高中物理人教新版自我檢測光的折射　全反射word版含解析

一、選擇題(本題共9小題，每小題6分，共54分，1～6題為單選題，7～9題為多選題)1.一束光由空氣射向半圓柱體玻璃磚，O點(diǎn)為該玻璃磚截面的圓心，圖中能正確描述其光路的是 ()【解析】選A。光從玻璃磚射向空氣時，如果入射角大于臨界角，則發(fā)生全反射；如果入射角小于臨界角，則在界面處既有反射光線，又有折射光線，但折射角應(yīng)大于入射角，選項A正確，C錯誤；當(dāng)光從空氣射入玻璃磚時，在界面處既有反射光線，又有折射光線，且入射角大于折射角，選項B、D錯誤。2.實(shí)驗表明，可見光通過三棱鏡時各色光的折射率n隨波長λ的變化符合科西經(jīng)驗公式：n=A+Bλ2+Cλ4，其中A、B、CA.屏上c處是紫光 B.屏上d處是紅光C.屏上b處是紫光 D.屏上a處是紅光【解析】選D。由n=A+Bλ2+Cλ4，可知波長越長折射率越小，由于在可見光中紅光的波長最長紫光的波長最短，所以紅光的折射率最小、紫光的折射率最大，可見光通過三棱鏡時紅光偏折的最小、紫光偏折的最大，所以選項D正確，A、3.在“測定玻璃磚的折射率”的實(shí)驗中，某同學(xué)在畫玻璃磚下界面bb′時，上界面與aa′直線離開了一段距離，但aa′與bb′仍然平行，如圖所示。如果其他操作不變，他測得玻璃磚的折射率比真實(shí)值將： ()A.偏大 B.偏小C.仍然準(zhǔn)確 D.以上均有可能【解析】選B。光路如圖所示：實(shí)線是實(shí)際光線，虛線是該同學(xué)所作的光線，可見，該同學(xué)利用插針法確定入射光線、折射光線后，按虛線光路測得的入射角不受影響，但測得的折射角比真實(shí)的折射角偏大，根據(jù)折射定律n=sini4.如圖，一束白光沿半徑方向從A點(diǎn)射入半圓形玻璃磚，在O點(diǎn)發(fā)生反射和折射，折射光照在光屏上，a、b為折射光的上下邊界，c為反射光。若入射點(diǎn)由A向B緩慢移動，并保持白光沿半徑方向入射到O點(diǎn)，可以觀察到各色光在光屏上陸續(xù)消失，在光帶未完全消失之前，下列說法正確的是 ()光逐漸變暗光帶逐漸變亮光與b光相比，a光先消失D.單色光a通過玻璃磚所需的時間小于單色光b通過玻璃磚所需的時間【解析】選D。在光帶未完全消失之前，折射光線強(qiáng)度減弱，反射光線的強(qiáng)度加強(qiáng)，選項A、B均錯誤；a光與b光相比，b光偏折的程度大，其折射率大，臨界角小，故b光先消失，選項C錯誤；b光折射率大，由n=cv，知單色光b在玻璃磚中的速度小，通過玻璃磚所需的時間長，選項D5.如圖所示，在空氣中有一直角棱鏡ABC，∠A=30°，一束單色光從AB邊射入棱鏡，入射角為45°，最后垂直于BC邊射出棱鏡，則該棱鏡的折射率為()A.22B.2D.【解析】選B。由幾何關(guān)系可知，光線射入棱鏡時的折射角為30°，由光的折射定律可知：n=sin45°sin30°=6.如圖所示，AOB為透明扇形玻璃磚，圓心角∠AOB=60°，OM為∠AOB的角平分線，一束平行于OM的單色光在空氣中由OA邊射入玻璃磚，經(jīng)OA面折射后的光線恰好平行于OB。則下列說法中正確的是 ()A.該玻璃的折射率為2B.經(jīng)OA面折射后的光線在AMB面都將發(fā)生全反射C.該入射光在空氣中的波長與在玻璃磚中的波長相等D.該入射光在空氣中的頻率與在玻璃磚中的頻率相等【解析】選D。畫出光路圖，并根據(jù)幾何關(guān)系標(biāo)出角度，如圖所示，則該玻璃的折射率n=sin60°sin30°=3，選項A錯誤；畫出經(jīng)過OA面折射后恰好射到M點(diǎn)的折射光線，根據(jù)幾何關(guān)系可知，該折射光線在AMB面的入射角為30°，因為sin30°=17.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 ()光的頻率大于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、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【解析】選A、C。作出光路圖如題圖所示，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正確；a光的頻率較大，則波長較小，故B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正確；因為a光的折射率較大，由臨界角公式sinC=1n，知a光的臨界角小，故D8.如圖所示，上、下表面平行的玻璃磚的厚度為L，玻璃磚的折射率n=3，若光從上表面AB射入的入射角i=60°，光在真空中的光速為c，則 ()A.折射角r=30°B.光在玻璃中傳播的時間為23C.光在玻璃中傳播的時間為2D.改變?nèi)肷浣莍，光在下表面CD可能發(fā)生全反射【解析】選A、C。由n=sinisinr，sinr=sinin=sin60°3=，得r=30°，故A正確；光在玻璃中傳播的速度為v=cn，由幾何知識可知光在玻璃中傳播的路程為s=Lcosr，則光在玻璃中傳播的時間為t=sv=nLccosr=3Lccos30°=29.如圖，一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚，在玻璃磚底面上的入射角為θ，經(jīng)折射后射出a、b兩束光線。則 ()A.在玻璃中，a光的傳播速度小于b光的傳播速度B.在真空中，a光的波長小于b光的波長C.玻璃磚對a光的折射率小于對b光的折射率D.若改變光束的入射方向使θ角逐漸變大，則折射光線a首先消失E.分別用a、b光在同一個雙縫干涉實(shí)驗裝置上做實(shí)驗，a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距【解析】選A、B、D。由題圖知，從玻璃磚射出時，入射角相同，a光的折射角大于b光的折射角，玻璃磚對a光的折射率大于對b光的折射率，a光在玻璃中的傳播速度比b光的小，a光的頻率比b光的大，在真空中，a光的波長較短，a光形成的干涉條紋間距較小，選項A、B正確，C、E錯誤；a光的全反射臨界角較小，當(dāng)入射角θ增大時，a光先發(fā)生全反射，折射光線先消失，選項D正確。二、計算題(16分，需寫出規(guī)范的解題步驟)10.(2022·茂名模擬)一個半徑為R，橫截面積為四分之一圓的透明柱體水平放置，如圖所示。一束光平行于DC方向射到柱體BD面的A點(diǎn)，入射角i=60°；進(jìn)入柱體內(nèi)部后，在BC面經(jīng)過一次反射后恰好從柱體的D點(diǎn)射出。已知光在真空中的傳播速度為c，求：(1)透明柱體的折射率n；(2)光在該柱體內(nèi)的傳播時間t?！窘馕觥?1)如圖，根據(jù)反射成像的對稱性，可知β=2γ=60°，折射角γ=30°由折射率sinisinγ(2)由折射率n=cv柱體中光程AF=2Rcos30°，綜上得光在柱體中傳播時間t=AFv=2Rcos答案：(1)3(2)3【加固訓(xùn)練】如圖為半徑為R=3m的固定半圓形玻璃磚的橫截面，O點(diǎn)為圓心，OO′為直徑MN的垂線。足夠大的光屏PQ緊靠在玻璃磚的右側(cè)且與MN垂直。某同學(xué)把一束包含有對該玻璃磚的折射率從n1=2到n2=3的復(fù)色光，沿半徑方向與OO′成θ=30°角射向O點(diǎn)，他發(fā)現(xiàn)光屏上出現(xiàn)了彩色光帶。(1)求彩色光帶的寬度；(2)當(dāng)復(fù)色光入射角逐漸增大時，光屏上的彩色光帶將變成一個光點(diǎn)，求θ角至少為多少？【解析】根據(jù)折射定律求出折射角，幾何關(guān)系求解兩個光斑之間的距離；為使光屏上的彩色光帶消失，要使光線發(fā)生全反射。由于n1<n2，玻璃對其折射率為n2的色光先發(fā)生全反射，由臨界角公式求解為使光屏上的彩帶消失復(fù)色光的入射角的最小值。(1)由折射定律：n1=sinβn2=sin代入數(shù)據(jù)解得：β1=45°β2=60°故彩色光帶的寬度為：Rtan45°-Rtan30°=(1-33)R≈(2)當(dāng)所有光線均發(fā)生全反射時，光屏上的光帶消失，反射光束將在PN上形成一個光點(diǎn)。即此時折射率為n1的單色光在玻璃表面上恰好先發(fā)生全反射，故sinC=1n答案：(1)m(2)45°11.(10分)圖甲為某同學(xué)利用半圓形玻璃磚測定玻璃折射率n的裝置示意圖，AO、DO分別表示某次測量時，光線在空氣和玻璃中的傳播路徑。在正確操作后，他利用測出的數(shù)據(jù)作出了圖乙所示的折射角正弦值(sinr)與入射角正弦值(sini)的關(guān)系圖象。則下列說法不正確的是 ()A.光由A經(jīng)O到DB.該玻璃磚的折射率n=C.若由空氣進(jìn)入該玻璃磚中，光的頻率變?yōu)樵瓉淼?D.若以60°角由空氣進(jìn)入該玻璃磚中，光的折射角的正弦值為3【解析】選C。由折射定律n=sinisinr可知sinr-sini圖象的斜率的倒數(shù)表示折射率，所以n=>1，說明實(shí)驗時光由A經(jīng)過O到D，選項A、B正確；在由空氣進(jìn)入該玻璃磚時，光的頻率不變，光的波長變?yōu)樵瓉淼?3，選項C錯誤；以入射角i=60°由空氣進(jìn)入該玻璃磚時，由折射定律n=sinisinr，其折射角的正弦值為sinr=1nsini=212.(20分)如圖所示為某種透明材料制成的一柱形棱鏡的橫截面圖，CD是半徑為R的四分之一圓，圓心為O；光線從AB面上的M點(diǎn)入射，入射角為θ，光進(jìn)入棱鏡后恰好在BC面上的O點(diǎn)發(fā)生全反射，然后由CD面射出。已知OB段的長度為L，真空中的光速為c。求：(1)透明材料的折射率n；(2)該光在透明材料內(nèi)傳播的時間t?！窘馕觥?1)設(shè)光線在AB面的折射角為r，光路如圖所示。根據(jù)折射定律得：n=sin設(shè)棱鏡的全反射臨界角為θc，由題意，光線在BC面恰好發(fā)生全反射，得到sinθc=1由幾何知識可知r+θc=90°聯(lián)立可得n=1+(2)光在棱鏡中的傳播速度v=cn由幾何知識可得MO=Lsin傳播時間為t=MO+R答案：(1)1+(2)L【加固訓(xùn)練】一半徑為R的14球體放置在水平面上，球體由折射率為3的透明材料制成?，F(xiàn)有一束位于過球心O的豎直平面內(nèi)的光線，平行于桌面射到球體表面上，折射入球體后再從豎直表面射出，如圖所示。已知入射光線與桌面的距離為32R，光在真空中的傳播速度為c，(1)出射角θ；(2)光穿越球體的時間。【解析】(1)作出光