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第頁課時(shí)跟蹤檢測(cè)〔四十五〕光的折射全反射對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練:折射定律與折射率的應(yīng)用1.(2023·上海高考)一束單色光由空氣進(jìn)入水中,那么該光在空氣和水中傳播時(shí)()A.速度相同,波長(zhǎng)相同 B.速度不同,波長(zhǎng)相同C.速度相同,頻率相同 D.速度不同,頻率相同解析:選D不同的單色光頻率不相同,同一單色光在不同的介質(zhì)內(nèi)傳播過程中,光的頻率不會(huì)發(fā)生改變;由公式v=eq\f(c,n)可以判斷,水的折射率大于空氣的,所以該單色光進(jìn)入水中后傳播速度減小。應(yīng)選項(xiàng)D正確。2.[多項(xiàng)選擇](2023·昆山月考)如下圖,MN是空氣與某種液體的分界面,一束紅光由空氣射到分界面,一局部光被反射,一局部光進(jìn)入液體中。當(dāng)入射角是45°時(shí),折射角為30°。以下說法正確的選項(xiàng)是()A.反射光線與折射光線的夾角為105°B.該液體對(duì)紅光的折射率為eq\f(\r(2),2)C.該液體對(duì)紅光的全反射臨界角為45°D.當(dāng)紫光以同樣的入射角從空氣射到分界面,折射角也是30°解析:選AC根據(jù)光的反射定律可知,反射光線與折射光線的夾角為45°+60°=105°,選項(xiàng)A正確;根據(jù)光的折射定律可知,該液體對(duì)紅光的折射率為n=eq\f(sin45°,sin30°)=eq\r(2),選項(xiàng)B錯(cuò)誤;該液體對(duì)紅光的全反射臨界角為C=arcsineq\f(1,n)=45°,選項(xiàng)C正確;因紫光的折射率大于紅光,故當(dāng)紫光以同樣的入射角從空氣射到分界面時(shí),折射角小于30°,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。3.(2023·全國(guó)卷Ⅰ)如圖,一玻璃工件的上半部是半徑為R的半球體,O點(diǎn)為球心;下半部是半徑為R、高為2R的圓柱體,圓柱體底面鍍有反射膜。有一平行于中心軸OC的光線從半球面射入,該光線與OC之間的距離為0.6R。最后從半球面射出的光線恰好與入射光線平行(不考慮屢次反射)。求該玻璃的折射率。解析:如圖,根據(jù)光路的對(duì)稱性和光路可逆性,與入射光線相對(duì)于OC軸對(duì)稱的出射光線一定與入射光線平行。這樣,從半球面射入的折射光線,將從圓柱體底面中心C點(diǎn)反射。設(shè)光線在半球面的入射角為i,折射角為r。由折射定律有sini=nsinr ①由正弦定理有eq\f(sinr,2R)=eq\f(sini-r,R) ②由幾何關(guān)系,入射點(diǎn)的法線與OC的夾角為i。由題設(shè)條件和幾何關(guān)系有sini=eq\f(L,R) ③式中L是入射光線與OC的距離。由②③式和題給數(shù)據(jù)得sinr=eq\f(6,\r(205)) ④由①③④式和題給數(shù)據(jù)得n=eq\r(2.05)≈1.43。答案:1.434.(2023·全國(guó)卷Ⅲ)如圖,一半徑為R的玻璃半球,O點(diǎn)是半球的球心,虛線OO′表示光軸(過球心O與半球底面垂直的直線)。玻璃的折射率為1.5?,F(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上,有些光線能從球面射出(不考慮被半球的內(nèi)外表反射后的光線)。求(1)從球面射出的光線對(duì)應(yīng)的入射光線與光軸距離的最大值;(2)距光軸eq\f(R,3)的入射光線經(jīng)球面折射后與光軸的交點(diǎn)到O點(diǎn)的距離。解析:(1)如圖,從底面上A處射入的光線,在球面上發(fā)生折射時(shí)的入射角為i,當(dāng)i等于全反射臨界角ic時(shí),對(duì)應(yīng)入射光線到光軸的距離最大,設(shè)最大距離為l。i=ic ①設(shè)n是玻璃的折射率,由全反射臨界角的定義有nsinic=1②由幾何關(guān)系有sini=eq\f(l,R) ③聯(lián)立①②③式并利用題給條件,得l=eq\f(2,3)R。 ④(2)設(shè)與光軸相距eq\f(R,3)的光線在球面B點(diǎn)發(fā)生折射時(shí)的入射角和折射角分別為i1和r1,由折射定律有nsini1=sinr1 ⑤設(shè)折射光線與光軸的交點(diǎn)為C,在△OBC中,由正弦定理有eq\f(sin∠C,R)=eq\f(sin180°-r1,OC) ⑥由幾何關(guān)系有∠C=r1-i1 ⑦sini1=eq\f(1,3) ⑧聯(lián)立⑤⑥⑦⑧式及題給條件得OC=eq\f(32\r(2)+\r(3),5)R≈2.74R。 ⑨答案:(1)eq\f(2,3)R(2)2.74R對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練:光的全反射5.如下圖,一束可見光射向半圓形玻璃磚的圓心O,經(jīng)折射后分為兩束單色光a和b。以下說法正確的選項(xiàng)是()A.a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率B.逐漸增大入射角,b光最先發(fā)生全反射C.在真空中,a光的波速大于b光的波速D.玻璃對(duì)a光的折射率小于對(duì)b光的折射率解析:選A因?yàn)椴A?duì)a光的偏折程度大于b光,所以玻璃對(duì)a光的折射率大于對(duì)b光的折射率,那么a光的頻率大于b光的頻率,故A正確,D錯(cuò)誤;根據(jù)sinC=eq\f(1,n)分析知,a光的臨界角比b光的小,逐漸增大入射角,先到達(dá)a光的臨界角,那么a光最先發(fā)生全反射,故B錯(cuò)誤;在真空中,a、b光傳播速度相同,故C錯(cuò)誤。6.(2023·通州六校聯(lián)考)光纖通訊中信號(hào)傳播的主要載體是光導(dǎo)纖維,它的結(jié)構(gòu)如下圖,其內(nèi)芯和外套材料不同,光在內(nèi)芯中傳播。以下關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法中正確的選項(xiàng)是()A.內(nèi)芯的折射率比外套的大,光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射B.內(nèi)芯的折射率比外套的小,光傳播時(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射C.光在內(nèi)芯中傳播的速度大D.光在外套中傳播的速度小解析:選A光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)才能發(fā)生全反射,所以內(nèi)芯的折射率比外套的大,故A正確,B錯(cuò)誤;頻率越大(波長(zhǎng)越短),折射率越大,根據(jù)v=eq\f(c,n),在折射率大的內(nèi)芯中傳播的速度小,故C、D錯(cuò)誤。7.如下圖,空氣中有一折射率為eq\r(2)的玻璃柱體,其橫截面是圓心角為90°、半徑為R的扇形OAB,一束平行光平行于橫截面,以45°入射角照射到OA上,OB不透光,假設(shè)只考慮首次入射到圓弧AB上的光,那么圓弧AB上有光透出局部的弧長(zhǎng)為()A.eq\f(1,6)πR B.eq\f(1,4)πRC.eq\f(1,3)πR D.eq\f(5,12)πR解析:選B作出如下圖的幾何光路圖,其中N點(diǎn)為從O點(diǎn)入射的折射光線,故圓弧NB段沒有光線從圓弧AB射出,由折射定律eq\f(sini,sinr)=n,可知eq\f(sin45°,sin∠BON)=eq\r(2),得∠BON=30°。假設(shè)在圓弧AB上的M點(diǎn),折射光線發(fā)生了全反射,由sinC=eq\f(1,n)可得C=45°,由幾何關(guān)系那么有∠AOM=90°-45°-30°=15°,所以圓弧AB上有光透出的長(zhǎng)度為s=eq\f(45°,360°)×2πR=eq\f(1,4)πR,正確選項(xiàng)為B。8.(2023·鹽城調(diào)研)如下圖,一半徑為R的eq\f(1,4)球體放置在水平桌面上,球體由透明材料制成?,F(xiàn)有一束位于過球心O的豎直平面內(nèi)的光線,平行于桌面射到球體外表上,假設(shè)光線距桌面的距離為eq\f(\r(2),2)R,且光線恰好在OA面發(fā)生全反射,求透明材料的折射率。解析:因?yàn)楣饩€距水平面的距離為eq\f(\r(2),2)R,那么光線的入射角θ1=45°,設(shè)折射角為θ2,全反射角為C,由光路圖可知,θ1=θ2+C又因?yàn)閟inC=eq\f(1,n)由折射定律可知,sinθ1=n·sinθ2sin45°=nsin(45°-C)那么有:n=eq\f(\f(\r(2),2),\f(\r(2),2)cosC-\f(\r(2),2)sinC)解得:n=eq\r(5)。答案:eq\r(5)9.(2023·常州一模)一束單色光由左側(cè)射入盛有清水的薄壁圓柱,如圖為過軸線的截面圖,調(diào)整入射角α,光線恰好在水和空氣的界面上發(fā)生全反射,水的折射率為eq\f(4,3),求sinα的值。解析:當(dāng)光線在水面發(fā)生全反射時(shí)有:sinC=eq\f(1,n)當(dāng)光線從左側(cè)射入時(shí),由折射定律有eq\f(sinα,sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)-C)))=n聯(lián)立這兩式代入數(shù)據(jù)可得sinα=eq\f(\r(7),3)。答案:eq\f(\r(7),3)對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練:色散現(xiàn)象10.(2023·興化期末)公園里燈光噴泉的水池中有處于同一深度假設(shè)干彩燈,晚上,從正上方觀察不同顏色彩燈的深度和水面上被照亮的面積,以下說法正確的選項(xiàng)是()A.紫燈看起來較淺,紫燈照亮的水面面積較大B.紅燈看起來較深,紅燈照亮的水面面積較小C.紫燈看起來較深,紫燈照亮的水面面積較大D.紅燈看起來較深,紅燈照亮的水面面積較大解析:選D光源在水中的視深為h視=eq\f(h實(shí),n),因?yàn)榧t光比紫光的折射率小,那么紅燈看起來較深。根據(jù)sinC=eq\f(1,n)知,紅光比紫光的折射率小,那么紅光發(fā)生全反射的臨界角大,那么紅光照在水面上被照亮的圓的半徑大,那么被照亮的水面面積較大,故D正確,A、B、C錯(cuò)誤。11.[多項(xiàng)選擇](2023·昆山二模)如下圖,一光束包含兩種不同頻率的單色光,從空氣射向兩面平行玻璃磚的上外表,玻璃磚下外表有反射層,光束經(jīng)兩次折射和一次反射后,從玻璃磚上外表分為a、b兩束單色光射出。以下說法正確的選項(xiàng)是()A.a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率B.光束a在空氣中的波長(zhǎng)較大C.出射光束a、b一定相互平行D.a(chǎn)、b兩色光從同種玻璃射向空氣時(shí),a光發(fā)生全反射的臨界角大解析:選AC作出光路圖如下圖,可知光從空氣射入玻璃時(shí)a光的偏折程度較大,那么a光的折射率較大,頻率較大,故A正確;a光的頻率較大,那么波長(zhǎng)較小,故B錯(cuò)誤;因?yàn)閍、b兩光在玻璃磚上外表的折射角與反射后在上外表的入射角分別相等,根據(jù)幾何知識(shí)可知出射光束一定相互平行,故C正確;因?yàn)閍光的折射率較大,由臨界角公式sinC=eq\f(1,n),知a光的臨界角小,故D錯(cuò)誤。12.(2023·宜興期末)一束白光通過三棱鏡后發(fā)生了色散現(xiàn)象,如下圖。以下說法不正確的選項(xiàng)是()A.玻璃對(duì)紅光的折射率最小,紅光的偏折角最小B.玻璃對(duì)紫光的折射率最小,紫光的偏折角最小C.紅光在玻璃中的傳
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