高考物理一輪復習 專題52 光的折射 全反射 光導纖維（練）（含解析）1

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專題52 光的折射 全反射 光導纖維（練）1如圖，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，經折射后射出a、b兩束光線。則：（）A在玻璃中，光的傳播速度大于b光的傳播速度B在真空中，光的波長大于b光的波長C玻璃磚對光的折射率小于b光的折射率D若改變光束的入射方向使角逐漸變大，則折射光線首先消失【答案】D【解析】【名師點睛】本題綜合考查了光的折射、全反射和干涉，關鍵是記住幾個公式：折射率定義公式、光速公式。2（多選）如圖所示，空氣中有橫截面為半圓環(huán)的均勻透明柱體，其內圓半徑為r，外圓半徑為R，?，F有一束單色光垂直于水平端面A射入透明柱體，只經過兩次全反射就垂直于水平端面B射出，設透明柱體的折射率為n，光在透明柱體內傳播的時間為t，若真空中的光速為c，則：（）An可能為 Bn可能為2 Ct可能為 Dt可能為【答案】AB【解析】【名師點睛】由題意利用幾何關系作出光路圖可知第一次的入射角，即可判斷臨界角的大小，并能判斷出折射率的大小范圍；由光路圖即可得出運行時間。3自行車的尾燈采用了全反射棱鏡的原理，它雖然本身不發(fā)光，但在夜間騎行時，從后面開來的汽車發(fā)出的強光照到尾燈后，會有較強的光被反射回去，使汽車司機注意到前面有自行車尾燈的構造如圖所示。下面說法正確的是：（）A汽車燈光應從左面射過來，在尾燈的左表面發(fā)生全反射B汽車燈光應從左面射過來，在尾燈的右表面發(fā)生全反射C汽車燈光應從右面射過來，在尾燈的左表面發(fā)生全反射D汽車燈光應從右面射過來，在尾燈的右表面發(fā)生全反射【答案】C【解析】汽車燈光應從右面射向自行車尾燈，光在尾燈內部左表面發(fā)生全反射，使自行車后面的汽車司機發(fā)現前面有自行車，避免事故的發(fā)生；故選C?！久麕燑c睛】本題考查了全反射在生活中的應用，知道全反射的條件，分析清楚圖示情景即可正確解題，本題難度不大，是一道基礎題。4如圖甲所示是由透明材料制成的半圓柱體，一束細光束由真空沿著徑向與 AB成角射入后對射出的折射光線的強度進行記錄，發(fā)現它隨著角的變化而變化，變化關系如圖乙所示；如圖丙所示是這種材料制成的玻璃磚，左側是半徑為 R的半圓，右側是長為4R，寬為2R的長方形，一束單色光從左側A點沿半徑方向與長邊成45角射入玻璃磚，求：該透明材料的折射率；光線在玻璃磚中運動的總時間.（光在空氣中的傳播速度為c)【答案】【解析】因為臨界角是45，光線在玻璃磚中剛好發(fā)生5次全反射，光路圖如圖所示，則光程為：光在器具中的傳播速度為：光在玻璃磚中的傳播時間：【名師點睛】解決本題關鍵要理解全反射現象及其產生的條件，并掌握臨界角公式，同時注意光在器具中的傳播速度與光在真空中傳播速度的不同。5如圖所示，某種透明材料做成的三棱鏡，其橫截面是邊長為a的等邊三角形，現用一束寬度為a的單色平行光束，以垂直于BC面的方向正好入射到該三棱鏡的AB及AC面上，結果所有從AB、AC面入射的光線進入后恰好全部直接到達BC面。求：ABC該材料對此平行光束的折射率；這些直接到達BC面的光線從BC面折射而出后，如果照射到一塊平行于BC面的屏上形成光斑，則當屏到BC面的距離d滿足什么條件時，此光斑分為兩條？【答案】；d超過時，光斑分為兩條【解析】如圖O為BC中點，緊靠B點從BC面射出的光線與直線AO交于D，由圖可知：當光屏放在D點右側時，根據對稱性，光屏上形成兩條光斑由幾何關系有：解得：所以當光屏到BC距離d超過時，光斑分為兩條【名師點睛】本題是幾何光學問題，作出光路圖是解題的關鍵之處，再運用幾何知識求出入射角和折射角，即能解決此類問題。1光線從真空中入射到一塊平行透明板上，入射角為40，則反射光線和折射光線的夾角可能是：（）A小于40 B在100到140之間C大于40 D在40到100之間【答案】B【解析】【名師點睛】解決本題的關鍵知道光從光疏介質進入光密介質，折射角小于入射角，以及知道反射鏡與入射角相等。2如圖所示，一束白光通過玻璃棱鏡發(fā)生色散現象，下列說法正確的是：（）A紅光的偏折最大，紫光的偏折最小B紅光的偏折最小，紫光的偏折最大C玻璃對紅光的折射率比紫光大D玻璃中紫光的傳播速度比紅光大【答案】B【解析】白色光經過三棱鏡后產生色散現象，在光屏由上至下依次為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫由于紫光的折射率最大，所以偏折最大；紅光的折射率最小，則偏折程度最小故A錯誤，B正確根據折射定律得知，玻璃對紅光的折射率比紫光小故C錯誤由分析可知，折射率大的在玻璃中傳播速度小，則紫光的傳播速度比紅光小故D錯誤故選B【名師點睛】從中發(fā)現，可見光是復色光，同時得出在同一介質中，紫光的折射率最大，紅光的折射率最小，紅光的速度最大，紫光的速度最小。3某同學通過實驗測定半圓形玻璃磚的折射率n。如圖甲所示，O是圓心，MN是法線，AO、BO分別表示某次測量時光線在空氣和玻璃磚中的傳播路徑。該同學測得多組入射角i和折射角r，做出sin i-sin r圖像如圖乙所示。則：（）A光由A經O到B，n=15B光由B經O到A，n=15C光由A經O到B，n=067D光由B經O到A，n=067【答案】B【解析】【名師點睛】此題是幾何光學問題，但是是用函數圖像表示的折射角和入射角正弦的關系，起碼要知道的是介質的折射率都是大于1的，折射率等于“大角”的正弦與“小角”的正弦比值，而在空氣中的“角”比較大4半徑為R的固定半圓形玻璃磚的橫截面如圖所示，O點為圓心，OO與直徑AB垂直。足夠大的光屏CD緊靠在玻璃磚的左側且與AB垂直，一光束沿半徑方向與OO成射向O點，光屏CD區(qū)域出現兩個光斑，已知玻璃的折射率為。求：(i)當變?yōu)槎啻髸r，兩光斑恰好變?yōu)橐粋€；(ii)當光束沿半徑方向與OO成=30射向O點時，光屏CD區(qū)域兩個光斑的距離?！敬鸢浮浚?）45（2）（+1）R【解析】（1）光屏上的兩個光斑恰好變?yōu)橐粋€時，光線恰好在AB面恰好發(fā)生發(fā)全反射則有：；解得：=45則兩光斑間的距離為：PQ=AP+AQ=（+1）R【名師點睛】對于幾何光學問題，關鍵要正確作出光路圖，運用折射定律和幾何知識結合進行處理；題目中兩光斑是由于光的反射和折射分別形成的，光屏上兩個光斑恰好變?yōu)橐粋€時，光線恰好在AB面恰好發(fā)生發(fā)全反射根據臨界角公式求解。5李明為了測出玻璃的折射率，他在平整的白紙上放一半徑為R的半圓形玻璃磚，讓一束白光乙30的入射角自圓心O射入玻璃磚，圓弧上分別有紅光和紫光射出，在白紙上標記截面MN、圓心O、兩光束的出射點A和B，移走玻璃磚，測得A、B兩點到法線的距離分別為，由此可得紫光在玻璃中的折射率為_；光在真空中的傳播速度為c，紅光在該玻璃磚中傳播時間為_【答案】、【解析】【名師點睛】解決光學問題的關鍵要掌握全反射的條件、折射定律、臨界角公式、光速公式，運用幾何知識結合解決這類問題1【2016四川卷】某同學通過實驗測定半圓形玻璃磚的折射率n。如圖甲所示，O是圓心，MN是法線，AO、BO分別表示某次測量時光線在空氣和玻璃磚中的傳播路徑。該同學測得多組入射角i和折射角r，做出sin i-sin r圖像如圖乙所示。則：（）A光由A經O到B，n=1.5B光由B經O到A，n=1.5C光由A經O到B，n=0.67D光由B經O到A，n=0.67【答案】B【名師點睛】此題是幾何光學問題，但是是用函數圖像表示的折射角和入射角正弦的關系，起碼要知道的是介質的折射率都是大于1的，折射率等于“大角”的正弦與“小角”的正弦比值，而在空氣中的“角”比較大.2【2016全國新課標卷】（10分）如圖，在注滿水的游泳池的池底有一點光源A，它到池邊的水平距離為3.0 m。從點光源A射向池邊的光線AB與豎直方向的夾角恰好等于全反射的臨界角，水的折射率為。（i）求池內的水深；（ii）一救生員坐在離池邊不遠處的高凳上，他的眼睛到地面的高度為2.0 m。當他看到正前下方的點光源A時，他的眼睛所接受的光線與豎直方向的夾角恰好為45。求救生員的眼睛到池邊的水平距離（結果保留1位有效數字）?！敬鸢浮浚╥）m2.6 m（ii）0.7 m【解析】（i）如圖，設到達池邊的光線的入射角為i。依題意，水的折射率n=，光線的折射角=90。由折射定律有nsin i=sin 由幾何關系有sin i=式中，l=3 m，h是池內水的深度。聯(lián)立式并代入題給數據得h=m2.6 m【名師點睛】本題主要考查了光的折射定律的應用；解題關鍵是根據題意畫出完整的光路圖，然后根據光的折射定律結合幾何關系列出方程求解；此題意在考查考生應用數學處理物理問題的能力。3【2015四川3】直線P1P2過均勻玻璃球球心O，細光束a、b平行且關于P1P2對稱，由空氣射入玻璃球的光路如圖。a、b光相比：（）A玻璃對a光的折射率較大 B玻璃對a光的臨界角較小Cb光在玻璃中的傳播速度較小Db光在玻璃中的傳播時間較短【答案】C【解析】由于a、b光平行且關于過球心O的直線P1P2對稱，因此它們的入射角i相等，根據圖中幾何關系可知，b光在玻璃球中的光路偏離進入球之前方向較多，即b光的折射角較小，根據折射定律有：n，所以玻璃對b光的折射率較大，故選項A錯誤；根據臨界角公式有：sinC，所以玻璃對a光的臨界角較大，故選項B錯誤；根據折射率的定義式有：n，所以b光在玻璃中的傳播速度v較小，故選項C正確；根據圖中幾何關系可知，a、b光進入玻璃球后，b光的光程d較大，根據勻速直線運動規(guī)律有：t，所以b光在玻璃中的傳播時間較長，故選項D錯誤?！久麕燑c睛】正確求解本題的前提與關鍵是：首先要知道球面界面中，法線一定過球心，其次通過作出光路圖，從圖中正確找出對應的入射角與折射角，再次熟記相應的物理規(guī)律和概念?！痉椒记伞渴煊浾凵渎识x式n，折射定律n、臨界角公式sinC（前提是光由介質進入真空或空氣中）、波長與波速和頻率（周期）間關系v（c）f或vT【規(guī)律總結】在光的折射中，光線便折程度越大，介質對其折射率越大、臨界角越小、在介質中的傳播速率越小、波長越短，值得注意的是，光（波）在進入介質前后頻率不變。4【2015重慶11（1）】1虹和霓是太陽光在水珠內分別經過一次和兩次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球來說明.兩束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上會形成MN和PQ兩條彩色光帶，光路如題11圖1所示.M 、N、P、Q點的顏色分別為：（）A紫、紅、紅、紫 B紅、紫、紅、紫 C紅、紫、紫、紅 D紫、紅、紫、紅【答案】A【解析】白光中的可見光部分從紅到紫排列，對同一介質的折射率，由折射定律知紫光的折射角較小，由光路可知，紫光將到達M點和Q點，而紅光到達N點和P點，故選A。【名師點睛】識記電磁波譜中的各種光具有三大（波長、同一介質中的波速、臨界角）三小（頻率、能量、折射率），幾何光學部分的規(guī)律。5【2014福建13】如圖，一束光由空氣射向半圓柱體玻璃磚，O點為該玻璃磚截面的圓心，下圖能正確描述其光路圖的是：（）【答案】A【方法技巧】幾何光學問題重點是畫出光路圖，全反射問題重點在發(fā)射全反射的條件，光密進入光梳，入射角大于或等于臨界角。