2023年高三物理二輪練習(xí)25 光的折射、全反射和光的干涉（解析版）

2023年高三物理二輪高頻考點沖刺突破

專題25光的折射、全反射和光的干涉

專練目標(biāo)______________________________專練內(nèi)容______________________________

目標(biāo)1高考真題(IT—6T)

目標(biāo)2光的折射和全反射(7T—12T)

目標(biāo)3光的干涉(13T—18T)

【典例專練】

一、高考真題

1.下列現(xiàn)象能說明光是橫波的是()

A.光的衍射現(xiàn)象B-光的折射現(xiàn)象

C.光的偏振現(xiàn)象D.光的干涉現(xiàn)象

【答案】C

【詳解】光的偏振現(xiàn)象能說明光是橫波。故選C。

2.如圖為一用透明材料做成的中心是空的球，其中空心部分半徑與球的半徑之比為1:3。當(dāng)細(xì)光束以30。的

入射角射入球中，其折射光線剛好與內(nèi)壁相切，則該透明材料的折射率為()

A.√2B.1.5C.√3D.2

【答案】B

【詳解】如圖

折射角的正弦值Sinr=:1根據(jù)折射定律可得該透明材料的折射率〃=晅sin3絲0°=1.5故選B。

3Sinr

3.如圖所示為一斜邊鍍銀的等腰直角棱鏡的截面圖。一細(xì)黃光束從直角邊N3以角度。入射，依次經(jīng)/C和

8C兩次反射，從直角邊/C出射。出射光線相對于入射光線偏轉(zhuǎn)了α角，則α()

A

出射光

入射上＞%

A.等于90。B.大于90。

C.小于90°D.與棱鏡的折射率有關(guān)

【答案】A

【詳解】如圖所示

*/J

設(shè)光線在/8邊的折射角為￡,根據(jù)折射定律可得〃=-L=設(shè)光線在8C邊的入射角為。，光線在Ze邊的

Sinp

入射角為，折射角為i;由反射定律和幾何知識可知￡+。=45。；/+2e+尸=90。聯(lián)立解得〃

根據(jù)折射定律可得生i=當(dāng)=?可得i=。過。點做出射光的平行線，則該平行線與AB的夾角為8,由幾

sinrsinp

何知識可知,入射光與出射光的夾角為90。。故選A。

4.如圖所示，王亞平在天宮課堂上演示了水球光學(xué)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"亮紋"

【答案】C

【詳解】當(dāng)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亮。

故選Co

5.如圖所示，水面上有一透明均質(zhì)球，上半球露出水面，下半球內(nèi)豎直中心軸上有紅、藍(lán)兩種單色燈（可

視為點光源），均質(zhì)球?qū)煞N色光的折射率分別為〃紅和〃臨。為使從光源照射到上半球面的光，都能發(fā)生折

射（不考慮光線在球內(nèi)反射后的折射），若紅燈到水面的最大距離為怎：，

（1）求藍(lán)燈到水面的最大距離；

（2）兩燈都裝在各自到水面的最大距離處，藍(lán)燈在紅燈的上方還是下方？為什么？

【答案】（1）∕=Jg∈+A紅；（2）上方，理由見解析

V藍(lán)

【詳解】（I）為使從光源照射到上半球面的光，都能發(fā)生折射，關(guān)鍵是光線能夠從折射出去，以紅光為例,

當(dāng)折射角最大達到臨界角。時，光線垂直水面折射出去，光路圖如圖所示

C1?:

假設(shè)半球半徑為貝，根據(jù)全反射定律和幾何關(guān)系可知SmC紅=7"=]?同理可知藍(lán)光

（2）藍(lán)光的折射率人大于紅光的折射率心，根據(jù)（1）問結(jié)果∕?=?件二?團結(jié)合〃藍(lán)＞%＞1可知

V?-ι

%＜頗:所以藍(lán)燈應(yīng)該在紅燈的上方。

6.如圖，一個半徑為R的玻璃球，。點為球心。球面內(nèi)側(cè)單色點光源S發(fā)出的一束光在工點射出，出射光

線/8與球直徑SC平行，6=30。。光在真空中的傳播速度為c。求:

（i）玻璃的折射率；

（ii）從S發(fā)出的光線經(jīng)多次全反射回到S點的最短時間。

【答案】⑴w=√3;（2）”生灰

C

【詳解】（i）根據(jù)題意將光路圖補充完整，如卜圖所示

根據(jù)幾何關(guān)系可知iι=θ=30。，A=60。根據(jù)折射定律有根M=Sinj2解得〃=JJ

（H）設(shè)全反射的臨界角為C,則SinC=L=立光在玻璃球內(nèi)的傳播速度有V=-根據(jù)幾何關(guān)系可知當(dāng)。=45。

n3〃

時，即光路為圓的內(nèi)接正方形，從S發(fā)出的光線經(jīng)多次全反射回到S點的時間最短，則正方形的邊長X=0A

則最短時間為f=竺=±叵

VC

二、光的折射和全反射

7.如圖所示，一條光線由空氣射到半圓玻璃磚表面的圓心處，玻璃磚的半圓表面上（反射面）鍍有銀，則

圖示幾個光路圖中，能正確、完整地表示光線行進過程的是（）

A.B.

【答案】D

【詳解】光線在圓心處發(fā)生折射和反射，一部分光線進入半圓玻璃磚，另一部分反射回空氣；進入半圓玻

璃磚的那部分光線在下表面發(fā)生反射，沿原路返回到玻璃與空氣的界面，又同時發(fā)生反射和折射，有一部

分光再次發(fā)生反射，射向左半部分，然后再次下表面發(fā)生反射，然后到達上表面時，再次發(fā)生反射和折射。

故選Do

8.光刻機是生產(chǎn)大規(guī)模集成電路的核心設(shè)備。一個光刻機的物鏡投影原理簡化圖如圖所示，三角形NBC為

一個等腰直角三棱鏡，半球形玻璃磚的半徑為A,球心為0,OO'為玻璃磚的對稱軸。間距為百/?的兩條平

行光線，從左側(cè)垂直/8邊射入三棱鏡，經(jīng)/C邊反射后進入半球形玻璃磚，最后匯聚在硅片上M點。已知

半球形玻璃磚的折射率為G，反射光線關(guān)于軸線對稱。則OM兩點間距離為（）

R

A.RcD.—

?i4

【答案】C

【詳解】根據(jù)對稱性，先來分析一下a光線，光路圖如圖

Slna

第一次折射在。點，入射角α,折射角β,根據(jù)折射率公式，有〃=—^由幾何知識，可得

sinP

Sina=SinNOOE=匹又OE=叵，OD=Rma=ZODE=60°,/=30?？傻肗EOz）=30。第二次折射

OD2

發(fā)生在尸點，設(shè)入射角為αl折射角B'。根據(jù)折射率公式，有"=孚&又a'=;T-NE0。-￡-1=30。

SIna2

_-h（）

解得夕=NOM尸=60。由三角形知識可得2I又1211/0“尸=匕1160。=#解得

Dk=KO=-----=—KQM

cos30°3

OM=0故選C。

3

9.大一同學(xué)用玻璃磚和貼紙搭建了一個魔術(shù)裝置，如圖（a）所示在透明玻璃磚左側(cè)貼上貼紙，已知貼紙

與玻璃磚之間有一層很薄的空氣膜。大一同學(xué)讓大中同學(xué)只能在虛線MN上進行觀察，大中同學(xué)發(fā)現(xiàn)在4

點觀察時恰好看不到貼紙（在N8之間觀察時可以看到貼紙）。可以認(rèn)為光線沿四面八方從。點入射，如圖

⑹所示。已知sin30°=Lsin60°=3,sin45°=變,sin37°=3,則玻璃磚的折射率為（）

2225

,4LL

A.-B.-√2C.√3D.1.6

【答案】B

【詳解】沿著玻璃磚邊緣入射的光線剛好到達4點，則由折射定律Sin半90°-=〃射到上表面的光線恰能全反射

sin，

SinC=-;。+。=90。推出C=45。；〃=收故選B。

n

10.為了研究某種透明新材料的光學(xué)性質(zhì)，將其壓制成半圓柱形，如圖甲所示。一束激光由真空沿半圓柱

體的徑向與其底面過。的法線成。角射入。CO為光學(xué)傳感器，可以探測光的強度，從/8面反射回來的光

強隨角。變化的情況如圖乙所示.現(xiàn)將這種新材料制成的一根光導(dǎo)纖維束暴露于空氣中（假設(shè)空氣中的折射

率與真空相同），用同種激光從光導(dǎo)纖維束端面E尸射入，且光線與E尸夾角為外如圖丙所示。則（）

A.圖甲中若減小入射角仇則反射光線和折射光線之間的夾角也將變小

B.該新材料的折射率為0

c.若該激光在真空中波長為2,則射入該新材料后波長變?yōu)榍?

2

D.若該束激光不從光導(dǎo)纖維束側(cè)面外泄，貝3角需滿足0°＜萬＜180。

【答案】BC

【詳解】A.圖甲中若減小入射角仇則反射角減小，折射角也減小，則和折射光線之間的夾角將變大，選

項A錯誤；

B.由圖乙可知，當(dāng)入射角大于45。時，反射光線的強度不再變化，可知臨界角為C=45。，則該新材料的折射

率為n??=√2選項B正確；

SinC

C.若該激光在真空中波長為2,則2=9射入該新材料后波長變?yōu)椋?上=￡=也4選項C正確；

fJ?/2

SinaI

D.若該束激光恰好不從光導(dǎo)纖維束側(cè)面外泄，貝胴角需滿足〃=『；〃=~;解得尸=30°

sinβsιn（90-a）

則若該束激光不從光導(dǎo)纖維束側(cè)面外泄30。＜￡＜150。，選項D錯誤。故選BC,

11.如圖所示為科學(xué)家用某種透明均勻介質(zhì)設(shè)計的"光環(huán)"，圓心為O,半徑分別為火和2&ZB部分是超薄

光線發(fā)射板，發(fā)射板右側(cè)各個位置均能發(fā)射出水平向右的光線，發(fā)射板左側(cè)為光線接收器.通過控制發(fā)射光

線的位置，從C位置發(fā)射出一細(xì)單色光束，發(fā)現(xiàn)該光束在"光環(huán)"中的路徑恰好構(gòu)成一個正方形，且沒有從"光

環(huán)"射出，光在真空中的速度為c,下列說法正確的是（）

B

A.只有從C位置發(fā)射的細(xì)光束才能發(fā)生全反射

B.該光束在"光環(huán)”中走過的路程為8√∑R

C."光環(huán)”對該光束的折射率可能是1.5

1CD

D.該光束在"光環(huán)"中運行的時間可能是——

c

【答案】BC

【詳解】如圖所示，由幾何關(guān)系可知。=45。，WCD=近R,所以正方形總長度為8√∑R;全反射的臨界角

158√27?Syf2Rn167?

=~≥

度為SinC=—≤sin45°故折射率n≥√2因此傳播時間為'=；~選項中的結(jié)果不在范圍

Yl—

n

之內(nèi)，從C位置以上發(fā)射的細(xì)光束也能發(fā)生全反射，綜上AD錯誤，BC正確。

故選BC?

12.為測量雙層玻璃中間真空層的厚度，用激光筆使單色光從空氣以入射角6射入玻璃，部分光線如圖所示。

測得玻璃表面兩出射點8、C與入射點4的距離分別為西和已知玻璃的折射率為〃，光在真空中的速度

為c。求：

(1)真空層的厚度小

(2)光從A傳播到B的時間to

【詳解】（1）光路圖如圖所示，設(shè)真空層的厚度為“，由光路圖可知，/C比/8多了光線在真空層平移的

部分，由幾何關(guān)系知：玉=加tan。解得：√=?≡?

2tan

（2）光在玻璃中的速度為V由〃=￡得：V=￡由折射定律可知”=里2則Sin/=當(dāng)且從Z到8的光程為

Vnsm∕n

1-?2

x

.._22'_?i_Xm所用時間為1=￡=皿旦=旦方

?-l~一二一二^^TVCcsιnυ

sinysinγsinθ

三、光的干涉

13.光刻機利用光源發(fā)出的紫外線，將精細(xì)圖投影在硅片上，再經(jīng)技術(shù)處理制成芯片。為提高光刻機投影

精細(xì)圖的能力，在光刻膠和投影物鏡之間填充液體，提高分辨率，如圖所示。若浸沒液體的折射率為1.65,

當(dāng)不加液體時光刻膠的曝光波長為193nm,則加上液體后（）

A.紫外線進入液體后波長變短，光子能量增加

B.傳播相等的距離，在液體中所需的時間變?yōu)樵瓉淼恼?/p>

C.紫外線在液體中比在空氣中更容易發(fā)生衍射，能提高分辨率

D.在液體中的曝光波長約為117nm

【答案】D

【詳解】D.紫外線在液體中的波長;I'="=山?nmall7nm故D正確；

n1.65

A.紫外線進入液體頻率不變，根據(jù)E=∕n/可知光子能量不變，根據(jù)D選項分析可知波長變短，故A錯誤;

Jt.—_L_—__1_.6__5_Λ—__3_3t

B.設(shè)傳播L距離，在真空中的時間f=4在液體中所需的時間c-C一20故B錯誤；

C

n

C.由A選項分析可知紫外線在液體中波長變短，更不容易發(fā)生衍射，故C錯誤。

故選D。

14.劈尖干涉是一種薄膜干涉，如圖甲所示，將一塊平板玻璃α放置在另一玻璃板6上，在一端夾入兩張

紙片，當(dāng)黃光從上方入射后，從上往下可以觀察到如圖乙所示的干涉條紋。則（）

A.任意相鄰的亮條紋中心位置下方的空氣膜厚度差相等

B.彎曲條紋中心位置下方的空氣膜厚度不相等

C.若抽去一張紙片，條紋變密

D.若換用藍(lán)光從上方入射，條紋變疏

【答案】A

【詳解】A.光在空氣膜中的光程差為?x=2”即光程差為空氣層厚度的2倍，當(dāng)光程差A(yù)x="/

此處表現(xiàn)為亮條紋，當(dāng)光程差為?='此處表現(xiàn)為暗條紋，所以任意相鄰的亮條紋中心位置下方的空

氣膜厚度差相等，A正確；

B.根據(jù)A的分析可知：彎曲條紋中心位置下方的空氣膜厚度相等，B錯誤：

C.當(dāng)光程差A(yù)X=3時此處表現(xiàn)為亮條紋，則相鄰亮條紋之間的空氣層的厚度差為;/1,顯然抽去一張紙后

空氣層的傾角變小，故相鄰兩條紋之間的距離變大，干涉條紋變稀疏了，C錯誤:

D.當(dāng)光程差A(yù)x="/時此處表現(xiàn)為亮條紋，則相鄰亮條紋之間的空氣層的厚度差為;2,藍(lán)光的波長小于黃

光的波長，則換用藍(lán)光從上方入射，條紋變密集，D錯誤。故選A。

15.某一質(zhì)檢部門為檢測一批礦泉水的質(zhì)量，利用干涉原理測定礦泉水的折射率。方法是將待測礦泉水填

充到特制容器中（不考慮器壁對光的影響），放置在雙縫與熒光屏之間（之前為空氣），如圖所示，特制容

器未畫出，通過比對填充后的干涉條紋間距X2和填充前的干涉條紋間距X/就可以計算出該礦泉水的折射率。

若實驗測得雙縫間距"=0.4mm,縫屏間距A=0.6m,x∕=0.75mm,&=0.6Omm,則該礦泉水的折射率為（）

C.1.45D.1.50

【答案】A

【詳解】由雙縫干涉條紋間距公式可得χ=?λ根據(jù)折射率表達式，有*=￡=4可知石=,

aVλd

X,=人∕l=L4解得〃=工=1.25故選A。

ddnX2

16.G、G為放在水平面上的高度略有差別的兩個長方體，為了檢查這兩個長方體的上表面是否相互平行,

檢測員用一塊標(biāo)準(zhǔn)的平行透明平板7壓在G∣、5的上方，T與G、、5支架分別形成尖劈形空氣層，如圖所

示。G、G的上表面與平板的夾角分別為α和尸，尸為平板7上表面上的一點。用單色光從上方照射平板

T,G、。的上方都能觀察到明顯的干涉條紋可以推知（）

A.若a=0,則Gl上方的干涉條紋間距小于。上方的干涉條紋間距

B.若a>β,則Gl上方的干涉條紋間距大于&上方的干涉條紋間距

C.若將G-伉的間距縮短些，則Gl上方的干涉條紋分布變得更密

D.若在尸處用較小的力下壓平板7,則Gl上方的干涉條紋分布變密

【答案】C

【詳解】AB.設(shè)有一物體上表面與平板的夾角6,相鄰亮條紋的間距為A3由空氣薄膜干涉條件，則有

2

2ΔLtan0=Λ;ΔΛ=肅萬則若α=6,則Gl上方的干涉條紋間距等于G?上方的干涉條紋間距，若a>β,

則Gl上方的干涉條紋間距小T-G2上方的干涉條紋間距，故AB錯誤：

C.若將G、&的間距縮短些，α增大，則Gl上方的干涉條紋分布變得更密，故C正確；

D.若尸在兩長方體間，在P處用較小的力下壓平板T,α減小，則Gl上方的干涉條紋分布變疏，故D錯誤。

故選C。

17."用雙縫干涉測量光的波長”的實驗示意圖如圖所示，雙縫S/和S間距為0.80mm,雙縫到屏的距離為

0.80mO波長為50Onm的單色平行光垂直入射到雙縫與和S2上，在屏上形成干涉條紋，中心軸線。。，上方

第1條亮紋中心位置在P/處，第3條亮紋中心位置在P?處?，F(xiàn)有1號、2號蟲子分別從S/和為出發(fā)以相

同速度沿垂直屏方向飛行，1號蟲子到達屏后，沿屏直線爬行到P/,2號蟲子到達屏后，沿屏直線爬行到

Pz假設(shè)兩條蟲子爬行速率均為l×10?3m∕s,下列說法正確的是()

?。2

?Pl

匚O'

A.1號蟲子運動路程比2號短

B.兩只蟲子運動的時間差為0.2S

C.兩只蟲子運動的時間差為IQS

D.1號蟲子運動的路程比2號長

【答案】AB

【詳解】AD.由題意，結(jié)合干涉條紋的寬度公式AFt7可知，該光的干涉條紋的寬度

a

AX=