专题51 光的折射、全反射、光的色散—七年高考（2011-2017）物理试题分项精析版

专题51 光的折射、全反射、光的色散—七年高考（2011-2017）物理试题分项精析版

一、单项选择题 ‎1．【2016·上海卷】一束单色光由空气进入水中，则该光在空气和水中传播时 A．速度相同，波长相同 B．速度不同，波长相同 C．速度相同，频率相同 D．速度不同，频率相同 ‎【答案】D ‎【解析】不同的单色光频率不相同，同一单色光在不同的介质内传播过程中，光的频率不会发生改变；由公式可以判断，水的折射率大于空气的，所以该单色光进入水中后传播速度减小。故选项D正确。‎ ‎【考点定位】光的传播、光速、波长与频率的关系 ‎【方法技巧】本题分析时要抓住光在不同介质中传播频率不变这个特征，应用公式公式分析光进入不同介质中的传播速度。‎ ‎2．【2016·四川卷】某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n。如图甲所示，O是圆心，MN是法线，AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径。该同学测得多组入射角i和折射角r，做出sin i-sin r图像如图乙所示。则 A．光由A经O到B，n=1.5 B．光由B经O到A，n=1.5‎ C．光由A经O到B，n=0.67 D．光由B经O到A，n=0.67‎ ‎【答案】B 考点：光的折射定律 ‎【名师点睛】此题是几何光学问题，但是是用函数图像表示的折射角和入射角正弦的关系，起码要知道的是介质的折射率都是大于1的，折射率等于“大角”的正弦与“小角”的正弦比值，而在空气中的“角”比较大.‎ ‎3．【2011·安徽卷】实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随着波长的变化符合科西 经验公式：，其中A、B、C是正的常量。太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如下图所示。则 ‎ 屏 a b ca d A．屏上c处是紫光 B．屏上d处是红光 C．屏上b处是紫光 D．屏上a处是红光 ‎【答案】D ‎【考点定位】光的折射，光的色散 ‎4．【2011·福建卷】如图，半圆形玻璃砖置于光屏PQ的左下方。一束白光沿半径方向从A 点射入玻璃砖，在O点发生反射和折射，折射光在白光屏上呈现七色光带。若入射点由A向B缓慢移动，并保持白光沿半径方向入射到O点，观察到各色光在光屏上陆续消失。在光带未完全消失之前，反射光的强度变化以及光屏上最先消失的光分别是 A．减弱，紫光 B．减弱，红光 C．增强，紫光 D．增强，,红光 ‎【答案】C ‎【解析】光线从光密介质到光疏介质，入射角增大则反射光的强度增强；因紫色光的折射率最大，发生全反射的临界角最小，故紫光最先发生全反射，在光屏上最先消失，C正确 ‎【考点定位】光的折射，全反射 ‎5．【2011·全国卷】雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹。设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是 ‎ A．紫光、黄光、蓝光和红光 B．紫光、蓝光、黄光和红光 C．红光、蓝光、黄光和紫光 D．红光、黄光、蓝光和紫光 ‎【答案】B ‎【考点定位】光的折射 ‎6．【2013·福建卷】一束由红、紫两色光组成的复色光，从空气斜射向玻璃三棱镜。下面四幅图中能正确表示该复色光经三棱镜折射分离成两束单色光的是（ ）‎ ‎【答案】 B ‎【解析】 当光由空气斜射向三棱镜时，将发生光的折射现象，且入射角大于折射角，故选项C、D错误；由于玻璃对紫光的折射率比对红光的折射率大，因此进入玻璃时紫光的折射角比红光的折射角小，故选项A错误；选项B正确。‎ ‎【考点定位】本题主要考查光的折射，属于容易题。‎ ‎7．【2013·北京卷】如图所示，一束可见光射向半圆形玻璃砖的圆心O，经折射后分为两束单色光a和b。下列判断正确的是 A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率 B．a光的频率大于b光的频率 C．在真空中a光的波长大于b光的波长 D．a光光子能量小于b光光子能量 ‎【答案】B ‎【解析】根据光路可逆知识，a光的入射角大于b光，但折射角相等，根据可知介质对a光的折射率大于对b光的折射率，A错；根据频率与折射率的关系，a光频率大于B光频率，B对；根据可知，C错误；由于频率高，光子能量大，D错误。‎ ‎【考点定位】本题考查了不同频率光在介质中的折射率、波长等光学知识。‎ ‎8．【2015·四川·3】直线P1P2过均匀玻璃球球心O，细光束a、b平行且关于P1P2对称，由空气射入玻璃球的光路如图。a、b光相比 A．玻璃对a光的折射率较大 B．玻璃对a光的临界角较小 C．b光在玻璃中的传播速度较小 D．b光在玻璃中的传播时间较短 ‎【答案】C ‎【考点定位】对折射率、临界角、光的折射定律的理解与应用。‎ ‎9．【2013·浙江卷】与通常观察到的月全食不同，小虎同学在2012年12月10日晚观看月全食时，看到整个月亮是暗红的。小虎画了月全食的示意图，并提出了如下猜想，其中最为合理的是（ ）‎ A．地球上有人用红色激光照射月球 B．太阳照射到地球的红光反射到月球 C．太阳光中的红光经地球大气层折射到月球 D．太阳光中的红光在月球表面形成干涉条纹 ‎【答案】 C ‎【解析】当太阳、地球、月球在同一直线上，地球位于太阳与月球之间时，太阳发出的沿直线传播的 光被不透明的地球完全挡住，光线照不到月球上，在地球上完全看不到月球的现象就是月全食．看到整个月亮是暗红的，是因为太阳光中的红光经地球大气层折射到月球．故C正确，A、B、D错误．故选C ‎【考点定位】光的折射定律。‎ ‎10．【2014·福建卷】如图，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路图的是（ ）‎ ‎【答案】A ‎【解析】光从空气进入玻璃在分界面上会发生折射，且折射角小于入射角，故B、D错误；光从玻璃进入空气折射角应大于入射角，所以C错误；从光密进入光梳，若满足入射角大于临界角的情况，则会发生全反射，故A正确。‎ ‎【考点定位】本题考查光的折射、全反射 ‎11．【2014·四川卷】如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形玻璃缸底有一发光小球，则（ ）‎ A．小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球 B．小球所发的光能从水面任何区域射出 C．小球所发的光从水中进入空气后频率变大 D．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大 ‎【答案】D ‎【考点定位】 光的折射 全反射 光的频率 ‎12．【2014·重庆卷】（6分）打磨某剖面如图1所示的宝石时，必须将OP、OQ边与轴线的夹角切磨在的范围内，才能使从MN边垂直入射的光线，在OP边和OQ边都发生全反射（仅考虑如图所示的光线第一次射到OP边并反射到OQ过后射向MN边的情况），则下列判断正确的是 A．若，光线一定在OP边发生全反射 B．若，光线会从OQ边射出 C．若，光线会从OP边射出 D．若，光线会在OP边发生全反射 ‎【答案】D ‎【考点定位】本题考查了光的折射和全反射.‎ ‎13．【2014·北京卷】以往，已知材料的折射率都为正值（n>0）。现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值（n<0），称为负折射率材料。位于空气中的这类材料，入射角i与折射角r依然满足sini/sinr=n，但是折射线与入射线位于法线的同一侧（此时折射角取负值）。若该材料对于电磁波的折射率n=1，[正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是 ‎【答案】B ‎【解析】根据题目所给负折射率的意义，折射角和入射角应该在法线的一侧，A、D错误；该材料的折射率等于1，说明折射角和入射角相等，B正确，C错误。‎ ‎【考点定位】考查了折射率的意义 ‎14．【2015·重庆·11（1）】虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球来说明。两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带，光路如图所示。M、N、P、Q点的颜色分别为 A．紫、红、红、紫 B．红、紫、红、紫 C．红、紫、紫、红 D．紫、红、紫、红 ‎【答案】A ‎【解析】 白光中的可见光部分从红到紫排列，对同一介质的折射率，由折射定律知紫光的折射角较小，由光路可知，紫光将到达M点和Q点，而红光到达N点和P点，故选A。‎ ‎【考点定位】光的折射和全反射、光路、折射率。‎ ‎15．【2015·福建·13】如图所示，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，波长分别为λa、λb，该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb。则 （ ）‎ A．λa<λb，na >nb B．λa>λb，na λb，na >nb ‎【答案】B ‎【考点定位】光的折射、折射率 ‎16．【2015·天津·2】中国古人对许多自然现象有深刻认识，唐人张志和在《玄真子。涛之灵》中写道：“雨色映日而为虹”，从物理学的角度看，虹时太阳光经过雨滴的两次折射和一次反射形成的，右图是彩虹成因的简化示意图，其中a、b时两种不同频率的单色光，则两光 A．在同种玻璃种传播，a光的传播速度一定大于b光 B．以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，b光侧移量大 C．分别照射同一光电管，若b光能引起光电效应，a光一定也能 D．以相同的入射角从水中射入空气，在空气张只能看到一种光时，一定是a光 ‎【答案】C ‎【考点定位】光的反射、折射、全反射及光电效应。‎ ‎17．【2011·浙江卷】“B超”可用于探测人体内脏的病变状况。下图是超声波从肝脏表面入射，经折射与反射，最后从肝脏表面射出的示意图。超声波在进入肝脏发生折射时遵循的规律与光的折射规律类似，可表述为（式中是入射角，是折射角，、为别是超声波在肝外和肝内的传播速度），超声波在肿瘤表面发生反射时遵循的规律与光的反射规律相同，已知入射点与出射点之间的距离是d，入射角为，肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行，则肿瘤离肝脏表面的深度h为 A． B． ‎ C． D． ‎ ‎【答案】D ‎【解析】已知入射角为，设折射角为，根据题意有、，而，解得。‎ ‎【考点定位】光的折射 ‎18．【2011·重庆卷】在一次讨论中，老师问道：“假如水中相同深度处有a、b、c三种不同颜色的单色点光源，有人在水面上方同等条件下观测发现，b在水下的像最深，c照亮水面的面积比a的大。关于这三种光在水中的性质，同学们能做出什么判断？”有同学回答如下：①c光的频率最大；②a光的传播速度最小；③b光的折射率最大；④a光的波长比b光的短。根据老师的假定，以上回答正确的是 A．①② B．①③ C．②④ D．③④‎ ‎【答案】C ‎【考点定位】光的折射，光的全反射 ‎19．【2012北京卷】一束单色光经由空气射入玻璃，这束光的 A．速度变慢，波长变短 B．速度不变，波长变短 ‎ C．频率增高，波长变长 D．频率不变，波长变长 ‎【答案】A ‎【解析】一束单色光经由空气射入玻璃，是由光疏介质进入光密介质，由可知，光的传播速度变慢；一单色光在不同的介质中传播时频率不变，由可知，波长变短；综上所述可知选项A正确，选项BCD错误．‎ ‎【考点定位】本题考查了光的折射和波长、频率和波速的关系 ‎20．【2015·安徽·18】如图所示，一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上，经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气。当出射角和入射角i相等时，出射光线相对于入射光线偏转的角度为。已知棱镜顶角为α，则计算棱镜对该色光的折射率表达式为 A． B． C． D．‎ ‎【答案】A ‎【解析】由几何关系，得入射角等于，折射角等于，所以折射率为，故选A。‎ ‎【考点定位】考查折射率知识。‎ ‎21．【2012·四川卷】a、b两种单色光组成的光束从介质进入空气时，其折射光束如图所示。用a、b两束光 A．先后照射双缝干涉实验装置，在缝后屏上都能出现干涉条纹，由此确定光是横波 B．先后照射某金属，a光照射时恰能逸出光电子，b光照射时也能逸出光电子 C．从同一介质以相同方向射向空气，其界面为平面，若b光不能进入空气，则a光也不能进入空气 D．从同一介质以相同方向射向空气，其界面为平面，a光的反射角比b光的反射角大 ‎【答案】C ‎【考点定位】本题考查光的折射、反射、光电效应等相关知识 ‎22．【2017·北京卷】如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为a、b两束单色光。如果光束b是蓝光，则光束a可能是 A．红光 B．黄光 C．绿光 D．紫光 ‎【答案】D ‎【考点定位】光的折射 ‎【名师点睛】由教材中白光通过三棱镜时发生色散的演示实验可知，光线在进入棱镜前后偏折角度越大，棱镜对该光的折射率越大，该光的频率越大。‎ ‎23．【2017·天津卷】明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b，下列说法正确的是 A．若增大入射角i，则b光先消失 B．在该三棱镜中a光波长小于b光 C．a光能发生偏振现象，b光不能发生 D．若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则a光的遏止电压低 ‎【答案】D ‎【解析】设折射角为α，在右界面的入射角为β，根据几何关系有：，根据折射定律：，增大入射角i，折射角α增大，β减小，而β增大才能使b光发生全反射，故A错误；由光路图可知，a光的折射率小于b光的折射率（），则a光的波长大于b光的波长（），故B错误；根据光电效应方程和遏止电压的概念可知：最大初动能，再根据动能定理：，即遏止电压，可知入射光的频率越大，需要的遏止电压越大，，则a光的频率小于b光的频率（），a光的遏止电压小于b光的遏止电压，故D正确；光是一种横波，横波有偏振现象，纵波没有，有无偏振现象与光的频率无关，故C错误。‎ ‎【考点定位】光的折射，全反射，几何光学 ‎【名师点睛】‎ 本题考查的知识点较多，涉及光的折射、全反射、光电效应方程、折射率与波长的关系、横波和纵波的概念等，解决本题的关键是能通过光路图判断出两种光的折射率的关系，并能熟练利用几何关系。‎ 二、多项选择题 ‎1．【2012·天津卷】半圆形玻璃砖横截面如图，AB为直径，O点为圆心。在该截面内有a、b两束单色可见光从空气垂直于AB射入玻璃砖，两入射点到O的距离相等。两束光在半圆边界上反射和折射的情况如图所示，则a、b两束光 A．在同种均匀介质中传播，a光的传播速度较大 B．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角大 C．若a光照射某金属表面能发生光电效应，b光也一定能 D．分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距大 ‎【答案】ACD ‎【考点定位】本题考查光的反射、折射、全反射及其相关知识 ‎2．【2013·天津卷】固定的半圆形玻璃砖的横截面如图，O点为圆心，OO’为直径MN的垂线，足够大的光屛PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN。由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射光线与OO’夹角θ较小时，光屛NQ区域出现两个光斑，逐渐增大θ角，当θ=α时，光屛NQ区域A光的光斑消失，继续增大角，当θ=β时，光屛NQ区域B光的光斑消失，则（　　）‎ A．玻璃砖对A光的折射率比对B光的大 B．A光在玻璃砖中传播速度比B光的大 C．α＜θ＜β时，光屛上只有1个光斑 D．β＜θ＜时，光屛上只有1个光斑 ‎【答案】AD ‎【考点定位】 反射定律和折射定律、全反射。‎ 三、非选择题 ‎1．【2016·海南卷】如图，半径为R的半球形玻璃体置于水平桌面上，半球的上表面水平，球面与桌面相切于A点。一细束单色光经球心O从空气中摄入玻璃体内（入射面即纸面），入射角为45°，出射光线射在桌面上B点处。测得AB之间的距离为。现将入射光束在纸面内向左平移，求射入玻璃体的光线在球面上恰好发生全反射时，光束在上表面的入射点到O点的距离。不考虑光线在玻璃体内的多次反射。‎ ‎【答案】R ‎【解析】当光线经球心O入射时，光路图如图（a）所示。设玻璃的折射率为n，由折射定律有 n=①‎ 式中，入射角i=45°，γ为折射角。‎ ‎△OAB为直角三角形，因此sin γ=②‎ 发生全反射时，临界角C满足sin C=③‎ ‎【考点定位】折射定律、全反射 ‎【名师点睛】本题是简单的几何光学问题，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。‎ ‎2．【2016·全国新课标Ⅰ卷】（10分）如图，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为3.0 m。从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为。‎ ‎（i）求池内的水深；‎ ‎（ii）一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到地面的高度为2.0 m。当他看到正前下方的点 光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45°。求救生员的眼睛到池边的水平距离（结果保留1位有效数字）。‎ ‎【答案】（i）m≈2.6 m （ii）0.7 m ‎【解析】（i）如图，设到达池边的光线的入射角为i。依题意，水的折射率n=，光线的折射角θ=90°。‎ 由折射定律有 nsin i=sin θ①‎ 由几何关系有 sin i=②‎ 式中，l=3 m，h是池内水的深度。联立①②式并代入题给数据得 h=m≈2.6 m③‎ ‎【考点定位】光的折射定律 ‎【名师点睛】本题主要考查了光的折射定律的应用；解题关键是根据题意画出完整的光路图，然后根据光的折射定律结合几何关系列出方程求解；此题意在考查考生应用数学处理物理问题的能力。‎