2021届高考物理一轮复习核心素养测评四十一光的折射全反射含解析

2021届高考物理一轮复习核心素养测评四十一光的折射全反射含解析

光的折射 全反射 ‎(45分钟　100分)‎ 一、选择题(本题共9小题，每小题6分，共54分，1～6题为单选题，7～9题为多选题)‎ ‎1.一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，图中能正确描述其光路的是 (　　)‎ ‎【解析】选A。光从玻璃砖射向空气时，如果入射角大于临界角，则发生全反射；如果入射角小于临界角，则在界面处既有反射光线，又有折射光线，但折射角应大于入射角，选项A正确，C错误；当光从空气射入玻璃砖时，在界面处既有反射光线，又有折射光线，且入射角大于折射角，选项B、D错误。‎ ‎2.实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随波长λ的变化符合科西经验公式：n=A++，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图所示，则 (　　)‎ 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 ‎【解析】选D。由n=A++，可知波长越长折射率越小，由于在可见光中红光的波长最长紫光的波长最短，所以红光的折射率最小、紫光的折射率最大，可见光通过三棱镜时红光偏折的最小、紫光偏折的最大，所以选项D正确，A、B、C错误。‎ ‎3.在“测定玻璃砖的折射率”的实验中，某同学在画玻璃砖下界面bb′时，上界面与aa′直线离开了一段距离，但aa′与bb′仍然平行，如图所示。如果其他操作不变，他测得玻璃砖的折射率比真实值将： (　　) ‎ 11‎ A.偏大 B.偏小 C.仍然准确 D.以上均有可能 ‎【解析】选B。光路如图所示：实线是实际光线，虚线是该同学所作的光线，可见，该同学利用插针法确定入射光线、折射光线后，按虚线光路测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实的折射角偏大，根据折射定律n=可知，测得的折射率偏小，故B正确。‎ ‎4.如图，一束白光沿半径方向从A点射入半圆形玻璃砖，在O点发生反射和折射，折射光照在光屏上，a、b为折射光的上下边界，c为反射光。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，可以观察到各色光在光屏上陆续消失，在光带未完全消失之前，下列说法正确的是 (　　) ‎ A.c光逐渐变暗 B.ab光带逐渐变亮 C.a光与b光相比，a光先消失 D.单色光a通过玻璃砖所需的时间小于单色光b通过玻璃砖所需的时间 ‎【解析】选D。在光带未完全消失之前，折射光线强度减弱，反射光线的强度加强，选项A、B均错误；a光与b光相比，b光偏折的程度大，其折射率大，临界角小，故b光先消失，选项C错误；b光折射率大，由n=，知单色光b在玻璃砖中的速度小，通过玻璃砖所需的时间长，选项D正确。‎ ‎5.如图所示，在空气中有一直角棱镜ABC，∠A =30°，一束单色光从AB边射入棱镜，‎ 11‎ 入射角为45°，最后垂直于BC边射出棱镜，则该棱镜的折射率为(　　) ‎ A.　　　B.　　　C.1.5　　　D.‎ ‎【解析】选B。由几何关系可知，光线射入棱镜时的折射角为30°，由光的折射定律可知：n==，选项B正确。‎ ‎6.如图所示，AOB为透明扇形玻璃砖，圆心角∠AOB=60°，OM为∠AOB的角平分线，一束平行于OM的单色光在空气中由OA边射入玻璃砖，经OA面折射后的光线恰好平行于OB。则下列说法中正确的是 (　　)‎ A.该玻璃的折射率为2‎ B.经OA面折射后的光线在AMB面都将发生全反射 C.该入射光在空气中的波长与在玻璃砖中的波长相等 D.该入射光在空气中的频率与在玻璃砖中的频率相等 ‎【解析】选D。画出光路图，并根据几何关系标出角度，如图所示，则该玻璃的折射率n==，选项A错误；画出经过OA面折射后恰好射到M点的折射光线，根据几何关系可知，该折射光线在AMB面的入射角为30°，因为sin30°=<==sinC，所以该折射光线在AMB面不能发生全反射，选项B错误；入射光在空气中的波速与在玻璃砖中的波速不同，但频率相等，所以波长不相等，选项C错误，D正确。‎ 11‎ ‎7.如图所示，一光束包含两种不同频率的单色光，从空气射向两面平行玻璃砖的上表面，玻璃砖下表面有反射层，光束经两次折射和一次反射后，从玻璃砖上表面分为a、b两束单色光射出。下列说法正确的是 (　　) ‎ A.a光的频率大于b光的频率 B.光束a在空气中的波长较大 C.出射光束a、b一定相互平行 D.a、b两色光从同种玻璃射向空气时，a光发生全反射的临界角大 ‎【解析】选A、C。作出光路图如题图所示，可知光从空气射入玻璃时a光的偏折程度较大，则a光的折射率较大，频率较大，故A正确；a光的频率较大，则波长较小，故B错误；因为a、b两光在玻璃砖上表面的折射角与反射后在上表面的入射角分别相等，根据几何知识可知出射光束一定相互平行，故C正确；因为a光的折射率较大，由临界角公式sinC=，知a光的临界角小，故D错误。‎ ‎8.如图所示，上、下表面平行的玻璃砖的厚度为L，玻璃砖的折射率n=，若光从上表面AB射入的入射角i=60°，光在真空中的光速为c，则 (　　)‎ A.折射角r=30°‎ B.光在玻璃中传播的时间为L 11‎ C.光在玻璃中传播的时间为 D.改变入射角i，光在下表面CD可能发生全反射 ‎【解析】选A、C。由n=，sinr===0.5，得r=30°，故A正确；光在玻璃中传播的速度为v=，由几何知识可知光在玻璃中传播的路程为s=，则光在玻璃中传播的时间为t====，故B错误，C正确；由于光在CD面上的入射角等于光在AB面上的折射角，根据光路可逆原理知光一定能从CD面射出，故D错误。‎ ‎9.如图，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a、b两束光线。则 (　　) ‎ A.在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度 B.在真空中，a光的波长小于b光的波长 C.玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率 D.若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，则折射光线a首先消失 E.分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距 ‎【解析】选A、B、D。由题图知，从玻璃砖射出时，入射角相同，a光的折射角大于b光的折射角，玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率，a光在玻璃中的传播速度比b光的小，a光的频率比b光的大，在真空中，a光的波长较短，a光形成的干涉条纹间距较小，选项A、B正确，C、E错误；a光的全反射临界角较小，当入射角θ增大时，a光先发生全反射，折射光线先消失，选项D正确。‎ 二、计算题(16分，需写出规范的解题步骤)‎ ‎10.(2019·茂名模拟)一个半径为R，横截面积为四分之一圆的透明柱体水平放置，如图所示。一束光平行于DC方向射到柱体BD面的A点，入射角i=60°；进入柱体内部后，在BC 11‎ 面经过一次反射后恰好从柱体的D点射出。已知光在真空中的传播速度为c，求：‎ ‎(1)透明柱体的折射率n；‎ ‎(2)光在该柱体内的传播时间t。‎ ‎【解析】(1)如图，根据反射成像的对称性，‎ 可知β=2γ=60°，折射角γ=30°‎ 由折射率=n，得n=；‎ ‎(2)由折射率n=，‎ 柱体中光程AF=2Rcos30°，‎ 综上得光在柱体中传播时间 t==，得t=。‎ 答案：(1)　(2)‎ ‎【加固训练】如图为半径为R= m的固定半圆形玻璃砖的横截面，O点为圆心，OO′为直径MN的垂线。足够大的光屏PQ紧靠在玻璃砖的右侧且与MN垂直。某同学把一束包含有对该玻璃砖的折射率从n1=到n2=的复色光，沿半径方向与OO′成θ=30°角射向O点，他发现光屏上出现了彩色光带。‎ 11‎ ‎(1)求彩色光带的宽度；‎ ‎(2)当复色光入射角逐渐增大时，光屏上的彩色光带将变成一个光点，求θ角至少为多少？‎ ‎【解析】根据折射定律求出折射角，几何关系求解两个光斑之间的距离；为使光屏上的彩色光带消失，要使光线发生全反射。由于n11，说明实验时光由A经过O到D，选项A、B正确；在由空气进入该玻璃砖时，光的频率不变，光的波长变为原来的，选项C错误；以入射角i=60°由空气进入该玻璃砖时，由折射定律n=，其折射角的正弦值为sinr=sini=×=，选项D正确。‎ ‎12.(20分)如图所示为某种透明材料制成的一柱形棱镜的横截面图，CD是半径为R的四分之一圆，圆心为O；光线从AB面上的M点入射，入射角为θ，光进入棱镜后恰好在BC面上的O点发生全反射，然后由CD面射出。已知OB段的长度为L，真空中的光速为c。求：‎ ‎(1)透明材料的折射率n；‎ ‎(2)该光在透明材料内传播的时间t。‎ ‎【解析】(1)设光线在AB面的折射角为r，光路如图所示。‎ 11‎ 根据折射定律得：‎ n=‎ 设棱镜的全反射临界角为θc，由题意，‎ 光线在BC面恰好发生全反射，‎ 得到sinθc=‎ 由几何知识可知r+θc=90°‎ 联立可得n=‎ ‎(2)光在棱镜中的传播速度 v=；‎ 由几何知识可得 MO==nL 传播时间为 t==‎ 答案：(1)‎ ‎(2)‎ ‎【加固训练】一半径为R的球体放置在水平面上，球体由折射率为的透明材料制成。现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，‎ 11‎ 折射入球体后再从竖直表面射出，如图所示。已知入射光线与桌面的距离为R，光在真空中的传播速度为c，求：‎ ‎(1)出射角θ；‎ ‎(2)光穿越球体的时间。‎ ‎【解析】(1)作出光路图如图所示：‎ 设入射光线与球体的交点为C，连接OC，OC即为入射点的法线。因此，图中的角α为入射角。过C点作球体水平表面的垂线，垂足为B，如图所示。‎ 依题意，∠COB=α 又由△OBC知sinα=‎ 设光线在C点的折射角为β，‎ 由折射定律得n=，联立得β=30°‎ 由几何关系知，光线在球体的竖直表面上的入射角γ如图所示为30°‎ 由折射定律得=，‎ 因此sinθ=，‎ 解得θ=60°。‎ ‎(2)由几何知识知△ACO为等腰三角形，故 11‎ ‎2AC·cos30°=R 光线在球体内的传播速度为v=‎ 设光穿越球体的时间为t，则t=‎ 联立得t=。‎ 答案：(1)60°　(2)‎ 11‎