【物理】2019届一轮复习人教版光的折射、全反射学案

【物理】2019届一轮复习人教版光的折射、全反射学案

母题16 光的折射、全反射 ‎【母题 一】 2018年全国普通高等 校招生统一考试物理（北京卷）‎ ‎【母题原题】用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后 A. 干涉条纹消失 B. 彩色条纹中的红色条纹消失 C. 中央条纹变成暗条纹 D. 中央条纹变成红色 ‎【答案】 D 点睛：本题考查了光的干涉现象，注意只有频率相同、振动相同的两列波才能形成稳定的干涉图像，同时要掌握哪些点是振动加强点，哪些点是振动减弱点。‎ ‎【母题 二】 2018年普通高等 校招生全国统一考试物理（全国II卷）‎ ‎【母题原题】如图，是一直角三棱镜的横截面，，，一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点。不计多次反射。‎ ‎（i）求出射光相对于D点的入射光的偏角；‎ ‎（ii）为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？‎ ‎【答案】 （1）δ=60° （2）‎ ‎【解析】试题分析：（1）根据题意画出光路图，根据几何关系找到出射光线与入射光线之间的夹角；‎ ‎（2）要保证在E点发生全反射，则在E点的入射角要大于等于临界角C ‎（ⅰ）光线在BC面上折射，由折射定律有 ‎①‎ 式中，n为棱镜的折射率，i1和r1分别是该光线在BC面上的入射角和折射角。光线在AC面上发生全反射，由反射定律有 i2=r2②‎ 式中i2和r2分别是该光线在AC面上的入射角和反射角。光线在AB面上发生折射，由折射定律有 ‎③‎ 式中C是全反射临界角，满足 ‎⑧‎ 由④⑦⑧式知，棱镜的折射率n的取值范围应为 ‎⑨‎ 故本题答案是：（1）δ=60° （2）‎ 点睛：本题考查了几何光 ，处理此类题的方法一般是正确画光路图利用几何关系求偏角，还要知道全发射的条件是什么。 / ‎ ‎【命题意图】 考查光的折射和全反射现象，需要考生正确做出光路图，然后根据光的传播规律和几何关系解题，意在考查考生对光的折射和全反射现象的理解能力和运用几何知识解题的能力。 ‎ ‎【考试方向】 光的折射和全反射，一直是高考考查的重点，主要是以计算题的形式考查，需要考生具备一定的作图能力和掌握基本的几何知识。‎ ‎【得分要点】 对光 计算题，一般要正确作出光路图，利用几何知识和光 相关公式解题。对于光的折射和全反射，考生还需要理解以下方面：‎ ‎1.各种色光性质比较：在可见光中，红光的折射率n最小，频率υ最小，在同种介质中（除真空外）传播速度v最大，波长λ最大，从同种介质射向真空时发生全反射的临界角C最大，以相同入射角在介质间发生折射时的偏折角最小（注意区分偏折角和折射角）。‎ ‎2.发生全反射的条件：(1)光从光密介质入射到光疏介质 对于两种介质来说，光在其中传播速度较小的介质，亦即绝对折射率较大的介质，叫光密介质；而光在其中传播速度较大的介质，亦即绝对折射率较小的介质叫光疏介质。光密介质和光疏介质是相对的．‎ ‎(2)入射角等于或者大于临界角 临界角C是指恰好发生全反射时入射角的大小，此时折射角等于90°。‎ 全反射和临界角是光 部分考查的重点内容，处理问题的关键是：依据发生全反射的条件，画出恰好发生全反射的边界光线，利用几何关系和临界角公式求解。‎ ‎【母题1】下列说法正确的是___________。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）‎ A. 不同色光在同一种均匀介质中的传播的速度相同 B. 雨后路面上的油膜形成的彩色条纹是由光的干涉形成的 C. 杨氏双缝干涉实验中,当两缝间的距离以及挡板和屏的距离一定时,红光干涉条纹的相邻条纹间距比蓝光干涉条纹的相邻条纹间距小 D. 光的偏振特征说明光是横波 E. 水中的气泡看起来特别明亮,是因为光从水射向气泡时,一部分光在界面上发生了全反射的缘故 ‎【答案】 BDE ‎【母题2】一束光从空气射向折射率n＝的某种玻璃的表面，如图所示，i代表入射角，则___________。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）‎ A. 当入射角i＝30°时，折射角 B. 无论入射角i为多大，折射角r都不会超过45°‎ C. 欲使折射角r＝30°，应以i＝45°的角度入射 D. 当入射角i＝arcta 时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直 E. 当入射角大于临界角时，会发生全反射 ‎【答案】 BCD ‎【解析】A. 根据折射定律： ， ，故A错误；‎ E.光从空气射入玻璃时，无论入射角多大，都不会发生全反射，故E错误。‎ 故选：BCD.‎ ‎【母题3】如图所示，在透明均匀介质内有一球状空气泡，一束包含a、b两种单色光的细光束从介质射入气泡，A为入射点，之后a、b光分别从C点、D点射向介质.已知光束在A点的人射角i=30°，a光经过气泡的偏向角θ=45°，CD弧所对圆心角为3°，则下列说法中正确的是___________。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）‎ A.b光经过气泡的偏向角为42°‎ B.介质对a光的折射率大于 C.a光的频率小于b光的频率 ‎ D.b光从该介质射向空气的全反射临界角的正弦值为 E.若a、b两单色光分别通过同一双缝干涉装置，则b光在屏上产生的条纹的间距大 ‎【答案】 ADE ‎ ‎【解析】光线在A点的入射角为i，折射角分别为、，作出光路图，如图 正确。E.由上得知，a光的偏向角大于b光的偏向角，a光的折射率大于b光的折射率，a、b两单色光在透明介质中的波长，根据条纹间距公式，波长长的双缝干涉时条纹间距较大，故，故E正确。故选ADE。‎ ‎【点睛】设光线在A点的入射角为i，折射角为r，由几何知识知两光束经过球状空气泡偏向角为，由a色光的偏向角为45°，可由求出折射角，由折射定律求出折射率．CD弧所对的圆心角为3°，由几何关系求出a色光的折射角，即可求出偏向角，由求解临界角．a光的偏向角大于b光的偏向角，a光的折射率大于b光的折射率，a、b两单色光在透明介质中的波长，再分析干涉条纹间距的大小．‎ ‎【母题4】如图甲，可以用来测定半圆柱形玻璃砖的折射率n，O是圆心，MN是法线。一束单色光线以入射角i=30°由玻璃砖内部射向O点，折射角为r，当入射角增大到也为r时，恰好无光线从玻璃砖的上表面射出。让该单色光分别通过宽度不同的单缝a、b后，得到图乙所示的衍射图样（光在真空中的传播速度为c）。则下列说法正确的是___________。（填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分。每选错1个扣3分，最低得分为0分）‎ A．此光在玻璃砖中的全反射临界角为60°‎ B．玻璃砖的折射率n= ‎ C．此光在玻璃砖中的传播速度 D．单缝b宽度较大 E．光的偏振现象说明光是一种纵波 ‎【答案】 BCD ‎【母题5】玻璃半圆柱体的半径为R，横截面如图所示，圆心为O，A为圆柱面的顶点，两条单色红光分别按如图方向沿截面入射到圆柱体上，光束1指向圆心，方向与AO夹角为30°，光束2的入射点为B，方向与底面垂直，∠AOB=60°，已知玻璃对红光的折射率。‎ ‎①判断光线1、2在柱体底面是否发生全反射。‎ ‎②两条光线经柱面折射后到达底面的入射点间的距离d；‎ ‎【答案】 ①不会发生全反射 ②‎ ‎【解析】试题分析：先根据折射定律求出光线2在玻璃半圆柱体圆弧面上和底面上的折射角，再运用折射定律求出光线1在底面上的折射角，根据几何知识求解即可。‎ ‎①在底面上没有发生全反射光路如图所示：‎ 对于光线2：如图所示入射角 i=60°，根据 点睛：本题主要考查了光的折射和全反射，作出光路图，运用几何知识帮助分析求解。‎ ‎【母题6】如图所示为一巨大的玻璃容器，容器底部有一定的厚度，容器中装有一定量的水，在容器底部有一单色点光源S，已知水对该单色光的折射率为，玻璃对该单色光的折射率为，容器底部玻璃的厚度为d，水的深度为2d.(已知光在真空中的传播速度为c，波的折射定律)求：‎ ‎①该单色光在玻璃和水中传播的速度； ‎ ‎②水面形成的圆形光斑的半径(不考虑两个界面处的反射光线)．‎ ‎【答案】 ①，②.‎ ‎【解析】①由 可以求出光在水中的速度和在玻璃中的速度，②作出光路图，光在水与玻璃接触面发生全反射，由向何关系求出R.‎ ‎①由可知，光在水中的速度为： ‎ 光在玻璃中的速度为： ‎ ‎②如图所示：‎ 光恰好在水和空气的分界面发生全反射时： ‎ ‎【母题7】如图所示，一束平行单色光照射到半圆形玻璃砖的平面上，入射光线的方向与玻璃砖平面成45°角，玻璃砖对该单色光的折射率为，入射到A点的光线折射后，折射光线刚好射到圆弧的最低点B，照射到C点的光线折射后在圆弧面上的D点刚好发生全反射，半圆形玻璃砖的半径为R，求：‎ ‎①在B点的光线反射与折射后，反射光线与折射光线间的夹角大小；‎ ‎②OA间的距离及∠CDO各为多少？‎ ‎【答案】 ①105° ②‎ ‎【解析】①光线在平面上发生折射，设入射角为，折射角为r，‎ 由折射定律可知，‎ 求得，‎ ‎【点睛】光的折射定律：1.折射光线、入射光线和法线在同一平面内。（三线共面） 2.折射光线与入射光线分居法线两侧。（两线分居） 3.当光从空气斜射入其他介质中时，折射角小于入射角。 4.当光从其他介质中斜射入空气时，折射角大于入射角。（可以用光在不同介质中的传播速度不一样来记。）5.折射角随着入射角的增大而增大。 6.当光线垂直射向介质表面时，传播方向不改变，这时入射角与折射角均为0°。‎ ‎【母题8】半径为R的半圆柱形玻璃砖的截面如图所示，O为圆心，光线I沿半径方向从a点射入玻璃砖后，恰好在O点发生全反射，另一条光线II平行于光线I从最高点b射入玻璃砖后，在底边MN上的d点射出，若测得OD＝R/4，则该玻璃砖的折射率为多少？（可以使用根式）‎ ‎【答案】 ≈2.03‎ ‎【解析】设光线II的入射角和折射角分别为i和r，在DbOd中，‎ bd＝‎ 由折射定律有n＝‎ 即sini＝n 又因为光线I与光线II平行，且在O点恰好发生全反射，有：sini＝‎ 所以 ，从而得到：n=≈2.03‎ 点睛：本题是简单的几何光 问题，其基础是作出光路图，根据几何知识确定入射角与折射角，根据折射定律求解．‎ ‎【母题9】如图，一束单色光由左侧射入用透明材料制成的圆柱体，图示为轴线的截面图，圆柱体直径为1.2m，调整入射角，光线恰好在上界面处发生全反射，已知该透明材料的折射率为，真空中的光速，求：‎ ‎（1）的值（结果用反三角函数表示）；‎ ‎（2）光从射入到第一次射出圆柱体，在透明体中运动的时间。‎ ‎【答案】 (1) ,(2) ‎ ‎（2）由几何关系可知AB+BD=AE；所以 光在透明体中的速度为 在光在透明体中的传播时间为 ‎【母题10】半径为R的半圆柱形玻璃砖的截面如图所示，O为圆心，光线I沿半径方向从a点射入玻璃砖后，恰好在O点发生全反射，另一条光线II平行于光线I从最高点b射入玻璃砖后，在底边MN上的d点射出，若测得OD＝R/4，则该玻璃砖的折射率为多少？（可以使用根式）‎ ‎【答案】 ≈2.03‎ ‎【解析】解：设光线Ⅱ的入射角和折射角分别为i和r，‎