第3課時(shí) 光的折射 全反射習(xí)題含答案
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.第3課時(shí)光的折射全反射考綱解讀 1.理解折射率的概念,掌握光的折射定律.2.掌握全反射的條件,會(huì)進(jìn)行有關(guān)簡(jiǎn)單的計(jì)算1折射定律的應(yīng)用觀察者看見(jiàn)太陽(yáng)從地平線升起時(shí),下列關(guān)于太陽(yáng)位置的敘述中正確的是()A太陽(yáng)位于地平線之上B太陽(yáng)位于地平線之下C太陽(yáng)恰位于地平線D大氣密度不知,無(wú)法判斷答案B解析太陽(yáng)光由地球大氣層外的真空射入大氣層時(shí)要發(fā)生折射,根據(jù)折射定律,折射角小于入射角,折射光線進(jìn)入觀察者的眼睛,觀察者認(rèn)為光線來(lái)自它的反向延長(zhǎng)線這樣使得太陽(yáng)的實(shí)際位置比觀察者看見(jiàn)的太陽(yáng)位置偏低2折射定律與折射率的理解和應(yīng)用如圖1所示,光線以入射角1從空氣射向折射率n的玻璃表面當(dāng)入射角145時(shí),求反射光線與折射光線間的夾角.答案105 圖1解析設(shè)折射角為2,由折射定律得sin 2,所以,230.因?yàn)?145,所以1804530105.3全反射問(wèn)題分析很多公園的水池底都裝有彩燈,當(dāng)一束由紅、藍(lán)兩色光組成的燈光從水中斜射向空氣時(shí),關(guān)于光在水面可能發(fā)生的反射和折射現(xiàn)象,下列光路圖中正確的是()答案C解析紅光、藍(lán)光都要發(fā)生反射,紅光的折射率較小,所以藍(lán)光發(fā)生全反射的臨界角較紅光小,藍(lán)光發(fā)生全反射時(shí),紅光不一定發(fā)生,故只有C正確4光的色散現(xiàn)象分析實(shí)驗(yàn)表明,可見(jiàn)光通過(guò)三棱鏡時(shí)各色光的折射率n隨波長(zhǎng)的變化符合科西經(jīng)驗(yàn)公式:nA,其中A、B、C是正的常量太陽(yáng)光進(jìn)入三棱鏡后發(fā)生色散的情形如圖2所示,則 ()圖2A屏上c處是紫光B屏上d處是紅光C屏上b處是紫光D屏上a處是紅光答案D解析可見(jiàn)光中紅光波長(zhǎng)最長(zhǎng),折射率最小,折射程度最小,所以a為紅光,而紫光折射率最大,所以d為紫光1折射定律(1)內(nèi)容:如圖3所示,折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi),折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè);入射角的正弦與折射角的正弦成正比圖3(2)表達(dá)式:n.(3)在光的折射現(xiàn)象中,光路是可逆的2折射率(1)折射率是一個(gè)反映介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)的物理量(2)定義式:n.(3)計(jì)算公式:n,因?yàn)関c,所以任何介質(zhì)的折射率都大于1.(4)當(dāng)光從真空(或空氣)射入某種介質(zhì)時(shí),入射角大于折射角;當(dāng)光由介質(zhì)射入真空(或空氣)時(shí),入射角小于折射角3全反射現(xiàn)象(1)條件:光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)入射角大于或等于臨界角(2)現(xiàn)象:折射光完全消失,只剩下反射光4臨界角:折射角等于90時(shí)的入射角,用C表示,sin C.5光的色散(1)光的色散現(xiàn)象:含有多種顏色的光被分解為單色光的現(xiàn)象(2)光譜:含有多種顏色的光被分解后,各種色光按其波長(zhǎng)的有序排列(3)光的色散現(xiàn)象說(shuō)明:白光為復(fù)色光;同一介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同,頻率越大的色光折射率越大;不同色光在同一介質(zhì)中的傳播速度不同,波長(zhǎng)越短,波速越慢(4)棱鏡含義:截面是三角形的玻璃儀器,可以使光發(fā)生色散,白光的色散表明各色光在同一介質(zhì)中的折射率不同三棱鏡對(duì)光線的作用:改變光的傳播方向,使復(fù)色光發(fā)生色散考點(diǎn)一折射定律的理解與應(yīng)用1折射率由介質(zhì)本身性質(zhì)決定,與入射角的大小無(wú)關(guān)2折射率與介質(zhì)的密度沒(méi)有關(guān)系,光密介質(zhì)不是指密度大的介質(zhì)3同一種介質(zhì)中,頻率越大的色光折射率越大,傳播速度越小4公式n中,不論是光從真空射入介質(zhì),還是從介質(zhì)射入真空,i總是真空中的光線與法線間的夾角,r總是介質(zhì)中的光線與法線間的夾角例1一半圓柱形透明物體橫截面如圖4所示,底面AOB鍍銀,O表示半圓截面的圓心一束光線在橫截面內(nèi)從M點(diǎn)入射,經(jīng)過(guò)AB面反射后從N點(diǎn)射出已知光線在M點(diǎn)的入射角為30,MOA60,NOB30.求:圖4(1)光線在M點(diǎn)的折射角;(2)透明物體的折射率解析(1)如圖所示,透明物體內(nèi)部的光路為折線MPN,Q、M點(diǎn)相對(duì)于底面EF對(duì)稱,Q、P和N三點(diǎn)共線設(shè)在M點(diǎn)處,光的入射角為i,折射角為r,OMQ,PNF.根據(jù)題意有30由幾何關(guān)系得,PNOPQOr,于是r60且r由式得r15(2)根據(jù)折射率公式有sin insin r由式得n1.932.答案(1)15(2)或1.932解決光的折射問(wèn)題的一般方法(1)根據(jù)題意畫(huà)出正確的光路圖(2)利用幾何關(guān)系確定光路中的邊、角關(guān)系,確定入射角和折射角(3)利用折射定律建立方程進(jìn)行求解突破訓(xùn)練1兩束平行的細(xì)激光束,垂直于半圓柱玻璃的平面射到半圓柱玻璃上,如圖5所示已知光線1沿直線穿過(guò)玻璃,它的入射點(diǎn)是O;光線2的入射點(diǎn)為A,穿過(guò)玻璃后兩條光線交于P點(diǎn)已知玻璃截面的圓半徑為R,OA,OPR,光在真空中的傳播速度為c.據(jù)此可知() 圖5A光線2在圓弧面的入射角為45B玻璃材料的折射率為C光線1的玻璃中的傳播速度為c/D光線1在玻璃中的傳播時(shí)間為R/(2c)答案B解析作出光路圖如圖所示,設(shè)光線2沿直線進(jìn)入玻璃,在半圓面上的入射點(diǎn)為B,入射角設(shè)為1,折射角設(shè)為2,由sin 1得130,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;因OPR,由幾何關(guān)系知BPR,則折射角260,由折射定律得玻璃的折射率為n,選項(xiàng)B正確;由nc/v解得光線1在玻璃中的傳播速度為c/,傳播時(shí)間為tR/vR/c,選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤考點(diǎn)二全反射現(xiàn)象的理解與應(yīng)用1在光的反射和全反射現(xiàn)象中,均遵循光的反射定律;光路均是可逆的2當(dāng)光射到兩種介質(zhì)的界面上時(shí),往往同時(shí)發(fā)生光的折射和反射現(xiàn)象,但在全反射現(xiàn)象中,只發(fā)生反射,不發(fā)生折射當(dāng)折射角等于90時(shí),實(shí)際上就已經(jīng)沒(méi)有折射光了例2如圖6所示,陽(yáng)光垂直射入靜止的水中,由于水中離墻足夠遠(yuǎn)的某處有一小平面鏡,在墻OA和OA上各有一光斑分別為S、S(圖中未畫(huà)出)若已知水對(duì)紅光折射率為n1,對(duì)紫光折射率為n2,平面鏡和水平面的夾角為.下列說(shuō)法正確的是 ()A光斑S是彩色的且上邊緣為紫色 圖6B若增大,光斑S中首先消失的是紅光C若保證S、S均存在,則需sin 2D若保證S、S均存在,則需sin 答案C解析作出一束光經(jīng)平面鏡反射后在O1處的折射和反射光路圖,如圖所示,因陽(yáng)光垂直射入靜止的水中,平面鏡和水平面的夾角為,由幾何關(guān)系知光在O1處的入射角2,但因水對(duì)各種光的折射角不同,所以折射角不同,紫光偏折程度大,靠近O點(diǎn),所以光斑S是彩色的且下邊緣為紫色,A錯(cuò);由sin C知,若增大,光斑S中首先消失的是紫光,B錯(cuò);若保證S、S均存在,即紅光不能發(fā)生全反射,所以應(yīng)保證sin 2tB,iAiB,故rA,即nAnB,A錯(cuò)誤;光的頻率AB,B錯(cuò)誤;光的波長(zhǎng)AB,雙縫干涉條紋的間距x與入射光的波長(zhǎng)成正比,C正確,D錯(cuò)誤5.如圖17所示,一光線垂直入射到橫截面為半圓的柱狀透明體PQC的PQ面上,在半圓弧上的入射點(diǎn)為A,O為半圓的圓心,OCPQ面,AOC30,光線出射后與CO的夾角ABO15.該光在真空中的傳播速度和波長(zhǎng)分別為c、0,則下列說(shuō)法正確的是() 圖17A光在該介質(zhì)中的折射率是B光在該介質(zhì)中的傳播速度是cC光在該介質(zhì)中的波長(zhǎng)為0D當(dāng)入射光垂直P(pán)Q面向P端移動(dòng)時(shí),光射到半圓弧可能會(huì)發(fā)生全反射,且臨界角為45答案AD解析光在A點(diǎn)的入射角iAOC30,折射角rAOCABO45,則光在該介質(zhì)中的折射率n,選項(xiàng)A對(duì);光在介質(zhì)中的傳播速度vc,選項(xiàng)B錯(cuò);光在介質(zhì)中的波長(zhǎng)vT,而0cT,得0,選項(xiàng)C錯(cuò);當(dāng)入射光垂直P(pán)Q面向P端移動(dòng)時(shí),光射到半圓弧的入射角增大,若入射角增大為臨界角C時(shí),則光開(kāi)始發(fā)生全反射,sin C,得C45,選項(xiàng)D對(duì)6.如圖18所示,半徑R10 cm的半圓形玻璃磚放在水平桌面上,O1為圓心,O2為圓弧頂點(diǎn),P1P2面與桌面平行現(xiàn)讓一很細(xì)的激光束垂直P(pán)1P2面射入玻璃磚,測(cè)得桌面上的亮點(diǎn)C到O2的距離d4 cm,O1A6 cm,則該玻璃磚的折射率為()A. B. 圖18C. D.答案B解析如圖,AB cm8 cm,sinABO10.6,cosABO10.8,BDADAB10 cm8 cm2 cm,CDO2DO2C6 cm4 cm2 cmBD,得CBD45,該玻璃磚的折射率n,只有選項(xiàng)B正確(限時(shí):30分鐘)題組1光的折射現(xiàn)象與光的色散1如圖1所示是一觀察太陽(yáng)光譜的簡(jiǎn)易裝置,一加滿清水的碗放在有陽(yáng)光的地方,將平面鏡M斜放入水中,調(diào)整其傾斜角度,使太陽(yáng)光經(jīng)水面折射再經(jīng)水中平面鏡反射,最后由水面折射回空氣射到室內(nèi)白墻上,即可觀察到太陽(yáng)光譜的七色光帶逐漸增大平面鏡的傾斜角度,各色光將陸續(xù)消失,則此七色光帶從上到下的排列順序以及 圖1最先消失的光分別是()A紅光紫光,紅光 B紫光紅光,紅光C紅光紫光,紫光 D紫光紅光,紫光答案C解析根據(jù)折射定律作出光路圖可知,此七色光帶從上到下的排列順序是紅光紫光;因?yàn)樗畬?duì)紫光的折射率n最大,根據(jù)公式sin C可知,其從水中射向水平面時(shí)發(fā)生全反射的臨界角最小,所以最先消失綜上分析,正確選項(xiàng)為C.2紅光與紫光相比()A在真空中傳播時(shí),紫光的速度比較大B在玻璃中傳播時(shí),紅光的速度比較大C玻璃對(duì)紅光的折射率較紫光的大D從玻璃到空氣的界面上,紅光的臨界角較紫光的大答案BD解析因?yàn)楦鞣N色光在真空中的傳播速度均為3108 m/s,所以A錯(cuò)誤因?yàn)椴A?duì)紅光的折射率較玻璃對(duì)紫光的折射率小,根據(jù)v得紅光在玻璃中的傳播速度比紫光大,所以B正確,C錯(cuò)誤根據(jù)公式sin C得紅光的臨界角比紫光的大,D正確3已知介質(zhì)對(duì)某單色光的臨界角為,則()A該介質(zhì)對(duì)此單色光的折射率等于B此單色光在該介質(zhì)中的傳播速度等于csin (c為真空中的光速)C此單色光在該介質(zhì)中的波長(zhǎng)是在真空中波長(zhǎng)的sin 倍D此單色光在該介質(zhì)中的頻率是真空中的答案ABC解析介質(zhì)對(duì)該單色光的臨界角為,它的折射率n,A項(xiàng)正確;此單色光在介質(zhì)中的傳播速度為vcsin ,B正確;0sin ,所以0sin 1,故C項(xiàng)正確;而光的頻率是由光源決定的,與介質(zhì)無(wú)關(guān),故D項(xiàng)錯(cuò)誤4(2013浙江16)與通常觀察到的月全食不同,小虎同學(xué)在2012年12月10日晚觀看月全食時(shí),看到整個(gè)月亮是暗紅的小虎畫(huà)出了月全食的示意圖,如圖2所示,并提出了如下猜想,其中最為合理的是 ()A地球上有人用紅色激光照射月球 圖2B太陽(yáng)照射到地球的紅光反射到月球C太陽(yáng)光中的紅光經(jīng)地球大氣層折射到月球D太陽(yáng)光中的紅光在月球表面形成干涉條紋答案C解析同種介質(zhì)對(duì)頻率大的光折射率大,太陽(yáng)光中紅光的頻率最小,經(jīng)大氣層時(shí)偏折的程度最小小明在月全食時(shí),看到月亮呈現(xiàn)暗紅色,是因?yàn)樘?yáng)光中的部分紅光經(jīng)地球大氣層折射到月球,故選項(xiàng)C正確題組2光的全反射5公園里燈光噴泉的水池中有處于同一深度的若干彩燈,在晚上觀察不同顏色彩燈的深度和 水面上被照亮的面積,下列說(shuō)法正確的是 ()A紅燈看起來(lái)較淺,紅燈照亮的水面面積較小B紅燈看起來(lái)較深,紅燈照亮的水面面積較小C紅燈看起來(lái)較淺,紅燈照亮的水面面積較大D紅燈看起來(lái)較深,紅燈照亮的水面面積較大答案D解析光從水里射入空氣時(shí)發(fā)生折射,入射角相同時(shí),折射率越大,折射角越大,從水面上看光源越淺,紅燈發(fā)出的紅光的折射率最小,看起來(lái)最深;設(shè)光源的深度為d,光的臨界角為C,則光能夠照亮的水面面積大小為S(dtan C)2,可見(jiàn),臨界角越大的光,照亮的面積越大,各種色光中,紅光的折射率最小,臨界角最大,所以紅燈照亮的水面面積較大,選項(xiàng)D正確6.如圖3所示,扇形AOB為透明柱狀介質(zhì)的橫截面,圓心角AOB60.一束平行于角平分線OM的單色光由OA射入介質(zhì),經(jīng)OA折射的光線恰平行于OB,以下對(duì)該介質(zhì)的折射率值及折射光線中恰好射到M點(diǎn)的光線能不能發(fā)生全反射的說(shuō)法正確的是() 圖3A.,不能發(fā)生全反射 B.,能發(fā)生全反射C.,不能發(fā)生全反射 D.,能發(fā)生全反射答案A解析畫(huà)出光路圖,并根據(jù)幾何關(guān)系標(biāo)出角度,如圖所示由圖可知,介質(zhì)的折射率n;因?yàn)閟in 30sin C,所以折射光線中恰好射到M點(diǎn)的光線不能發(fā)生全反射,選項(xiàng)A正確7如圖4所示,AB、CD分別是置于空氣中厚玻璃磚的上、下兩個(gè)表面,且ABCD,光線經(jīng)AB表面射向玻璃磚,當(dāng)折射光線射到CD表面上時(shí),下列說(shuō)法中正確的是 ()不可能發(fā)生全反射只要適當(dāng)增大入射角1,就可能在CD面上發(fā)生全反射只要玻璃磚的厚度足夠大,就可能在CD面上發(fā) 圖4生全反射由于不知道玻璃的折射率,故無(wú)法判斷A只有正確 B只有正確C正確 D只有正確答案A解析如圖所示,折射光線O1O2能否在CD面上發(fā)生全反射,取決于是否滿足全反射的條件,由于玻璃的折射率大于空氣的折射率,故折射光線O1O2是從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì),設(shè)折射光線O1O2在CD面上的入射角為1,則12.據(jù)折射率的定義可得n.(其中190)據(jù)臨界角定義可得n.可得12C.故折射光線O1O2在CD面上不能發(fā)生全反射8.為了表演“隱形的大頭針”節(jié)目,某同學(xué)在半徑為r的圓形軟木片中心垂直插入一枚大頭針,并將其放入盛有水的碗中,如圖5所示已知水的折射率為,為了保證表演成功(在水面上看不到大頭針),大頭針末端離水面的最大距離h為() 圖5A.r B.rC.r D.r答案A解析只要從大頭針末端發(fā)出的光線射到圓形軟木片邊緣界面處能夠發(fā)生全反射,從水面上就看不到大頭針,如圖所示,根據(jù)圖中幾何關(guān)系有sin C,所以hr,選項(xiàng)A對(duì)9如圖6所示,MN是位于豎直平面內(nèi)的光屏,放在水平面上的半圓柱形玻璃磚的平面部分ab與屏平行由光源S發(fā)出的一束白光從半圓沿半徑射入玻璃磚,通過(guò)圓心O再射到屏上在水平面內(nèi)以O(shè)點(diǎn)為圓心沿逆時(shí)針?lè)较蚓従忁D(zhuǎn)動(dòng)玻璃磚,在光屏上出現(xiàn)了彩色光帶當(dāng)玻璃磚轉(zhuǎn)動(dòng)角度大于某一值時(shí),屏上彩色光帶中的某種顏色的色光首先消失有關(guān)彩色 圖6的排列順序和最先消失的色光是()A左紫右紅,紫光 B左紅右紫,紫光C左紫右紅,紅光 D左紅右紫,紅光答案B解析如圖所示,由于紫光的折射率大,故在光屏MN上是左紅右紫,并且是紫光最先發(fā)生全反射,故選項(xiàng)B正確題組3光的折射與光的全反射的綜合問(wèn)題10.如圖7所示,直角三角形ABC為一三棱鏡的橫截面,A30.一束單色光從空氣射向BC上的E點(diǎn),并偏折到AB上的F點(diǎn),光線EF平行于底邊AC.已知入射光與BC邊的夾角為30.試通過(guò)計(jì)算判斷該束光在F點(diǎn)能否發(fā)生全反射 圖7答案能解析由幾何關(guān)系知,光線在BC界面的入射角160,折射角230根據(jù)折射定律得n由幾何關(guān)系知,光線在AB界面的入射角為360而三棱鏡對(duì)空氣的臨界角C的正弦值sin CC,所以光在F點(diǎn)能發(fā)生全反射11.如圖8所示,一束水平入射的單色光照射到折射率為n的半玻璃球(半徑為R1 m)上,在離球心O點(diǎn)2R處有一豎直的光屏,求此時(shí)光屏上光斑的面積答案3.14 m2解析設(shè)入射光在A點(diǎn)剛好發(fā)生全反射,光路圖如圖所示,則: 圖8sin C由幾何關(guān)系得:rtan C2R光屏上光斑的面積:Sr2聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)得:S3.14 m2.12.如圖9所示為用某種透明材料制成的一塊柱形棱鏡的截面圖,圓弧CD為半徑為R的四分之一的圓周,圓心為O,光線從AB面上的某點(diǎn)入射,入射角145,它進(jìn)入棱鏡后恰好以臨界角射在BC面上的O點(diǎn)(1)畫(huà)出光線由AB面進(jìn)入棱鏡且從CD弧面射出的光路圖;(2)求該棱鏡的折射率n; 圖9(3)求光線在該棱鏡中傳播的速度大小v(已知光在空氣中的傳播速度c3108 m/s)答案(1)見(jiàn)解析圖(2)(3)108 m/s解析(1)光路圖如圖所示(2)光線在BC面上恰好發(fā)生全反射,入射角等于臨界角Csin C,cos C.光線在AB界面上發(fā)生折射,折射角290C,由幾何關(guān)系得sin 2cos C,由折射定律得n由以上幾式聯(lián)立解得n(3)光速v108 m/s.- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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