第60講 光的折射全反射（練習）（原卷版）-2025年高考物理一輪復習講練測（新教材新高考）

第60講光的折射全反射目錄01模擬基礎練【題型一】折射定律及應用 【題型二】全反射定律及其應用【題型三】折射定律與全反射定律的綜合應用02重難創(chuàng)新練【題型一】折射定律及應用 1．為了從坦克內部觀察外部的目標，在坦克壁上開了一個小孔，孔內安裝一透明材料，厚度與坦克壁厚度相同．ABCD為該材料的縱截面，如圖所示。已知坦克壁厚度為，該材料對光的折射率為。不考慮光在面的反射，若坦克內的人通過這塊材料能看到的外界角度范圍最大為，則之間的距離為（

）A． B． C． D．2．如圖所示，某透明均質光學元件的截面ABCD是長為2L、寬為L的矩形。一細束單色光從AB邊上中點P，以與AB邊夾角的方向由真空中射入該元件，經折射后從CD邊上M點（圖中未畫出）出射。已知該元件對該單色光的折射率，則PM的長度為（

）（取，不考慮光的反射）A． B． C． D．3．半圓柱形玻璃磚的底面鍍有一層反射膜，為玻璃磚的半圓形橫截面，M為最高點，O為圓心，半徑為R。一束寬為R的平行光的下邊恰好沿著底邊，如圖所示。其中從A點射入的光線經玻璃折射后從B點射出，已知A、B兩點距離分別為和。，不考慮圓弧面上的反射光線，下列說法正確的是（）A．玻璃的折射率為B．有部分光線在圓弧區(qū)域發(fā)生全反射C．只有圓弧的部分區(qū)域有光線射出D．射向圓弧區(qū)域的光線有一部分來源于處反射的光線4．如圖是一半徑為R、橫截面為四分之一圓的玻璃柱，截面所在平面內，一束與AC平行的光線從圓弧上的P點入射，直接射到BC界面從M點射出，已知P點到AC界面的距離為，，則該玻璃柱的折射率為（）A． B． C． D．5．如圖所示，甲、乙兩個相同的薄壁玻璃杯盛有不同濃度的蔗糖水，兩束相同的單色光線以相同的入射角照射玻璃杯，折射角，圖中黑點表示玻璃杯直徑的四等分點。已知蔗糖水濃度越大，對光的折射率越大。下列說法正確的是（）A．甲杯中蔗糖水的濃度更大些B．甲杯中蔗糖水對光的折射率為乙杯中蔗糖水對光的折射率的一半C．從兩玻璃杯底部射出的光線相互平行D．適當增大入射角，甲中的光線在射入玻璃杯時可能發(fā)生全反射6．如圖所示，楔形玻璃的橫截面的頂角為30°，邊上有點光源S，垂直于邊的光線在邊的折射角為45°。不考慮多次反射，邊上有光射出部分的長度與邊的長度之比為（）A．1 B． C． D．【題型二】全反射定律及其應用7．香港中文大學前校長高錕提出：光通過直徑僅幾微米的玻璃纖維就可以用來傳輸大量信息。根據這一理論制造的光導纖維成為電話、互聯(lián)網等現(xiàn)代通信網絡運行的基石，高錕因此獲得了2009年諾貝爾物理學獎。如圖所示，一段橫截面為圓形的粗細均勻的光導纖維被彎成半圓形狀，光導纖維的橫截面直徑為d，折射率為n，光導纖維外部可認為是真空區(qū)域。如果將一束平行光垂直于光導纖維的水平端面A射入，并使之全部從水平端面B射出，為保證光信號一定能發(fā)生全反射，光纖中心軸線的轉彎半徑R應不小于（）A． B． C． D．8．光纖通訊中信號傳播的主要載體是光纖，它的結構如圖甲所示。一束激光由光導纖維左端的點O以的入射角射入一直線光導纖維內，恰好在光導纖維的側面（側面與過O的法線平行）發(fā)生全反射，如圖乙所示。下列說法中正確的是（

）A．光纖內芯的折射率比外套的小 B．頻率越大的光在光纖中傳播的速度越小C．光從左端空氣中進入光纖內芯后，其頻率變大 D．9．“超短激光脈沖展寬”曾獲諾貝爾物理學獎，其主體結構的截面如圖所示。在空氣中對稱放置四個相同的直角三棱鏡，三棱鏡的頂角為θ，相鄰兩棱鏡間的距離為d。兩頻率不同的光脈沖同時垂直射入第一個棱鏡左側面某處，經過前兩個棱鏡后平行射向后兩個棱鏡，再經過后兩個棱鏡重新合成為一束，并從第四個棱鏡右側面射出。兩光脈沖出射時有一時間差，從而完成脈沖展寬。則（

）A．頻率較高的光脈沖先從出射點射出B．θ必須大于某一值才能實現(xiàn)光脈沖展寬C．垂直入射點不同，也不同D．d一定時，θ越小，也越小10．某同學用紅色光從真空對著一正方體透明玻璃磚的AB邊似與法線成角大射，在玻璃磚內AD邊的中點發(fā)生全反射，如圖所示，下列說法正確的是（）A．該光線還會在CD邊全反射B．該光線不會在CD邊全反射，出射光線與開始入射的光線平行C．若角度增大到一定程度，則會在AB邊全反射D．若角不變，換用折射率大一點的紫色光入射，則在AD邊全反射點下移靠近D點11．如圖甲，某水池中有一點光源S，點光源S僅發(fā)射出單色光a和b，在水面上形成一個被照亮的圓形區(qū)域（如圖乙），小圓區(qū)域為復色光照亮區(qū)域，大圓環(huán)區(qū)域僅為單色光b照亮區(qū)域。已知水對單色光a的折射率為，對單色光b的折射率為，則單色光b照射到小圓區(qū)域邊界處的折射角正弦值為（

）A． B． C． D．12．如圖所示，由折射率為n的透明材料制成、半徑為R的半圓柱形透明磚平放在桌面上，A、C為透明磚的截面直徑的上、下端點，計時開始，激光束垂直AC對應的側面照射到A點，此后激光束沿AC方向以速度v勻速向C點平移，忽略光在透明磚中的傳播時間，從圓弧面ABC上開始有光射出的時刻為（

）A． B． C． D．13．如圖所示，水中的潛水員看到水面以上的所有景物都會處在一個倒立的圓錐內，已知該圓錐軸截面的頂角為α，光在真空中的傳播速度為c。則光在水中的傳播速度為（）A． B． C． D．【題型三】折射定律與全反射定律的綜合應用14，如圖，一個半徑為R，折射率為的半球形透明介質，O點為球心，以及一個等腰直角三角形的玻璃磚SMN，B為MN中點，BO垂直斜邊，長度為，MN與PQ平行且相等，一束單色光從SM邊中點A垂直SM進入玻璃磚，依次到達B、C、D點，光路圖如圖所示，OC的長度為，光在真空中的傳播速度為c。求：(1)玻璃磚的折射率；(2)光線從的時間；(3)不考慮反射光線，如圖所示的光路圖到達D點是否有光線射出？15.如圖所示，正三角形ABC為玻璃薄板，以正三角形ABC的幾何中心O點為圓心挖出一圓孔（可視為真空），現(xiàn)將一點光源放置在O點處，該光源向各方向均勻發(fā)光且發(fā)射波長為的藍光，CH為AB邊的中垂線。已知光在真空中的傳播速度為c，藍光在正三角形ABC玻璃薄板中傳播的波長為，求：(1)藍光在玻璃薄板中傳播時的速度；(2)正三角形ABC玻璃薄板對藍光的折射率；(3)射到AB邊的光子中能直接從AB邊射出和不能直接從AB邊射出的光子個數比（不考慮多次反射）。16．如圖所示為用某種特殊透明材料制作的半徑為R的半圓形磚，在圓心O點處垂直于磚直徑MN邊射入一束由紅綠雙色光混合的激光，當激光束緩慢向左平移到距O點位置時發(fā)現(xiàn)半圓形曲面恰好只有單色光射出，射出光線與入射方向夾角為，不考慮反射。求：(1)該透明材料分別對兩種單色光的折射率；(2)在直徑MN的范圍內垂直射入的光束中，求從弧面射出的總寬度。1．某些為屏蔽電磁波設計的人工材料，其折射率為負值（n<0），稱為負折射率材料。電磁波從空氣射入這類材料時，折射定律和電磁波傳播規(guī)律仍然不變，但是折射波與入射波位于法線的同一側（此時折射角取負值）。如圖所示，波源S發(fā)出的一束電磁波的入射角i=45°，經負折射率的平板介質材料后，從另一側面射出（圖中未畫出），已知平板介質的厚度為d，電磁波在真空中的傳播速度為c，不考慮電磁波在介面處的反射，下列說法正確的是（）A．該電磁波的出射點位于法線OO1的上方B．電磁波射出平板的出射方向與射入平板的入射方向平行C．電磁波由空氣進入平板介質，波長變長D．電磁波在平板介質中的傳播時間為2．半徑為R的透明半圓柱置于空氣中，橫截面如圖所示，為圓心與半圓頂點間連線。真空中波長為的單色光射入其半圓面上，入射方向與平行，入射點為P，，半圓柱的折射率為。求(1)光從半圓柱出射的位置與O點之間的距離；(2)光線在半圓柱中的波長。3．如圖所示為橫截面是直角三角形的三棱鏡，棱鏡材料對紫光的折射率為，對紅光的折射率為，一束很細的白光由棱鏡的一側面AB垂直射入，從另一側面AC射出。已知棱鏡的頂角為，AC邊平行于光屏MN，并且與光屏相距L，試求在光屏MN上得到的可見光的寬度。4．左側是半圓形、右側是直角三角形的某材料磚的截面圖如圖所示，BC為半圓形材料磚的直徑，O為圓心，圓的半徑為R。直角三角形ABC的AB邊水平，，過A點放置了一個與水平面垂直的屏幕MN，一束紅光射向半圓形材料磚的圓心O，已知該材料磚對紅光的折射率為，紅光在真空中運動的速度為c，入射方向與BC的夾角為。求：(1)紅光射到屏上的位置距A點的距離是多少？(2)紅光從射入該材料磚至到達光屏的時間。5．2023年9月，廈門北站甬廣場投入運營，它是國內首個大規(guī)模應用智能陽光導入系統(tǒng)的鐵路站房，照射面積7000平。每年節(jié)電相當于減排960噸二氧化碳?！爸悄荜柟鈱讼到y(tǒng)”可以跟隨并收集太陽光，并過濾掉紫外線等有害射線，再通過反射率高達的光纖導人室內或者是地下空間，可以解決采光問題。某同學受其啟發(fā)，為增強室內照明效果，在水平屋頂上開一個厚度為，直徑的圓形透光孔，將形狀、厚度與透光孔完全相同的玻璃磚嵌入透光孔內，玻璃磚的折射率，下圖為透光孔的側視圖。求：(1)入射到透光孔底部中央點處的光線范圍比嵌入玻璃磚前增加了多少度；(2)嵌入折射率至少多大的玻璃磚可使入射到透光孔底部中央點處的光線范圍最大。6．景觀湖水面之下安裝的小燈泡發(fā)出的某種單色光，會在水面形成一個個漂亮的發(fā)光區(qū)域，位于深處的甲燈泡發(fā)紅色光，位于另一深度的乙燈泡發(fā)黃色光，兩燈泡發(fā)出的光在水面形成的面積相等，已知水對紅光的折射率為，對黃光的折射率為。(1)求甲燈泡發(fā)光區(qū)域的面積；(2)求乙燈泡的深度；(3)若在一次雨后，發(fā)現(xiàn)甲燈泡發(fā)光面積是原來的兩倍，求水面上升的高度。7．圖甲為某同學設計的測量透明液體折射率的裝置圖，正方體玻璃容器邊長為20.00cm，薄刻度尺平行于BC邊放置在容器內底部，零刻度與棱邊上的O點重合，截面圖如圖乙所示。容器中不加液體時，從P點發(fā)出的激光恰好在O處形成光斑。保持入射角不變，向容器中注入10.00cm深的某種液體，激光在N點形成光斑，N點對應的刻度為5.00cm。真空中光速為，取，求：(1)該液體的折射率和該液體中的光速（結果保留3位有效數字）；(2)容器中注滿該液體后（液面水平），光斑到O點的距離。8．光纖已普遍應用到通信領域，具有可彎曲、傳輸速度快、信息量大等優(yōu)點。如圖是一段彎成圓弧的光纖材料，一束光緊貼光纖材料內側垂直射入材料一端，在A點恰好發(fā)生全反射，如圖所示。已知光纖材料的直徑為d，光纖材料內側對應的半徑為R，光在真空中的傳播速度為c。求：(1)光在光纖材料中的折射率；(2)光在光纖材料中的傳播速度大小。9．如圖所示為單反相機的取景五棱鏡原理圖，光線①經反光鏡反射后以垂直AB面射入五棱鏡，以平行于AB面的方向射出五棱鏡。已知玻璃相對空氣的折射率為1.6，∠ABC=90°。（已知：sin38°=）(1)如圖所示，如果左下角的桃心表示一正立的物體，判斷經過多次反射后在取景窗中得到的是正立還是倒立的像，作圖并說明；(2)調節(jié)CD和AE面與AB面的夾角，使得光線①由CD面射向空氣時，恰好發(fā)生全反射，且光線出射方向仍與AB面平行，求調整后CD面與AB面和AE面與AB面的夾角α、β分別為多大？（在傳播過程中光線與DE面無交點）10．如圖甲所示為一個足球玻璃球，其簡化模型的正視圖如圖乙所示，為球心，是沿水平方向的直徑。一束激光從點平行于射入玻璃球內部，從右側點射出。已知真空中的光速，該玻璃球對激光的折射率為，玻璃球的半徑為。且球內的足球是不透光體，不考慮反射光的情況下，求：(1)該激光在玻璃球內的光速；(2)玻璃球內足球的最大直徑。11．如圖1、2所示，折射率的長方形透明板ABCD的四周是空氣，AB邊長，BC邊長記為。點光源S位于透明板中分線MN上，S與AB邊相距a，它朝著AB邊對稱地射出兩條光線，光線的方位角已在圖中標出光線進入透明板后，只討論經一次反射后從CD邊出射的光線。（1）已知時，兩條出射光線相交MN上與CD邊相距a的點，試求x值；（2）令從單調增大，當接近但未達到時，從CD邊出射的兩條光線能否相交于CD邊的右側？12．如圖甲，半徑為R的半圓形玻璃磚可繞過圓心的軸轉動，圓心O與足夠大光屏的距離，初始玻璃磚的直徑與光屏平行，一束光對準圓心沿垂直光屏方向射向玻璃磚，在光屏上位置留下一光點，保持入射光方向不變，讓玻璃磚繞O點順時針方向轉動時，光屏上光點也會移動，當玻璃磚轉過角時，光屏上光點位置距離點為。光在真空中的傳播速度為c，求：（?。┊敼馄辽瞎恻c消失時，玻璃磚繞O點相對初始位置轉過的角度的正弦值；（ⅱ）若將玻璃磚按圖乙所示方式放置，初始玻璃磚的直徑與光屏平行，圓心O到光屏的距離為2R，一束光對準圓心沿垂直光屏方向射向玻璃磚，在光屏上位置留下一光點，保持入射光方向不變，讓玻璃磚繞O點順時針方向轉動時，光屏上光點到點的距離H及光束在玻璃磚內的傳播時間。13．一水平放置的玻璃磚如圖所示，縱切面ABCD是一個直角梯形，AB邊與AD邊的夾角為30°，橫截面CDGH是邊長為L的正方形。一束單色光寬度為L，厚度為，