新高考2021屆高考物理小題必練30光的折射和全反射

1、小題必練30：光的折射和全反射(1)光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象；(2)光的折射定律；(3)折射率；(4)全反射、光導(dǎo)纖維等。例1(2020山東卷9)截面為等腰直角三角形的三棱鏡如圖甲所示。DE為嵌在三棱鏡內(nèi)部緊貼BBCC面的線狀單色可見光光源，DE與三棱鏡的ABC面垂直，D位于線段BC的中點。圖乙為圖甲中ABC面的正視圖。三棱鏡對該單色光的折射率為2，只考慮由DE直接射向側(cè)面AACC的光線。下列說法正確的是()A光從AACC面出射的區(qū)域占該側(cè)面總面積的B光從AACC面出射的區(qū)域占該側(cè)面總面積的C若DE發(fā)出的單色光頻率變小，AACC面有光出射的區(qū)域面積將增大D若DE發(fā)出的單色光頻率變小，AACC面

2、有光出射的區(qū)域面積將減小【答案】AC【解析】由題可知sin C，可知臨界角為45o，因此從D點發(fā)出的光，豎直向上從M點射出的光線恰好是出射光線的邊緣，同時C點也恰好是出射光線的邊緣，如圖所示，因此光線只能從MC段射出，根據(jù)幾何關(guān)系可知，M恰好為AC的中點，因此在AACC 平面上有一半的面積有光線射出，A正確，B錯誤；由于頻率越高，折射率越大，當(dāng)光源發(fā)出的光的頻率變小，折射率也會變小，導(dǎo)致臨界角會增大，這時M點上方也會有光線出射，因此出射光線區(qū)域的面積將增大，C正確，D錯誤?！军c睛】幾何光學(xué)臨界問題的分析方法：畫出正確的光路圖，從圖中找出各種幾何關(guān)系；利用好光路圖中的臨界光線，準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)

3、生全反射的臨界條件。1如圖所示，口徑較大、充滿水的薄壁圓柱形淺玻璃缸底有一發(fā)光小球，則()A小球必須位于缸底中心才能從側(cè)面看到小球B小球所發(fā)的光能從水面任何區(qū)域射出C小球所發(fā)的光從水中進入空氣后頻率變大D小球所發(fā)的光從水中進入空氣后傳播速度變大【答案】D【解析】小球在缸底的其他位置也能從側(cè)面看到，A項錯誤；光線由水射向空氣時，有可能發(fā)生全反射，B項錯誤；光在不同介質(zhì)中的頻率是不變的，C項錯誤；由v可知，光在水中的速度小于在空氣中的速度，D項正確。2(多選)如圖為一直角棱鏡的橫截面，bac90，abc60，一平行細光束從O點沿垂直于bc面的方向射入棱鏡。已知棱鏡材料的折射率n，若不考慮原入射光在

4、bc面上的反射光，則有光線()A從ab面射出B從ac面射出C從bc面射出，且與bc面斜交D從bc面射出，且與bc面垂直【答案】BD【解析】由棱鏡材料的折射率n可知，全反射臨界角為45，平行細光束在ab面上入射角為60，大于臨界角，發(fā)生全反射，反射光在ac面上入射角為30，小于臨界角，既有反射又有折射，光線在bc面上垂直出射，B、D項正確。3 現(xiàn)在高速公路上的標(biāo)志牌都用“回歸反光膜”制成。夜間行車時，它能把車燈射出的光逆向返回，標(biāo)志牌上的字特別醒目。這種“回歸反光膜”是用球體反射元件制成的，反光膜內(nèi)均勻分布著一層直徑為10 m的細玻璃珠，所用玻璃的折射率為，為使入射的車燈光線經(jīng)玻璃珠折射反射再折

5、射后恰好和入射光線平行，如圖所示，那么第一次入射的入射角應(yīng)是()A15 B30 C45 D60【答案】D【解析】通過“回歸反光膜”的光路圖可知入射角i是折射角的2倍，即i2，由折射定律，有n2cos，得30，i260，故D項正確。4如圖所示的雙縫干涉實驗，用綠光照射單縫S時，在光屏P上觀察到干涉條紋。要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以()A增大S1與S2的間距B減小雙縫屏到光屏的距離C將綠光換為紅光D將綠光換為紫光【答案】C【解析】據(jù)光的干涉產(chǎn)生的條紋間距滿足的關(guān)系x可知，增大S1與S2的間距，條紋間距減小，A項錯誤；減小雙縫屏到光屏的距離，條紋間距減小，B項錯誤；將綠光換成紅光，波長增大

6、，條紋間距增大，C項正確；綠光換成紫光，波長減小，條紋間距減小，D項錯誤。5在雙縫干涉實驗中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋。若在雙縫中的一縫前放一塊紅色濾光片，在另一縫前放一塊綠色濾光片(只能分別透過紅光和綠光)，這時()A屏上只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失B屏上紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的雙縫干涉條紋依然存在C屏上任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但仍有光亮D屏上無任何光亮【答案】C【解析】紅色濾光片只允許紅光通過，綠色濾光片只允許綠光通過。通過一縫的光是紅光，通過另一縫的光是綠光，而紅光和綠光不能發(fā)生干涉，屏上無干涉條紋，但有光到達，C項正

7、確。6如圖所示為一束復(fù)色光AO從某一介質(zhì)射向空氣時發(fā)生折射的情況，圖中入射光束AO與分界面成60角，折射光束OB與入射光束AO延長線的夾角為15，折射光束OB與折射光束OC間的夾角也為15，則以下說法正確的是()AOB光的頻率大于OC光的頻率B全反射時OB光的臨界角小于OC光的臨界角C介質(zhì)對OB光和OC光的折射率之比為2DOB光和OC光在介質(zhì)中的速度之比為2【答案】D【解析】過O點作法線，根據(jù)折射定律，對于OB光有nBsin 30sin 45，對于OC光有nCsin 30sin 60，解得nB和nC，因為在同一種介質(zhì)中，介質(zhì)對頻率大的光的折射率也大，故A項錯；根據(jù)sinC臨可知，OB光的折射率

8、較小，其全反射臨界角較大，故B項錯；介質(zhì)對OB光和OC光的折射率之比為9，故C項錯；由公式v可知，D項對。7如圖所示，一束可見光穿過平行玻璃磚后，變?yōu)閍、b兩束單色光。如果光束b是藍光，則光束a可能是()A紅光B黃光C綠光D紫光【答案】D【解析】根據(jù)題意作出完整光路圖，如圖所示，a光進入玻璃磚時光線偏折角較大，根據(jù)光的折射定律可知玻璃磚對a光的折射率較大，因此a光的頻率應(yīng)高于b光，故選D項。8(多選)如圖所示，一光束包含兩種不同頻率的單色光，從空氣射向兩面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()Aa光的頻

9、率大于b光的頻率B光束a在空氣中的波長較大C出射光束a、b一定相互平行Da、b兩色光從同種玻璃射向空氣時，a光發(fā)生全反射的臨界角大【答案】AC【解析】作出光路圖如圖所示，可知光從空氣射入玻璃時a光的偏折程度較大，則a光的折射率較大，頻率較大，故A項正確；a光的頻率較大，則波長較小，故B項錯誤；因為a、b兩光在玻璃磚上表面的折射角與反射后在上表面的入射角分別相等，根據(jù)幾何知識可知出射光束一定相互平行，故C項正確；因為a光的折射率較大，由臨界角公式sinC，知a光的臨界角小，故D項錯誤。9(多選)固定的半圓形玻璃磚的橫截面如圖，O點為圓心，OO為直徑MN的垂線。足夠大的光屏PQ緊靠玻璃磚右側(cè)且垂直

10、于MN。由A、B兩種單色光組成的一束光沿半徑方向射向O點，入射光線與OO夾角較小時，光屏NQ區(qū)域出現(xiàn)兩個光斑，逐漸增大角，當(dāng)時，光屏NQ區(qū)域A光的光斑消失，繼續(xù)增大角，當(dāng)時，光屏NQ區(qū)域B光的光斑消失，則()A玻璃磚對A光的折射率比對B光的大BA光在玻璃磚中的傳播速度比B光的大C時，光屏上只有1個光斑D，故nAnB，A項正確；根據(jù)n，得vAvB，B項錯誤；當(dāng)時，A光發(fā)生全反射，B光發(fā)生折射和反射，在光屏PQ上有兩個光斑，C項錯誤；當(dāng)時，A、B兩光都發(fā)生全反射，光屏PQ上有一個光斑，D項正確。10明代學(xué)者方以智在陽燧倒影中記載：“凡寶石面凸，則光成一條，有數(shù)棱則必有一面五色”，表明白光通過多棱晶

11、體折射會發(fā)生色散現(xiàn)象。如圖所示，一束復(fù)色光通過三棱鏡后分解成兩束單色光a、b，下列說法正確的是()A若增大入射角i，則b光先消失B在該三棱鏡中a光波長小于b光Ca光能發(fā)生偏振現(xiàn)象，b光不能發(fā)生D若a、b光分別照射同一光電管都能發(fā)生光電效應(yīng)，則a光的遏止電壓低【答案】D【解析】設(shè)折射角為，在右界面的入射角為，根據(jù)幾何關(guān)系有A，根據(jù)折射定律：n，增大入射角i，折射角增大，減小，而增大才能使b光發(fā)生全反射，故A項錯誤；由光路圖可知，a光的折射率小于b光的折射率(nab)，故B項錯誤；根據(jù)光電效應(yīng)方程和遏止電壓的概念可知：最大初動能EkhW0，再根據(jù)動能定理：eUc0Ek，即遏止電壓Uc，可知入射光的

12、頻率越大，需要的遏止電壓越大，nanb，則a光的頻率小于b光的頻率(ab)，a光的遏止電壓小于b光的遏止電壓，故D項正確；光是一種橫波，橫波有偏振現(xiàn)象，縱波沒有，有無偏振現(xiàn)象與光的頻率無關(guān)，故C項錯誤。11如圖所示，讓燈光通過偏振片P，在偏振片P的后面再放置另一個偏振片Q，轉(zhuǎn)動Q觀察通過兩塊偏振片的透射光。當(dāng)透射的光線最強時，記錄P、Q放置的位置關(guān)系，如果在這一位置處將P轉(zhuǎn)動90，在Q的另一側(cè)觀察到的現(xiàn)象是()A射出光線的強度保持不變B有光線射出，強度變?nèi)魿有光線射出，強度變強D無光線射出【答案】D【解析】當(dāng)P、Q的透光方向相同時，透過的光線最強，當(dāng)P、Q的透光方向垂直時，光線不能透過兩個偏振

13、片。透射光最強時，P、Q的透光方向相同，P轉(zhuǎn)動90，P、Q的透光方向垂直，無光線透過偏振片Q，D項正確。12如圖所示，AOB為透明扇形玻璃磚，圓心角AOB60，OM為AOB的角平分線，平行于OM的單色光在空氣中由OA邊射入玻璃磚，經(jīng)OA面折射后的光線恰平行于OB。則下列說法正確的是()A該玻璃的折射率為2B經(jīng)OA面折射后的光線射到AMB面都將發(fā)生全反射C該入射光在空氣中的波長與玻璃磚中的波長相等D該入射光在空氣中的頻率與玻璃磚中的頻率相等【答案】D【解析】依題意作出光路圖(圖略)，由幾何知識得，入射角i60，折射角30，由折射定律n得n，A項錯誤；由sinC可知，光在此介質(zhì)中發(fā)生全反射的臨界角

14、C大于30，經(jīng)OA面折射后照射到面這一范圍的光線可能發(fā)生全反射，經(jīng)OA面折射后照射到范圍的光線不能發(fā)生全反射，B項錯誤；光在不同介質(zhì)中傳播的過程中頻率不變，D項正確；若光在真空中的傳播速度為c，則光在玻璃磚中的傳播速度為vc，由vf可知，該入射光在空氣和玻璃磚中的波長不同，C項錯誤。13(1)激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特點，在科學(xué)技術(shù)和日常生活中應(yīng)用廣泛。下面關(guān)于激光的敘述正確的是_。(填選項字母)A激光是縱波B頻率相同的激光在不同介質(zhì)中的波長相同C兩束頻率不同的激光能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象D利用激光平行度好的特點可以測量月球到地球的距離(2)如圖所示是雙縫干涉實驗裝置，使用波長為600 nm

15、的橙色光源照射單縫S，在光屏中央P處觀察到亮條紋，在位于P點上方的P1點出現(xiàn)第一條亮紋中心(即P1到S1、S2的路程差為一個波長)?，F(xiàn)換用波長為400 nm的紫光源照射單縫，則_。(填選項字母)AP和P1仍為亮點BP為亮點，P1為暗點CP為暗點，P1為亮點DP、P1均為暗點(3)如圖所示，一束激光從O點由空氣射入厚度均勻的介質(zhì)，經(jīng)下表面反射后，從上表面的A點射出。已知入射角為i，A與O相距l(xiāng)，介質(zhì)的折射率為n，試求介質(zhì)的厚度d。【答案】(1)D(2)B(3)l【解析】(1)本題主要考查激光的性質(zhì)，意在考查考生綜合分析問題的能力。光是橫波，A項錯；激光在介質(zhì)中的波長為，不同介質(zhì)n不同，所以波長不同，B項錯；產(chǎn)生干涉的條件是頻率相同，C項錯；利用激光平行度好的特點可以測量月球和地球之間的距離，D項正確。(2)從單縫S射出的光波被S1、S2兩縫分成的兩束光為相干光，由題意，屏中央P點到S1、S2距離相等，即由S1、S2分別射出的光到P點的路程差為零，因