正弦與折射角的正弦成正比,而不是入射角與折射角成正比,故C錯誤;由n=cv2.(6分)(多選)已知介質(zhì)對某單色光的臨界角為C,則 ()A.該介質(zhì)對單色光的折射率等于1B.該介質(zhì)對單色光的折射率等于sinCC.此單色光在該介質(zhì)中的傳播速度等于c·sinC(c是光在真空中的傳播速度)D.此單色光在該介質(zhì)中的傳播波長等于λ0·sinC(λ0是光在真空中的波長)【解析】選A、C、D。根據(jù)臨界角公式sinC=1n,得n=1sinC,A正確,B錯誤;光在介質(zhì)中的傳播速度v=cn=csinC(c是光在真空中的傳播速度),C正確;設光在真空中與介質(zhì)中的波長分別為λ0和λ,由v=cn,v=λf,c=λ0f,聯(lián)立可得n=λ0λ,則3.(6分)(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明亮。故選C。4.(6分)人的眼球可簡化為如圖所示的模型。折射率相同、半徑不同的兩個球體共軸,平行光束寬度為D,對稱地沿軸線方向射入半徑為R的小球,會聚在軸線上的P點,取球體的折射率為1.2,且D=1.2R。則光線的會聚角α為 ()A.14°B.20°C.24°D.30°【解析】選A。設入射角為i,折射角為γ,由幾何關系得sini=D2R=0由折射定律有n=sinisinγ=1.2,由幾何關系有i=γ+α5.(6分)(2024·信陽模擬)如圖所示為一潛水員在水下用相機豎直向上拍攝的一張照片。照片中,水面外的場景呈現(xiàn)在半徑r=15cm的圓形范圍內(nèi),水面上一條小船的長度l=13cm,已知水的折射率n=43,船的實際長度約為L=2.4m,7≈2.6,則該潛水員所在水深h約為 (A.2.0mB.2.4mC.2.6mD.2.9m【解析】選B。根據(jù)全反射臨界角公式可知sinC=1n=34。設實際的圓形范圍的半徑為R,則sinC=RR2+?2,R6.(6分)(多選)(2023·湖南選擇考)一位潛水愛好者在水下活動時,利用激光器向岸上救援人員發(fā)射激光信號,設激光光束與水面的夾角為α,如圖所示。他發(fā)現(xiàn)只有當α大于41°時,岸上救援人員才能收到他發(fā)出的激光光束,下列說法正確的是()A.水的折射率為1B.水的折射率為1C.當他以α=60°向水面發(fā)射激光時,岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角小于60°D.當他以α=60°向水面發(fā)射激光時,岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角大于60°【解析】選B、C。他發(fā)現(xiàn)只有當α大于41°時,岸上救援人員才能收到他發(fā)出的激光光束,則說明α=41°時激光恰好發(fā)生全反射,則sin(90°-41°)=1n,則n=1sin49°,A錯誤、B正確;當他以α=60°向水面發(fā)射激光時,入射角i1=30°,則根據(jù)折射定律有nsini1=sini2,折射角【綜合應用練】7.(6分)(多選)如圖所示,一束由兩種色光混合的復色光沿PO方向射向一上、下表面平行且足夠大的厚玻璃平面鏡的上表面,得到三束光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,則 ()A.光束Ⅰ仍為復色光,光束Ⅱ、Ⅲ為單色光,且三束光一定相互平行B.增大α角且α≤90°,光束Ⅱ、Ⅲ會靠近光束ⅠC.玻璃對光束Ⅲ的折射率大于對光束Ⅱ的折射率D.減小α角且α>0°,光束Ⅲ可能會由于全反射而從上表面消失【解析】選A、B。所有色光都能反射,反射角相同,如圖所示可知光束Ⅰ是復色光,而光束Ⅱ、Ⅲ由于折射率的不同導致偏折分離,因為厚玻璃平面鏡的上下表面是平行的。根據(jù)光的可逆性,知兩光束仍然平行射出,且光束Ⅱ、Ⅲ是單色光,故A正確;增大α角且α≤90°,即減小入射角,折射角隨之減小,則光束Ⅱ、Ⅲ會靠近光束Ⅰ,故B正確;由圖知:光束進入玻璃平面鏡時,光束Ⅱ偏折程度大于光束Ⅲ,根據(jù)折射定律可知,光束Ⅱ的折射率大于光束Ⅲ的折射率,故C錯誤;減小α角且α>0°,復色光沿PO方向射入玻璃平面鏡,經(jīng)過反射時,在上表面的入射角等于光束進入玻璃平面鏡時的折射角。所以由光路可逆性原理可知,光束Ⅲ不會在上表面發(fā)生全反射,一定能從上表面射出,故D錯誤。8.(6分)(2023·寧波模擬)如圖,圖中陰影部分ABC為一透明材料做成的柱形光學元件的橫截面,該種材料折射率n=2,AC為一半徑為R的14圓弧,D為圓弧面圓心,ABCD構成正方形,在D處有一點光源。若只考慮首次從圓弧AC直接射向AB、BC的光線,從點光源射入圓弧AC的光中,有一部分不能從AB、BC面直接射出,這部分光照射圓弧AC的弧長為 (A.14πRB.15πRC.16πRD.【解析】選C。如圖所示若沿DE方向射到AB面上的光線剛好發(fā)生全反射,因為臨界角滿足sinC=1n=12,即C=30°,則∠ADF=30°。同理沿DG方向射到∠CDH=30°,FH之間的光在AB、BC面發(fā)生全反射,不能從AB、BC面直接射出,FH之間圓弧的長度FH=112·2πR=π9.(6分)(2023·哈爾濱模擬)水面上漂浮一半徑為R=0.25m的圓形荷葉,一條小蝌蚪從距水面h=730m的圖示位置處沿水平方向以速度v=0.05m/s勻速穿過荷葉,其運動的軌跡與荷葉徑向平行,已知水的折射率為43,則在小蝌蚪穿過荷葉過程中,在水面之上看不到小蝌蚪的時間為 (A.3sB.4sC.5sD.6s【解析】選D。由題意可知,當蝌蚪反射的光在荷葉邊緣水面發(fā)生全反射時,在水面上看不到蝌蚪,如圖所示,O為圓形荷葉圓心,P、Q為荷葉直徑上兩端點當蝌蚪在BA段游動時,其發(fā)出的光線到達P、Q后會發(fā)生全反射,則可得sinC=1n=則tanC=342由幾何關系可得AH=h·tanC=0.1m,AB=2R-2AH=0.3m所以在水面上看不到蝌蚪的時間為t=ABv=010.(10分)(2023·全國乙卷)如圖,一折射率為2的棱鏡的橫截面為等腰直角三角形ABC,AB=AC=l,BC邊所在底面上鍍有一層反射膜。一細光束沿垂直于BC方向經(jīng)AB邊上的M點射入棱鏡,若這束光被BC邊反射后恰好射向頂點A,求M點到A點的距離。【解析】由題意作出光路圖如圖所示光線垂直于BC方向射入,根據(jù)幾何關系可知入射角為45°;由于棱鏡折射率為2,根據(jù)n=sin有sinr=1則折射角為30°;∠BMO=60°,因為∠B=45°,所以光在BC邊的入射角為θ=90°-(180°-60°-45°)=15°根據(jù)反射定律可知∠MOA=2θ=30°根據(jù)幾何關系可知∠BAO=30°,即△MAO為等腰三角形,則MOAO=又因為△BOM與△CAO相似,故有BMAC=由題知AB=AC=l聯(lián)立可得BM=33AC=3所以M到A點的距離為x=MA=l-BM=3-答案:3-11.(10分)(2024·惠州模擬)如圖所示為一塊半徑為R的半圓形玻璃磚,AB為其直徑,O為圓心。一束平行光垂直射向玻璃磚的下表面,第一次到達弧形表面后只有CD間的光線才能從弧形表面射出,已知CO垂直于DO,光在真空中的傳播速度為c。求:(1)玻璃磚的折射率;答案:(1)2【解析】(1)從下表面垂直射入玻璃磚的光線以原方向射向弧形表面,根據(jù)題意“只有CD間的光線才能從弧形表面射出”可知,到達C、D兩點的光線剛好發(fā)生全反射。由幾何關系可得,發(fā)生全反射的臨界角為C=45°由折射定律可得n=1解得玻璃磚的折射率n=2(2)從玻璃磚的下表面射向C點的光束,經(jīng)弧形表面反射后再次返回玻璃磚的下表面時在玻璃磚中傳播的時間。答案:(2)4【解析】(2)由幾何關系可得,從玻璃磚的下表面射向C點的光束,經(jīng)弧形表面反射后再次返回玻璃磚的下表面時在玻璃磚中傳播的路程為:s=2Rcos45°+Rcos45°=22v=c則在玻璃磚中傳播的時間為t=sv,解得t=4【情境創(chuàng)新練】12.(6分)(2023·浙江6月選考)在水池底部水平放置三條細燈帶構成的等腰直角三角形發(fā)光體,直角邊的長度為0.9m,水的折射率n=43,細燈帶到水