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2019-2020年高考物理一轮复习
13.1光的折射全反射知能检测1.一条光线以40°的入射角从真空射到平板透明材料上,光的一部分被反射,一部分被折射,折射光线与反射光线的夹角可能是 A.小于40°B.在50°~100°之间C.在100°~140°之间D.大于140°解析由=n>1,折射角θ2<θ1=40°,由反射定律得θ3=θ1=40°,如图所示,故折射光线与反射光线的夹角φ=180°-θ3-θ2=140°-θ2,则100°<φ<140°.答案C2.如图所示,红色细光束a射到折射率为的透明球表面,入射角为45°,在球的内壁经过一次反射后,从球面射出的光线为b,则入射光线a与出射光线b之间的夹角α为 A.30° B.45°C.60°D.75°解析由折射定律有=,得折射角θ=30°.画出光路图,由几何关系知,夹角α=30°,A正确.答案A3.如图所示是一观察太阳光谱简易装置,一加满清水的碗放在有阳光的地方,将平面镜M斜放入水中,调整其倾斜角度,使太阳光经水面折射再经水中平面镜反射,最后由水面折射回空气射到室内白墙上,即可观察到太阳光谱的七色光带.逐渐增大平面镜的倾斜角度,各色光将陆续消失,则此七色光带从上到下的排列顺序以及最先消失的光分别是 A.红光→紫光,红光B.紫光→红光,红光C.红光→紫光,紫光D.紫光→红光,紫光解析根据折射定律作出光路图可知,此七色光带从上到下的排列顺序是红光→紫光;因为紫光的折射率n最大,根据公式sinC=1/n可知,其从水中射向水平面时发生全反射的临界角最小,所以最先消失.综上分析,正确选项为C.答案C4.xx年高考山东理综如图所示,ABCD是一直角梯形棱镜的横截面,位于截面所在平面内的一束光线由O点垂直AD边射入.已知棱镜的折射率n=,AB=BC=8cm,OA=2cm,∠OAB=60°.1求光线第一次射出棱镜时,出射光线的方向.2第一次的出射点与C点的距离为多少?解析设发生全反射的临界角为C,由折射定律得sinC=,代入数据得C=45°.光路图如图所示.由几何关系可知光线在AB边和BC边的入射角均为60°,均发生全反射,设光线在CD边的入射角为α,折射角为β,由几何关系得α=30°,小于临界角,光线第一次射出棱镜是在CD边,由折射定律得n=,代入数据得β=45°.结合几何知识可知出射点距离C点的距离为cm答案1与DC边成45°角,斜向左下方 2cm[限时检测]时间45分钟,满分100分[命题报告·教师用书独具]知识点题号对光的折射、全反射现象的认识
1、
2、9光的折射定律的应用
3、
10、11全反射的条件及应用
5、7光的色散现象4光的折射率的计算6光的折射和全反射的综合
8、12
一、选择题本题共10小题,每小题7分,共70分,每小题只有一个选项正确,把正确选项前的字母填在题后的括号内1.酷热的夏天,在平坦的柏油公路上,你会看到在一定距离之外,地面显得格外明亮,仿佛是一片水面,似乎还能看到远处车、人的倒影.但当你靠近“水面”时,它却随你靠近而后退.对此现象正确的解释是 A.出现的是“海市蜃楼”,是由于光的折射造成的B.“水面”不存在,是由于酷热难耐,人产生的幻觉C.太阳辐射到地面,使地表温度升高,折射率大,发生全反射D.太阳辐射到地面,使地表温度升高,折射率小,发生全反射解析酷热的夏天地面温度高,地面附近空气的密度小,空气的折射率下小上大,远处车、人反射的太阳光由光密介质射入光疏介质发生全反射.答案D2.很多公园的水池底都装有彩灯,当一细束由红、蓝两色组成的灯光从水中斜射向空气时,关于光在水面可能发生的反射和折射现象,下列光路图中正确的是 解析红光、蓝光都要发生反射,红光的折射率较小,所以红光发生全反射的临界角较蓝光大,蓝光发生全反射时,红光不一定发生,故C正确.答案C3.xx年高考北京理综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,波长变长解析单色光从空气射入玻璃,光的频率f不变;波长λ=,其中λ0为光在空气中的波长,n为玻璃对空气的折射率,n>1,故波长变短;光速v=λf,故光的速度变慢,所以选项A正确.答案A4.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、蓝光和紫光解析由太阳光第一次进入水珠时的色散即可作出判断,把水珠看作三棱镜,向下偏折程度最大的光线一定是紫光,偏折程度最小的是红光,从图上可看出,a是紫光,d是红光,则b是蓝光,c是黄光,所以正确选项为B.答案B5.如图所示,激光器固定在转台上发出一束细光,转台在某液体中匀速转动,使激光束在竖直平面内扫描,扫描一周的时间为T=32s.激光束转动方向如图中箭头所示,该液体的折射率为.一个周期T内在液面上方能观察到激光束的时间是 A.4sB.8sC.16sD.32s解析光从水射向空气可能发生全反射,sinC=,知全反射的临界角C=45°,入射角小于45°的光线能射出水面,由对称性知,能射出水面的入射光的最小夹角θ=90°,故时间t=T=8s,B正确.答案B6.如图所示,一个三棱镜的截面为等腰直角△ABC,∠A为直角.此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边,进入棱镜后直接射到AC边上,并刚好能发生全反射.该棱镜材料的折射率为 A.B.C.D.解析如图所示,由折射定律可得=n,若光线在AC边上的D点发生全反射,则sinβ=,由几何关系又有r=90°-β,结合以上三式可得n=.答案A7.如图,一束单色光射入一玻璃球体,入射角为60°,已知光线在玻璃球内经一次反射后,再次折射回到空气中时与入射光线平行,此玻璃的折射率为 A.B.
1.5C.D.2解析绘出光在玻璃体内的光路图,由几何关系可知,第一次折射时,折射角为30°,则n==,C正确.答案C8.xx年高考天津理综改编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,足够大的光屏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,入射光线在OO′夹角θ较小时,光屏NQ区域出现两个光斑,逐渐增大θ角,当θ=α时,光屏NQ区域A光的光斑消失;继续增大θ角,当θ=β时,光屏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光的小B.A光在玻璃砖中传播速度比B光的大C.α<θ<β时,光屏上只有1个光斑D.β<θ<时,光屏上只有1个光斑解析由题意,A光发生全反射的临界角小于B光发生全反射的临界角,即α<β,由折射定律nA=,nB=,sinα<sinβ,nA>nB,A、B在玻璃砖中的传播速度vA=<vB=,A,B错误.α<θ<β时,A光发生全反射在NP上出现光斑,B光发生折射在NQ上出现光斑,仍有两个光斑,C错误.β<θ<时,A、B均发生全反射,在NP上出现一个光斑,D正确.答案D9.如图所示,AB、CD分别是置于空气中厚玻璃砖的上下两个表面,且AB∥CD,光线经AB表面射向玻璃砖,当折射光线射到CD表面上时,下列说法中正确的是
①不可能发生全反射
②只要适当增大入射角θ1,就可能在CD面上发生全反射
③只要玻璃砖的厚度足够大,就可能在CD面上发生全反射
④由于不知道玻璃的折射率,故无法判断A.只有
①正确B.只有
②③正确C.
②③④正确D.只有
④正确解析如图所示,折射光线O1O2能否在CD面上发生全反射,取决于是否满足全反射的条件,由于玻璃的折射率大于空气的折射率.故折射光线O1O2是从光密介质射向光疏介质,设折射光线O1O2在CD面上的入射角为θ1′,则θ1′=θ
2.据折射率的定义可得n=.其中θ1<90°据临界角定义可得n=可得θ1′=θ2<C.故折射光线O1O2在CD面上不能发生全反射.答案A10.DVD光盘由塑料保护层和信息记录层组成.如图所示,激光束以入射角θ从空气入射到厚度为d、折射率为n的塑料保护层后,聚集到信息记录层的光斑宽度为a,才能有效获取信息.在保证a不变的前提下,减小激光束照到塑料保护层的宽度l=a+2b,则 A.须满足sinθ=B.须满足sinθ=C.在θ和n不变时,须增大dD.在θ和d不变时,须减小n解析设激光束入射角为θ时其折射角为r,则由折射率公式有n=,由sinr=,联立可得sinθ=,故A正确,B错误;由l=a+2b,而b=dtanr,所以l=a+2dtanr.在θ和n不变时,r不变,tanr不变,欲减小l,则必须减小d,选项C错误;在θ和d不变时,欲减小l,则必须减小tanr,减小r,sinr减小,又sinr=,必须增大n,故D错误.答案A
二、非选择题本题共2小题,共30分,解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤,有数值计算的要注明单位11.15分xx年高考海南单科一玻璃三棱镜,其横截面为等腰三角形,顶角θ为锐角,折射率为.现在横截面内有一光线从其左侧面上半部射入棱镜.不考虑棱镜内部的反射.若保持入射线在过入射点的法线的下方一侧如图,且要求入射角为任何值的光线都会从棱镜的右侧面射出,则顶角θ可在什么范围内取值?解析设入射光线经玻璃折射时,入射角为i,折射角为r,射到棱镜右侧面的入射角为α.根据折射定律有sini=nsinr
①由几何关系得θ=α+r
②当i=0时,由
①式知r=0,α有最大值αm如图,由
②式得θ=αm
③同时αm应小于玻璃对空气的全反射临界角,即sinαm<
④由
①②③④式和题给条件可得,棱镜顶角θ的取值范围为0°<θ′<45°答案0°<θ<45°12.15分xx年高考全国课标Ⅰ下图示为一光导纤维可简化为一长玻璃丝的示意图,玻璃丝长为L,折射率为n,AB代表端面.已知光在真空中的传播速度为c.1为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端,求光线在端面AB上的入射角应满足的条件;2求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间.解析1如图所示,设光线在端面AB上C点的入射角为i,折射角为r由折射定律有sini=nsinr.
①设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为α,为使该光线可在此光导纤维中传播,应有α≥θ,
②θ是全反射临界角.则nsinθ=
1.
③由几何关系α+r=90°.
④由以上各式得sini≤ .
⑤2光在玻璃丝中传播速度大小为v=,
⑥光线从端面AB传播到另一端面的时间为T=,
⑦vx是光速的水平分量,即vx=vsinα.
⑧光线在玻璃丝界面处刚好发生全反射,光线传播时间最长,由以上各式得Tmax=.答案1sini≤ 2。