2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第十三章機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波光電磁波與相對(duì)論第3講光的折射全反射練習(xí)含解析新人教版

PAGEPAGE7第3講光的折射全反射一、單項(xiàng)選擇題：在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。1．(2024·豐臺(tái)區(qū))許多公園的水池底部都裝有彩燈，當(dāng)一束由紅、藍(lán)兩色光組成的燈光從水中斜射向空氣時(shí)，下列光路圖中可能存在的一種狀況是(C)[解析]當(dāng)兩種色光都能折射到空氣中時(shí)，依據(jù)折射定律n＝eq\f(sini,sinr)知，紅光與藍(lán)光的折射率不同，在入射角相等時(shí)，折射角肯定不同，藍(lán)色光的折射角大，A不行能；光線射到水面時(shí)肯定有反射，所以反射光中紅光和藍(lán)光都有，B圖、D圖不行能；由于紅光的折射率比藍(lán)光小，由臨界角公式sinC＝eq\f(1,n)知，紅光的臨界角比藍(lán)光大，有可能是藍(lán)光發(fā)生了全反射而紅光沒(méi)有發(fā)生全反射，C有可能。2．(2024·山東高考模擬)如圖所示，由某種透亮介質(zhì)制成的長(zhǎng)直細(xì)圓柱體置于真空中。某種單色光在介質(zhì)中傳輸，經(jīng)過(guò)多次全反射后從右端射出。若以全反射臨界角傳輸?shù)墓饩€剛好從右端以張角2θ出射，則此介質(zhì)的折射率為(D)A．eq\r(1＋sin2θ) B．eq\r(1＋cos2θ)C．eq\r(1＋cos2θ) D．eq\r(1＋sin2θ)[解析]設(shè)介質(zhì)中發(fā)生全反射的臨界角為α，如圖。則由全反射臨界角與α的關(guān)系可知：sinα＝eq\f(1,n)。由圖，經(jīng)多次全反射后從右端射出時(shí)，入射角和反射角滿意關(guān)系：n＝eq\f(sinθ,sin\f(π,2)－α)。聯(lián)立兩式可得n＝eq\r(1＋sin2θ)。3．(2024·東城區(qū)月考)圖中所示Ox軸沿水平方向，Oy軸沿豎直向上方向。在x>0，y>0的區(qū)域內(nèi)存在某種分布范圍足夠廣的介質(zhì)，其折射率隨著y的改變而改變。一束細(xì)光束入射到介質(zhì)表面，并沿著如圖所示從a到b的一條弧形路徑傳播。下列推斷正確的是(C)A．此介質(zhì)的折射率隨著y的增大而減小B．海洋蜃景發(fā)生時(shí)空氣折射率隨高度的改變與此類似C．沙漠蜃景發(fā)生時(shí)空氣折射率隨高度的改變與此類似D．這束細(xì)光在接著傳播的過(guò)程中會(huì)發(fā)生全反射[解析]介質(zhì)的折射率隨著y的改變而改變，由圖知，y肯定時(shí)，入射角大于折射角，則知此介質(zhì)的折射率隨著y的增大而增大，故A項(xiàng)錯(cuò)誤；海洋蜃景發(fā)生時(shí)空氣折射率隨高度的增大而減小，與此介質(zhì)折射率的改變不同，沙漠蜃景發(fā)生時(shí)空氣折射率隨高度的增大而增大，與此介質(zhì)折射率的改變相像，故B項(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；光從光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)，不行能發(fā)生全反射，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。二、多項(xiàng)選擇題：在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有多項(xiàng)是符合題目要求的。4．(2024·云南模擬)如圖所示，MN是介質(zhì)1和介質(zhì)2的分界面，介質(zhì)1、2的肯定折射率分別為n1、n2，一束細(xì)光束從介質(zhì)1射向介質(zhì)2中，測(cè)得θ1＝60°，θ2＝30°，依據(jù)你所學(xué)的光學(xué)學(xué)問(wèn)推斷下列說(shuō)法正確的是(AB)A．介質(zhì)2相對(duì)介質(zhì)1的相對(duì)折射率為eq\r(3)B．光在介質(zhì)2中的傳播速度小于光在介質(zhì)1中的傳播速度C．介質(zhì)1相對(duì)介質(zhì)2來(lái)說(shuō)是光密介質(zhì)D．光從介質(zhì)1進(jìn)入介質(zhì)2可能發(fā)生全反射現(xiàn)象[解析]光從介質(zhì)1射入介質(zhì)2時(shí)，入射角與折射角的正弦之比叫作介質(zhì)2相對(duì)介質(zhì)1的相對(duì)折射率，所以有n21＝eq\f(sin60°,sin30°)＝eq\r(3)，A正確；因介質(zhì)2相對(duì)介質(zhì)1的相對(duì)折射率為eq\r(3)，可以得出介質(zhì)2的肯定折射率大，因n＝eq\f(c,v)，所以光在介質(zhì)2中的傳播速度小于光在介質(zhì)1中的傳播速度，B正確；介質(zhì)2相對(duì)介質(zhì)1來(lái)說(shuō)是光密介質(zhì)，C錯(cuò)誤；光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)，有可能發(fā)生全反射現(xiàn)象，D錯(cuò)誤。5．(2024·南寧二中檢測(cè))如圖所示，一束由兩種單色光混合的復(fù)色光沿PO方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面鏡的上表面，得到三束光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。下列有關(guān)這三束光的推斷正確的是(AB)A．光束Ⅰ仍為復(fù)色光，光束Ⅱ、Ⅲ為單色光B．光速Ⅱ在玻璃中的傳播速度比光束Ⅲ小C．增大α角且α<90°，光速Ⅱ、Ⅲ會(huì)遠(yuǎn)離光束ⅠD．減小α角且α>0，光束Ⅲ可能會(huì)在上表面發(fā)生全反射[解析]由題意畫(huà)出如圖所示的光路圖，可知光束Ⅰ是反射光線，所以仍是復(fù)色光，而光速Ⅱ、Ⅲ由于折射率的不同導(dǎo)致偏折分別，所以光速Ⅱ、Ⅲ是單色光，故A正確；由于光束Ⅱ的偏折程度大于光束Ⅲ，所以玻璃對(duì)光束Ⅱ的折射率大于對(duì)光束Ⅲ的折射率，依據(jù)v＝eq\f(c,n)可知，光束Ⅱ在玻璃中的傳播速度比光束Ⅲ小，故B正確；當(dāng)增大α角且α<90°，即入射角減小時(shí)，光束Ⅱ、Ⅲ會(huì)靠近光束Ⅰ，故C錯(cuò)誤；減小α角且α>0，依據(jù)折射定律，光的折射角增大，依據(jù)光的可逆性知，光束Ⅲ不行能在上表面發(fā)生全反射，故D錯(cuò)誤。6．(2024·山東濟(jì)寧月考)光纖通訊中信號(hào)傳播的主要載體是光纖，它的結(jié)構(gòu)如圖所示，可看成一段直線，其內(nèi)芯和外套的材料不同，光在內(nèi)芯中傳播。下列關(guān)于光纖的說(shuō)法中正確的是(AC)A．內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射B．內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在外套與外界的界面上發(fā)生全反射C．波長(zhǎng)越長(zhǎng)的光在光纖中傳播的速度越大D．頻率越大的光在光纖中傳播的速度越大[解析]由光纖的應(yīng)用原理可知，內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射，故A正確，B錯(cuò)誤；波長(zhǎng)越長(zhǎng)的光，頻率越小，介質(zhì)對(duì)它的折射率n越小，依據(jù)公式v＝eq\f(c,n)，光在光纖中傳播的速度越大，故C正確，D錯(cuò)誤。7．(2024·江西重點(diǎn)中學(xué)盟校聯(lián)考)如圖所示，一由玻璃制成的直角三棱鏡ABC，其中AB＝AC，該三棱鏡對(duì)紅光的折射率大于eq\r(2)。一束平行于BC邊的白光射到AB面上。光束先在AB面折射后射到BC面上，接著又從AC面射出。下列說(shuō)法正確的是(AB)A．各種色光在AB面的折射角都小于30°B．各種色光在BC面的入射角都大于45°C．有的色光可能不在BC面發(fā)生全反射D．從AC面射出的有色光束中紅光在最上方[解析]本題考查光的折射與全反射。設(shè)光在AB面的折射角為α，由折射定律知，eq\f(sin45°,sinα)>eq\r(2)，解得sinα<eq\f(1,2)，即各種色光在AB面的折射角都小于30°，故A正確；由幾何關(guān)系知，各種色光射向BC面時(shí)，入射角都大于45°，故B正確；由臨界角公式sinC＝eq\f(1,n)知，各種色光全反射的臨界角都小于45°，各種色光都在BC面發(fā)生全反射，故C錯(cuò)誤；從AC面射出的光束肯定平行于BC面，由于紅光射向BC面時(shí)的入射角最大，故紅光射到AC面時(shí)處于最下方，故D錯(cuò)誤。8．(2024·湖南永州月考)如圖所示，自左向右依次固定放置半圓形玻璃磚、足夠長(zhǎng)的直立的長(zhǎng)方體玻璃磚和光屏，BC、MN、PQ三個(gè)表面相互平行。一點(diǎn)光源可沿著圓弧BAC移動(dòng)，從點(diǎn)光源發(fā)出的一束白光始終正對(duì)圓心O射入半圓形玻璃磚，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)方體玻璃磚后，打在光屏上。已知玻璃對(duì)紫光的折射率為n＝1.532，若不考慮光在各個(gè)界面的反射，則下列說(shuō)法正確的是(BC)A．點(diǎn)光源從B移動(dòng)到C的過(guò)程中，光屏上總有彩色光斑B．點(diǎn)光源從B移動(dòng)到C的過(guò)程中，光屏上紅色光斑的移動(dòng)范圍比紫色光斑的大C．點(diǎn)光源在A點(diǎn)時(shí)，光屏上紅色光斑在紫色光斑的上方D．點(diǎn)光源在A點(diǎn)時(shí)，若撤除長(zhǎng)方體玻璃磚，光屏上紅色光斑將向上移動(dòng)[解析]光線靠近玻璃磚直邊時(shí)，會(huì)發(fā)生全反射，沒(méi)有光斑，且當(dāng)入射光與BC垂直時(shí)，光線不發(fā)生偏折，在光屏上沒(méi)有彩色光斑，故A錯(cuò)誤；由于紅光的折射率比紫光的折射率小，紅光通過(guò)半圓形玻璃磚后折射角比紫光的小，則點(diǎn)光源在A點(diǎn)時(shí)，光屏上紅色光斑在紫色光斑的上方，故C正確；由光的折射、全反射規(guī)律及幾何分析可知，點(diǎn)光源從B移動(dòng)到C的過(guò)程中，光屏上紅色光斑的移動(dòng)范圍比紫色光斑的大，故B正確；點(diǎn)光源在A點(diǎn)時(shí)，光線通過(guò)長(zhǎng)方體玻璃磚后會(huì)向上發(fā)生移動(dòng)，若撤除長(zhǎng)方體玻璃磚，光屏上紅色光斑將向下移動(dòng)，故D錯(cuò)誤。三、非選擇題9．(2024·山師大附中檢測(cè))如圖所示，某同學(xué)用“插針?lè)ā睖y(cè)定一塊兩面不平行的玻璃磚的折射率，以下是幾個(gè)主要操作步驟：a．在平木板上固定白紙，將玻璃磚放在白紙上；b．用筆沿玻璃磚的邊緣畫(huà)界面AA′和BB′(如圖甲所示)；c．在AA′上方豎直插針P1、P2；d．在BB′下方豎直插針P3、P4，使P1、P2、P3、P4在一條直線上如圖甲。(1)以上步驟有錯(cuò)誤的是bd(填步驟的字母代號(hào))。(2)改正了錯(cuò)誤操作并進(jìn)行正確的操作和作圖后，該同學(xué)作出的光路圖如圖乙所示，其中P1P2垂直于AA′，測(cè)量出了θ、β的角度，則該玻璃磚的折射率n＝eq\f(cosθ,cosβ)。[解析](1)由用“插針?lè)ā睖y(cè)定玻璃磚的折射率試驗(yàn)中的留意事項(xiàng)可知，不能用玻璃磚的光學(xué)邊界面(即邊緣)代替直尺，可知b步驟錯(cuò)誤；在BB′下方豎直插針P3、P4時(shí)，應(yīng)使P3攔住P1、P2的像，P4攔住P3本身及P1、P2的像，由于AA′與BB′不平行，可知P3、P4所在直線與P1、P2所在直線不平行，且不在同始終線上，故d步驟錯(cuò)誤。(2)由題圖乙易得，n＝eq\f(sin90°－θ,sin90°－β)＝eq\f(cosθ,cosβ)。10．(2024·全國(guó)卷Ⅱ)如圖，△ABC是始終角三棱鏡的橫截面，∠A＝90°，∠B＝60°。一細(xì)光束從BC邊的D點(diǎn)折射后，射到AC邊的E點(diǎn)，發(fā)生全反射后經(jīng)AB邊的F點(diǎn)射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中點(diǎn)。不計(jì)多次反射。(1)求出射光相對(duì)于D點(diǎn)的入射光的偏角；(2)為實(shí)現(xiàn)上述光路，棱鏡折射率的取值應(yīng)在什么范圍？[答案](1)60°(2)eq\f(2\r(3),3)≤n＜2[解析](1)光線在BC面上折射，由折射定律有sini1＝nsinr1①式中，n為棱鏡的折射率，i1和r1分別是該光線在BC面上的入射角和折射角。光線在AC面上發(fā)生全反射，由反射定律有i2＝r2②式中i2和r2分別是該光線在AC面上的入射角和反射角。光線在AB面上發(fā)生折射，由折射定律有nsini3＝sinr3③式中i3和r3分別是該光線在AB面上的入射角和折射角。由幾何關(guān)系得i2＝r2＝60°，r1＝i3＝30°④F點(diǎn)的出射光相對(duì)于D點(diǎn)的入射光的偏角為δ＝(r1－i1)＋(180°－i2－r2)＋(r3－i3)⑤由①②③④⑤式得δ＝60°⑥(2)光線在AC面上發(fā)生全反射，光線在AB面上不發(fā)生全反射，有nsini2≥nsinC>nsini3⑦式中C是全反射臨界角，滿意nsinC＝1⑧由④⑦⑧式知，棱鏡的折射率n的取值范圍應(yīng)為eq\f(2\r(3),3)≤n＜211．(2024·河北阜平中學(xué)調(diào)研)如圖所示，半徑為R的扇形AOB為透亮柱狀介質(zhì)的橫截面，圓心角∠AOB＝60°。一束平行于角平分線OM的單色光由OA面某點(diǎn)射入介質(zhì)，在介質(zhì)中折射光線平行于OB且恰好射向M點(diǎn)(不考慮反射光線，已知光在真空中的傳播速度為c)。求：(1)從M點(diǎn)射出的光線與OA面的入射光線之間的夾角；(2)光在介質(zhì)中的傳播時(shí)間。[答案](1)60°(2)eq\f(R,c)[解析]本題考查光在扇形界面中的傳播問(wèn)題。(1)光路如圖，光線在AO面的折射，