2024高考物理一輪復(fù)習(xí)第15章光電磁波相對論簡介第1講光的折射全反射課時作業(yè)含解析新人教版

PAGE10-第1講光的折射、全反射滿分：100分一、選擇題(本題共4小題，每小題5分，共20分，均為多選)1．(2024·河南洛陽三模)如圖所示，實線為空氣和水的分界面，一束綠光從水中的A點沿AO1方向(O1點在分界面上，圖中O1點和入射光線都未畫出)射向空氣中，折射后通過空氣中的B點(圖中折射光線也未畫出)。圖中O點為A、B連線與分界面的交點。下列說法正確的是()A．O1點在O點的左側(cè)B．綠光從水中射入空氣中時，速度變小C．若綠光沿AO方向射向空氣中，則折射光線有可能通過B點正下方的C點D．若沿AO1方向射向空氣中的是一束紫光，則折射光線也有可能通過B點E．若沿AO1方向射向空氣中的是一束紅光，則折射光線有可能通過B點正上方的D點答案ACE解析當光由水射入空氣中時入射角小于折射角，畫出大致光路圖如圖所示，可見O1點在O點的左側(cè)，故A正確。光在真空中速度最大，當綠光從水中射入空氣中時，速度變大，故B錯誤。若綠光沿AO方向射向空氣中，折射光線向界面偏折，則折射光線有可能通過B點正下方的C點，C正確；若沿AO1方向射向空氣中的是一束紫光，因水對紫光的折射率大于綠光，可知折射光線通過B點下方，D錯誤；若沿AO1方向射向空氣中的是一束紅光，水對紅光的折射率小于綠光的折射率，依據(jù)折射定律可知，紅光的偏折程度小于綠光的偏折程度，所以折射光線有可能通過B點正上方的D點，故E正確。2．(2024·海南高考)如圖，空氣中有兩塊材質(zhì)不同、上下表面平行的透亮玻璃板平行放置；一細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肯定有出射光B．在其次塊玻璃板下表面肯定沒有出射光C．其次塊玻璃板下表面的出射光方向肯定與入射光方向平行D．其次塊玻璃板下表面的出射光肯定在入射光延長線的左側(cè)E．第一塊玻璃板下表面的出射光肯定在入射光延長線的右側(cè)答案ACD解析依據(jù)光的折射定律畫出光路圖，如圖所示，由圖可知，第一塊、其次塊玻璃板下表面肯定有出射光，且其次塊玻璃板下表面的出射光方向肯定與入射光方向平行，A、C正確，B錯誤；由圖可知，第一塊、其次塊玻璃板下表面的出射光肯定在入射光延長線的左側(cè)，D正確，E錯誤。3．(2024·廣東汕頭二模)如圖所示，橫截面為等腰直角三角形的玻璃磚置于水平面上，復(fù)合光a、b垂直AB射入玻璃磚后，在屏幕CD上只收集到a光的亮斑，下列說法正確的是()A．玻璃對a光的折射率小于對b光的折射率B．a(chǎn)光和b光由玻璃棱鏡進入空氣后頻率都變大C．在真空中，a光的波長比b光的長D．a(chǎn)光比b光更簡單發(fā)生衍射現(xiàn)象E．玻璃對b光的折射率肯定等于eq\r(2)答案ACD解析復(fù)合光射到AC面時入射角相等，a光發(fā)生折射，b光發(fā)生全反射，可知b光的全反射臨界角較小，則玻璃對b光的折射率較大，故A正確；發(fā)生折射時間線的傳播方向可能發(fā)生變更，但頻率不變，故B錯誤；因為折射率大的頻率高，由λ＝eq\f(c,f)知頻率大的波長短，即在真空中a光的波長比b光的長，故C正確；因為真空中a光的波長比b光的長，所以a光比b光更簡單發(fā)生衍射現(xiàn)象，故D正確；b光發(fā)生全反射，臨界角小于等于45°，依據(jù)sinC＝eq\f(1,n)知b光的折射率大于等于eq\r(2)，故E錯誤。4．(2024·福州高考模擬)如圖所示，半圓形玻璃磚按圖中實線位置放置，直徑與BD重合。一束白光沿著半圓形玻璃磚的半徑從圓弧面垂直BD射到圓心O點上。使玻璃磚繞O點逆時針緩慢地轉(zhuǎn)過角度θ(0°＜θ＜90°)，視察到折射光斑和反射光斑在弧形屏上移動。在玻璃磚轉(zhuǎn)動過程中，以下說法正確的是()A．在弧形屏上可以視察到反射光的色散現(xiàn)象B．在弧形屏上可以視察到折射光的色散現(xiàn)象C．紅光在玻璃磚中傳播的速度最小D．折射光斑在弧形屏上沿順時針方向移動E．玻璃磚旋轉(zhuǎn)過程弧形屏上最先消逝的肯定是紫光答案BDE解析依據(jù)反射定律和折射定律及幾何學(xué)問知，在玻璃磚轉(zhuǎn)動過程中，光在O點處的折射角肯定大于入射角，而反射角等于入射角，反射光線與半圓形玻璃磚弧面垂直，不會發(fā)生色散現(xiàn)象，折射光會發(fā)生色散現(xiàn)象，故A錯誤，B正確；依據(jù)光在玻璃中的傳播速度v＝eq\f(c,n)，紅光頻率最小，折射率最小，紅光在玻璃磚中傳播速度最大，故C錯誤；玻璃磚繞O點逆時針緩慢地轉(zhuǎn)過角度θ的過程中，入射角增大，由折射定律n＝eq\f(sini,sinr)可知折射角也隨之增大，而且法線也逆時針旋轉(zhuǎn)，所以折射光斑在弧形屏上沿C→D方向移動，由臨界角公式sinC＝eq\f(1,n)可知紫光折射率最大，臨界角最小，玻璃磚旋轉(zhuǎn)過程弧形屏上最先消逝的肯定是紫光，故D、E正確。二、非選擇題(本題共7小題，共80分)5．(5分)(2024·山東泰安一模)有一個直角三角形的玻璃棱鏡ABC，截面如圖所示?！螦＝30°，D點是AC邊的中點。一束紅光從D點沿平行于AB方向射入棱鏡，光線到達AB面上的E點發(fā)生全反射，并垂直BC邊從F射出，則玻璃對紅光的折射率為________。若改用藍光沿同一路徑入射，則光線到達AB面上時比E點更靠近________(填“A”或“B”)點。答案eq\r(3)A解析光路圖如圖，紅光在D點的入射角為60°，由幾何關(guān)系知折射角為30°，依據(jù)光的折射定律可知：n＝eq\f(sin60°,sin30°)＝eq\r(3)。若改用藍光沿同一路徑入射，因藍光的折射率大于紅光，則在D點的折射角小于紅光，則射到AB邊上時的位置在E點下方，即光線到達AB面上時比E點更靠近A點。6．(5分)(2024·河南平頂山高三二調(diào))平行玻璃磚底面涂有反射層，一束由a、b兩種單色光組成的復(fù)合光以45°入射角斜射到玻璃磚的上表面，經(jīng)折射反射再折射后的光路如圖所示。不考慮光在玻璃磚上表面的反射，則玻璃磚對單色光________(填“a”或“b”)的折射率大；單色光________(填“a”或“b”)在玻璃中傳播的時間長；兩束單色光從玻璃磚上表面出射后相互________(填“平行”或“不平行”)。答案aa平行解析光路圖如題圖所示，光線進入玻璃磚時，a光的偏折程度較大，則a光的折射率較大。設(shè)玻璃磚的厚度為d，入射角為i，折射角為r，折射率為n。則有：n＝eq\f(sini,sinr)光在玻璃中的傳播速度：v＝eq\f(c,n)光在玻璃磚中的路程：x＝eq\f(2d,cosr)光在玻璃磚中的傳播時間：t＝eq\f(x,v)解得光在玻璃中的傳播時間：t＝eq\f(2dn2,c\r(n2－sin2i))采納特別值法比較：假設(shè)a光的折射率為eq\r(3)，b光的折射率為eq\r(2)代入上式可得：ta∶tb＝eq\f((\r(3))2,\r(3－\f(1,2)))∶eq\f((\r(2))2,\r(2－\f(1,2)))>1則ta＞tb。依據(jù)光路可逆性原理知，兩束單色光從玻璃磚上表面射出時折射角相等，且等于原來的入射角，所以兩者相互平行。7．(14分)(2024·云南二模)一同學(xué)在水平桌面上鋪放一張白紙，將一橫截面是直角三角形的玻璃磚平放在白紙上，并用鉛筆將其邊緣畫在白紙上，得到如圖所示的直角三角形ABC，在白紙上作一垂直BC邊的直線，在該直線上豎直插上P1、P2兩顆大頭針，然后從玻璃磚的另一個面透過玻璃磚視察P1、P2的像，在白紙上豎直插上P3、P4兩顆大頭針，使P3攔住P1、P2的像，P4攔住P3及P1、P2的像，大頭針的位置如圖所示。(1)作出該光束完整的光路圖；(2)測得出射光線與AB邊的夾角為θ(θ為銳角)，測出直角三角形頂角A的角度為α，求該玻璃磚的折射率n。答案(1)圖見解析(2)eq\f(cosθ,cos2α)解析(1)光路圖如圖所示。(2)由光路圖的幾何關(guān)系得：折射角為：γ＝eq\f(π,2)－θ入射角為：φ＝eq\f(π,2)－2α玻璃的折射率為：n＝eq\f(sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)－θ)),sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(π,2)－2α)))＝eq\f(cosθ,cos2α)。8．(14分)(2024·江蘇高考)人的眼球可簡化為如圖所示的模型，折射率相同、半徑不同的兩個球體共軸。平行光束寬度為D，對稱地沿軸線方向射入半徑為R的小球，會聚在軸線上的P點。取球體的折射率為eq\r(2)，且D＝eq\r(2)R。求光線的會聚角α。(示意圖未按比例畫出)答案30°解析如圖所示，由幾何關(guān)系sini＝eq\f(D,2R)，解得i＝45°則由折射定律eq\f(sini,sinγ)＝n，解得γ＝30°且i＝γ＋eq\f(α,2)，解得α＝30°。9．(14分)(2024·山東淄博一模)某種透亮材料制成的空心球體外徑是內(nèi)徑的2倍，其過球心的某截面(紙面內(nèi))如圖所示。一束單色光(紙面內(nèi))從外球面上A點入射，入射角為45°時，光束經(jīng)折射后恰好與內(nèi)球面相切。(1)求該透亮材料的折射率；(2)欲使光束從A點入射后，恰好在內(nèi)球面上發(fā)生全反射，則應(yīng)將入射角變?yōu)槎嗌俣?？答?1)eq\r(2)(2)30°解析(1)如圖1，設(shè)光束經(jīng)折射后到達內(nèi)球面上的B點，由題意知，入射角i＝45°，折射角r＝∠BAO由幾何關(guān)系有：sinr＝eq\f(BO,AO)＝0.5由折射定律有：n＝eq\f(sini,sinr)代入數(shù)據(jù)解得：n＝eq\r(2)。(2)如圖2，設(shè)在A點的入射角為i′時，光束經(jīng)折射后到達內(nèi)球面上C點，并在C點恰好發(fā)生全反射，則光束在內(nèi)球面上的入射角∠ACD等于臨界角C由sinC＝eq\f(1,n)代入數(shù)據(jù)解得：∠ACD＝C＝45°由正弦定理有eq\f(sin∠ACD,AO)＝eq\f(sin∠CAO,CO)AO＝2R，CO＝R解得：sin∠CAO＝eq\f(sin∠ACD,2)＝eq\f(\r(2),4)由折射定律有：n＝eq\f(sini′,sin∠CAO)解得：sini′＝0.5，即此時的入射角i′＝30°。10．(14分)(2024·四川瀘州二診)2018年9月23日“光纖之父”華人科學(xué)家高錕逝世，他一生最大的貢獻是探討玻璃纖維通訊。光纖在轉(zhuǎn)彎的地方不能彎曲太大，如圖模擬光纖通信，將直徑為d的圓柱形玻璃棒彎成eq\f(3,4)圓環(huán)，已知玻璃的折射率為eq\r(2)，光在真空中的速度為c，要使從A端垂直入射的光線能全部從B端射出。求：(1)圓環(huán)內(nèi)徑R的最小值；(2)在(1)問的狀況下，從A端最下方入射的光線，到達B端所用的時間。答案(1)(eq\r(2)＋1)d(2)eq\f(6(2＋\r(2))d,c)解析(1)從A端最下方入射的光線發(fā)生全反射時，其他光線都能發(fā)生全反射，依據(jù)幾何關(guān)系得sinθ＝eq\f(R,R＋d)設(shè)全反射臨界角為C，則要使A端垂直入射的光線全部從B端射出，必需有θ≥C依據(jù)臨界角公式有sinC＝eq\f(1,n)因此有：sinθ≥sinC即有eq\f(R,R＋d)≥eq\f(1,n)；解得：R≥eq\f(d,n－1)＝(eq\r(2)＋1)d所以R的最小值為(eq\r(2)＋1)d。(2)在(1)問的狀況下，θ＝45°，R＝(eq\r(2)＋1)d，如圖所示。光在光纖內(nèi)傳播的總路程為s＝6R光在光纖內(nèi)傳播的速度為v＝eq\f(c,n)＝eq\f(\r(2),2)c所以所求時間為t＝eq\f(s,v)＝eq\f(6(2＋\r(2))d,c)。11．(14分)(2024·湖南省長沙市長郡中學(xué)第一次適應(yīng)性考試)光纖公司規(guī)定光纖內(nèi)芯玻璃材料的折射率大于等于eq\r(2)，在抽制光纖時為檢測材料是否合格，將樣品材料用模具制成半徑為R的半圓柱體，光屏緊靠半圓柱體且垂直直徑AB放置，如圖所示。再用一束可以轉(zhuǎn)動的光束CO沿截面半徑射向材料的圓心O點，當θ≤45°時屏上只有一個光點，就說明材料合格。(1)寫出質(zhì)檢人員推斷的原理；(2)寫出公司規(guī)定“光纖內(nèi)芯的玻璃材料折射率大于等于eq\r(2)”的緣由。答案見解析解析(1)如圖甲，光束CO射向O點后，同時發(fā)生折射和反射，在屏上出現(xiàn)P和Q兩個光斑，減小θ時，r角漸漸變大，由n＝eq\f(sini,sinr)可知i角也增大；當r角增大到大于等于臨界角即r≥C時，折射光線消逝，屏上只有光斑P；合格的材料n≥eq\r(2)，由sinC＝eq\f(1,n)得臨界角C應(yīng)滿意C≤45°，所以光斑Q消逝時，r應(yīng)當滿意r≥45°，故θ≤45°。因此在θ≤45°時，