(通用版)2021版高考物理大一輪復(fù)習(xí) 課后限時集訓(xùn)41 光的折射 全反射 光的色散

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1、課后限時集訓(xùn)41 光的折射 全反射 光的色散 建議用時:45分鐘 1.(多選)一束單色光從真空斜射向某種介質(zhì)的表面,光路如圖所示。下列說法中正確的是(  ) A.此介質(zhì)的折射率等于1.5 B.此介質(zhì)的折射率等于 C.當(dāng)光線從介質(zhì)射向真空中時,入射角大于45°時可發(fā)生全反射現(xiàn)象 D.當(dāng)光線從介質(zhì)射向真空中時,入射角小于30°時可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 E.光進(jìn)入介質(zhì)后波長變短 BCE [由題圖及折射率定義得,n==,選項A錯,B對;當(dāng)光線從介質(zhì)射向真空中時,發(fā)生全反射的臨界角C滿足sin C=,解得C=45°,即入射角大于等于45°時可發(fā)生全反射現(xiàn)象,選項C對,D錯;光進(jìn)入介

2、質(zhì)后光速變小,而頻率不變,由λ=知,選項E對。] 2.(多選)水下一點(diǎn)光源,發(fā)出a、b兩單色光。人在水面上方向下看,水面中心Ⅰ區(qū)域有a光、b光射出,Ⅱ區(qū)域只有a光射出,如圖所示。下列判斷正確的是(  ) A.a(chǎn)、b光從Ⅰ區(qū)域某點(diǎn)傾斜射出時,a光的折射角小 B.在真空中,a光的波長大于b光的波長 C.水對a光的折射率大于對b光的折射率 D.水下b光不能射到圖中Ⅱ區(qū)域 E.水下a、b光能射到圖中Ⅱ區(qū)域以外區(qū)域 ABE [根據(jù)題述可知.b光發(fā)生全反射的臨界角較小,由sin C=可知,水對b光的折射率較大,對a光的折射率較小,a、b光從Ⅰ區(qū)域某點(diǎn)傾斜射出時,a光的折射角小,A正確,C

3、錯誤;由折射率隨光的頻率的增大而增大可知,a光的頻率較小,波長較長,B正確;水下b光能射到題圖中Ⅱ區(qū)域,由于水下b光在題圖中Ⅱ區(qū)域發(fā)生了全反射,Ⅱ區(qū)域只有a光射出,D錯誤;水下a、b光能射到題圖中Ⅱ區(qū)域以外區(qū)域,由于發(fā)生了全反射,不能射出水面,E正確。] 3.(多選)如圖所示,一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚,在玻璃磚底面上的入射角為θ,經(jīng)折射后射出a、b兩束光線。則(  ) A.在玻璃中,a光的傳播速度小于b光的傳播速度 B.在真空中,a光的波長小于b光的波長 C.在真空中,a光的波長大于b光的波長 D.玻璃磚對a光的折射率小于對b光的折射率 E.若改變光束的入射方向使

4、θ角逐漸變大,則折射光線a首先消失 ABE [通過題圖可看出,折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度,玻璃磚對a光的折射率大于b光的折射率,選項D錯誤;a光的頻率大于b光的頻率,波長小于b光的波長,選項B正確,C錯誤;由n=知,在玻璃中,a光的傳播速度小于b光的傳播速度,選項A正確;入射角增大時,折射率大的光線首先發(fā)生全反射,a光首先消失,選項E正確。] 4.(多選)如圖所示,空氣中有兩塊材質(zhì)不同、上下表面平行的透明玻璃板平行放置;一束由紅、藍(lán)兩種色光混合而成的細(xì)光束,從空氣中以某一角度θ(0<θ<90°)入射到第一塊玻璃板的上表面。下列說法正確的是(  ) A.在第一塊玻璃板下表面

5、一定有出射光 B.在第二塊玻璃板下表面一定沒有出射光 C.第二塊玻璃板下表面的出射光方向一定與入射光方向平行 D.第二塊玻璃板下表面的出射光一定在入射光延長線的左側(cè) E.第一塊玻璃板下表面的兩條出射光線中藍(lán)光一定在紅光的右側(cè) ACD [光線從第一塊玻璃板的上表面射入,在第一塊玻璃板上表面的折射角和下表面的入射角相等,根據(jù)光路可逆性知,光在第一塊玻璃板下表面一定有出射光,同理,在第二個玻璃板下表面也一定有出射光,A正確,B錯誤;因?yàn)楣庠诓AО迳媳砻娴恼凵浣呛拖卤砻娴娜肷浣窍嗟?,根?jù)光路可逆性知,下表面的出射光的折射角和上表面的入射光的入射角相等,即兩光線平行,所以第二塊玻璃板下表面的出

6、射光方向一定與入射光方向平行,C正確;光線在玻璃板中發(fā)生偏折,由于折射角小于入射角,可知第二塊玻璃板下表面的出射光一定在入射光延長線的左側(cè),D正確;藍(lán)光的頻率大于紅光的頻率,所以玻璃板對藍(lán)光的折射率大于對紅光的折射率,故藍(lán)光的偏折程度大,出射光線中藍(lán)光在紅光的左側(cè),E錯誤。] 5.(多選)(2019·武漢模擬)如圖所示,有一束平行于等邊三棱鏡截面ABM的單色光從空氣射向E點(diǎn),并偏折到F點(diǎn)。已知入射方向與邊AB的夾角為θ=30°,E、F分別為邊AB、BM的中點(diǎn),則(  ) A.該三棱鏡對該單色光的折射率為 B.光在F點(diǎn)發(fā)生全反射 C.光從空氣進(jìn)入棱鏡,波長變短 D.從F點(diǎn)出射的光束

7、與入射到E點(diǎn)的光束可能平行 E.從F點(diǎn)出射的光束與入射到E點(diǎn)的光束偏向角為60° ACE [在E點(diǎn)作出法線可知入射角為i=60°,折射角為r=30°,由折射定律可知折射率n==,A正確;由sin C=可知全反射的臨界角大于30°,由光路可知,在邊BM上的入射角等于30°,小于全反射的臨界角,故不會發(fā)生全反射,B錯誤;根據(jù)公式n===,得λ介=,可知光從空氣進(jìn)入棱鏡,波長變短,C正確;三棱鏡兩次折射使得光線都向AM邊偏折,不會與入射到E點(diǎn)的光束平行,D錯誤;從F點(diǎn)出射的光束與入射到E點(diǎn)的光束偏向角為2(i-r)=60°,E正確。] 6.現(xiàn)要估測一矩形玻璃磚的折射率n,給定的器材有:待測玻璃

8、磚、白紙、鉛筆、大頭針1枚、直尺、直角三角板。實(shí)驗(yàn)時,先將直尺的一端O和另一點(diǎn)M標(biāo)上明顯的標(biāo)記,再將玻璃磚平放在白紙上,沿其兩個長邊在白紙上畫出兩條直線AB、CD,再將直尺正面緊貼玻璃磚的左邊緣放置,使O點(diǎn)與直線CD相交,并在白紙上記下點(diǎn)O、M的位置,如圖所示,然后在右上方通過AB所在界面向左下方觀察,調(diào)整視線方向,直到O點(diǎn)的像與M點(diǎn)的像重合,再在AB直線上插上大頭針,使大頭針擋住M、O的像,記下大頭針P點(diǎn)的位置。 (1)請在原圖上作出光路圖; (2)計算玻璃磚的折射率的表達(dá)式為:n=________(用字母P和圖中已知線段字母表示)。 [解析] (1)調(diào)整視線方向,當(dāng)O點(diǎn)的像和M點(diǎn)

9、的像重合時,從O點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)玻璃磚折射后與從M點(diǎn)發(fā)出的光線經(jīng)AB面反射后重合。在觀察的一側(cè)插上大頭針,使大頭針擋住M、O的像,則大頭針的位置為折射光線射出玻璃磚的點(diǎn)和從M點(diǎn)發(fā)出的光線在AB面上的反射點(diǎn),如圖所示。 (2)折射率n===。 [答案] (1)光路圖見解析 (2) 7.(2019·泰安二模)如圖為用一個折射率為n=的透明介質(zhì)做成的四棱柱的橫截面圖,其中∠A=∠C=90°,∠B=60°。現(xiàn)有一條光線從圖示的位置垂直入射到棱鏡的AB面上,請回答下列問題: (1)畫出完整的光路圖,確定射出的光線。(標(biāo)注好角的度數(shù)) (2)為實(shí)現(xiàn)上述光路,該透明介質(zhì)的折射率取值應(yīng)該在什么

10、范圍? [解析] (1)光路圖如圖所示。 (2)為滿足和原光路圖相一致,即必須滿足在CD邊能發(fā)生折射,AB邊發(fā)生全反射 即臨界角30°

11、射時,在玻璃柱中反射的次數(shù)最多,所用的時間最長。 臨界角C滿足sin C=,解得C=60°, 光路如圖所示, 設(shè)在玻璃柱壁上兩次反射之間沿軸線前進(jìn)的距離為x,則x=dtan C=6.93 cm,光束從進(jìn)入到第一次反射沿軸線前進(jìn)=3.47 cm, 所以N-1===5.27, 光最多可以在玻璃柱中反射N=6次; 光在玻璃柱中傳播的最長距離s== m=0.46 m, 光在玻璃柱中傳播的最長時間t== s=1.8×10-9 s。 [答案] 6 1.8×10-9 s 9.(2019·信陽市模擬)如圖所示,半徑為R、球心為O的玻璃半球置于半徑為R的上端開口的薄圓筒上,一束單色光a沿豎

12、直方向從B點(diǎn)射入半球表面,OB與豎直方向夾角為60°,經(jīng)兩次折射后,出射光線與BO連線平行,求: (1)玻璃的折射率; (2)光射在圓筒側(cè)面C點(diǎn)到半球下表面的距離CD。 [解析] (1)作出光經(jīng)過玻璃半球的光路示意圖如圖所示。 根據(jù)折射定律可知 n== 根據(jù)幾何關(guān)系可知β=60° 則有α=θ=30°,所以n=。 (2)根據(jù)以上幾何關(guān)系可知2cos 30°=R,tan 60°=,解得=R。 [答案] (1) (2)R 10.(2019·鄭州二模)如圖所示,ABCD是某種透明材料的截面,AB面為平面,CD面是半徑為R的圓弧面,O1O2為對稱軸,一束單色光從O1點(diǎn)斜射到A

13、B面上折射后照射到圓弧面上E點(diǎn),剛好發(fā)生全反射。已知單色光在AB面上入射角α的正弦值為,DO2⊥CO2,透明材料對單色光的折射率為,光在真空中傳播速度為c,求: (1)O1O2與O2E的夾角θ的大?。? (2)光在透明材料中傳播的時間(不考慮光在BC面的反射)。(結(jié)果可以用根號表示) [解析] 本題通過直線和曲線界面的組合考查光的折射和反射問題。 (1)由折射定律有n=, 可得r=30°, 光在圓弧面上E點(diǎn)剛好發(fā)生全反射,因此 有sin C==, 臨界角C=60°, 由幾何關(guān)系可知r+θ=C, θ=30°。 (2)由幾何關(guān)系知O1E=R,光在E點(diǎn)的反射光線EF平行于AB,則EF=Rsin 45°-Rsin 30°, EF=, 光在材料中傳播的速度為v==c, 因此材料中傳播時間為t=, t=。 [答案] (1)30° (2) 7

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