易错点34 光的折射 全反射-备战2022年高考物理典型易错题辨析与精练学案

易错点34 光的折射 全反射

易错总结

一、反射定律和折射定律

1.光的传播方向：当光从一种介质垂直进入另一种介质时，传播方向不变；斜射时，传播方向改变.

2.光的传播速度：光从一种介质进入另一种介质时，传播速度一定发生变化.

当光垂直界面入射时，光的传播方向虽然不变，但光传播的速度发生变化.

3.光的折射中入射角与折射角的大小关系：当光从折射率小的介质斜射入折射率大的介质时，入射角大于折射角，当光从折射率大的介质斜射入折射率小的介质时，入射角小于折射角.

4.反射定律和折射定律应用的步骤

(1)根据题意画出光路图.

(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、反射角、折射角均是光线与法线的夹角.

(3)利用反射定律、折射定律及几何规律列方程求解.

二、折射率

1.对折射率的理解

(1)折射率

n＝，θ1为真空中的光线与法线的夹角，不一定为入射角；而θ2为介质中的光线与法线的夹角，也不一定为折射角.

(2)折射率n是反映介质光学性质的物理量，它的大小由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关，与介质的密度没有必然联系.

2.折射率与光速的关系：n＝

(1)光在介质中的传播速度v跟介质的折射率n有关，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于1.

(2)某种介质的折射率越大，光在该介质中的传播速度越小.

三、全反射

1.全反射现象

(1)全反射的条件：

①光由光密介质射入光疏介质.

②入射角大于或等于临界角.

(2)全反射遵循的规律：①发生全反射时，光全部返回原介质，入射光与反射光遵循光的反射定律.②全反射的临界角C和折射率n的关系：sin C＝.

(3)从能量角度来理解全反射：当光从光密介质射入光疏介质时，随着入射角增大，折射角也增大.同时折射光线强度减弱，能量减小，反射光线强度增强，能量增加，当入射角达到临界角时，折射光线强度减弱到零，反射光线的能量等于入射光线的能量.

2.不同色光的临界角：由于不同颜色(频率不同)的光在同一介质中的折射率不同.频率越大的光，折射率也越大，所以不同颜色的光由同一介质射向空气或真空时，频率越大的光的临界角越小，越易发生全反射.

四、全反射棱镜改变光路的几种情况

【易错跟踪训练】

  易错类型：对物理概念理解不透彻

1．（2021·山东高三月考）物理郝老师在课堂上做了一个演示实验：让某特制的一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖（玻璃较厚）折射分成两束单色光a、b，下列说法正确的是（　　）

A．若增大入射角i，则b光可能先消失

B．进行双缝干涉实验，在其他条件相同的情况下，a光条纹间距大于b光条纹间距

C．在玻璃砖中，a光的波长比b光的波长长

D．a光的频率比b光的频率大

【答案】D

【详解】

A．由于光线射到玻璃砖下表面的入射角等于上表面的折射角，根据光路可逆性可知，a、b两种单色光在下界面上不可能发生全反射，A错误。

CD．由图知两束的入射角相等，a的折射角小于b的折射角，通过折射定律可知na>nb，由于折射率越大，光的频率越大，则b光的频率比a光的频率小，所以a光波长小于b光波长，故C错误D正确。

B．根据

a光波长小于b光波长，在其他条件相同的情况下，a光条纹间距小于b光条纹间距，B错误。

故选BD。

2．（2021·浙江高三）如图是半径为R的半圆形玻璃砖，一束单色光从A点射入玻璃砖，在直径面上发生全反射，最终从B点射出玻璃砖（B点位置未标出），已知出射光与入射光之间互相垂直，真空中光速为c，则（　　）

A．玻璃砖的折射率为

B．光在玻璃砖内的速度为

C．光在玻璃砖中的临界角为

D．光在直径面上的全反射点P与O点的距离为

【答案】D

【详解】

A．如图，在A处

在P处的入射角

入射光与出射光相互垂直，m、L两法线垂直，

， ，

故A错误；

B．根据

故B错误；

C．临界角

故C错误；

D．如图 ，所以

故D正确。

故选D。

3．（2021·辽宁丹东·高三）关于下列光学现象，说法正确的是（　　）

A．蓝光比红光的波长短，所以在真空中蓝光的传播速度更大些

B．在同种均匀介质中，蓝光比红光折射率小，所以蓝光传播速度大

C．在同一条件下，若蓝光能发生全反射则红光也一定能发生全反射

D．在同一双缝干涉实验装置中，蓝光条纹间距比红光条纹间距窄

【答案】D

【详解】

A．蓝光和红光在真空中传播时的速度相等都是光速，A错误；

B．在同种介质中，由于蓝光的频率比红光的频率大，蓝光的折射率比红光的折射率大，由可知蓝光的传播速度小，B错误；

C．在同一条件下，由于蓝光的折射率比红光的大，由知，蓝光的临界角小，容易产生全反射，所以蓝光能产生全反射，红光不一定能产生全反射，C错误；   

D．由双缝干涉现象的条纹间距可知，蓝光的波长比红光的小，所以蓝光的条纹间距比红光的条纹间距窄，D正确。

故选D。

4．（2021·辽宁高三专题练习）一光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，可看成一段直线，其内芯和外套的材料不同，光在内芯中传播，下列关于光导纤维的说法错误的是（　　）

A．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射

B．波长越长的光在光纤中传播的速度越大

C．频率越大的光在光纤中传播的速度越大

D．若紫光以如图所示角度入射时，恰能在光纤中发生全反射，则改用红光以同样角度入射时，不能在光纤中发生全反射

【答案】C

【详解】

A．当内芯的折射率比外套的大时，光传播时在内芯与外套的界面上才能发生全反射，故选项A正确；

BC．波长越长的光，频率越小，介质对它的折射率n越小，根据公式v=，光在光纤中传播的速度越大，故选项B正确，C错误；

D．根据知，折射率越大，全反射临界角越小，红光的折射率小，则全反射临界角大，若紫光恰能发生全反射，则红光不能发生全反射，故选项D正确。

本题选错误的，故选C。

5．（2021·海淀·北京市八一中学高三月考）两束不同频率的单色光a、b从空气射入水中，发生了如图所示的折射现象（α>β）。下列结论中正确的是（　　）

A．光束b的频率比光束a低

B．在水中的传播速度，光束a比光束b小

C．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小

D．若光束从水中射向空气，则光束b的临界角比光束a的临界角大

【答案】C

【详解】

AC．根据图示和折射定律可知，b光的折射率较大，则b的频率较大。故A错误，C正确；

B．由可知，b光的折射率较大，在同种介质传播速度较小。即在水中的传播速度，光束a比光束b大，故B错误；

D．由临界角公式分析得到，b光的折射率较大，对同种介质的临界角较小，故D错误。

故选C。

6．（2021·江苏南京师大附中）光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，如图所示，一复色光以入射角θ0射入光导纤维后分为a、b两束单色光，a、b两单色光在内芯和外套界面发生全反射，下列说法正确的是（　　）

A．内芯折射率小于外套的折射率

B．a光光子的能量大于b光光子的能量

C．在内芯介质中单色光a的传播速度比b大

D．入射角由θ0逐渐增大时，b光全反射现象先消失

【答案】C

【详解】

A．光在光在内芯和外套界面发生全反射，可知光从光密介质射入光疏介质，则内芯的折射率大于外套的折射率，A错误；

B．由图可知，a光射入光导纤维后的折射角大于b光，由折射定律可知光导纤维对a的折射率小于b光的折射率，则a光的频率小于b光，根据光子能量公式，b光子的能量大于a光光子的能量，B错误；

C．根据折射率公式

可以判断a光在光导纤维中的速度大于b光，C正确；

D．根据

可知，a光的临界角比b光的大，所以入射角由逐渐增大时，光全反射现象先消失，D错误。

故选C。

7．（2021·全国高三）如图所示，一束细白光从半圆形玻璃砖顶点垂直于PQ向圆心O射去。保持入射光不变让玻璃砖绕圆心逆时针缓慢转动，当转过角时，恰好没有任何光线从PQ边射出。由此可以判定（　　）

A．红光的临界角是 B．红光的临界角是

C．紫光的临界角是 D．紫光的临界角是

【答案】A

【详解】

当转过角时,可以知道光线在PQ界面上的入射角为。恰好没有任何光线从PQ边射出,可以知道临界角为，因为紫光的折射率最大，根据

由此可知：紫光的临界角最小,最先消失的是紫光，现在都没有光射出，说明临界角最大的红光也没有射出，所以可以知道红光的临界角为。故A项符合题意，BCD项不符合题意。

故选A。

8．（2021·河北衡水中学高三月考）如图所示，O点为半圆柱形透明物体横截面的圆心，为其直径，一单色光平行于方向从C点射入透明物体，然后直接从B点射出。已知，则透明物体的折射率为（　　）

A．3 B．2 C． D．

【答案】C

【详解】

作出过C点的法线，如图所示：

由几何关系知

由折射定律得透明物体的折射率为

故选C。

9．（2021·全国）如图所示，把由同种材料（玻璃）制成的厚度为d的立方体A和半径为d的半球体B分别放在报纸上，从正上方（对B来说是最高点）竖直向下分别观察A、B中心处报纸上的字，下面的说法正确的是（　　）

A．看到A中的字比B中的字高

B．看到B中的字比A中的字高

C．看到A、B中的字一样高

D．看到B中的字比没有玻璃半球时的字高

【答案】A

【详解】

半球体中心处的字折射出的光线射出半球面时沿直线射出，观察者认为字在半球体中心，而A中字由于折射现象使得看到的字的高度比实际位置偏高，即看到A中的字比B中的字高，如图。

故选A。

10．（2021·重庆高三月考）如图是同一单色光从介质a射向介质b时的光路图，由此可知（　　）

A．a是光密介质，b是光疏介质

B．增大入射角，光在界面可能发生全反射

C．光在介质a中的频率大于在介质b中的频率

D．光在介质a中的传播速度大于在介质b中的传播速度

【答案】D

【详解】

A．结合光路图可判定入射角大于折射角，可知介质a是光疏介质，b是光密介质，故A错误；

B．全反射发生在从光密介质到光疏介质过程，故B错误；

C．同一单色光在不同介质中传播，频率不变，即光在介质a中的频率等于在介质b中的频率，故C错误；

D．由折射率

可知

所以，光在介质a中的传播速度大于在介质b中的传播速度，故D正确。

故选D。

11．（2021·沙坪坝·重庆八中高三月考）某小区水下景观灯可视为点光源，发出a、b两单色光。人在水面上方向下看，水面中心区域有a光、b光射出，II区域只有a光射出，如图所示。下列判断正确的是（　　）

A．水对a光的折射率大于对b光的折射率

B．在水中，a光的速度小于b光的速度

C．在真空中，a光的频率大于b光的频率

D．用相同的装置进行双缝干涉实验，a光的条纹间距较大

【答案】D

【详解】

AC．由题意，a光全反射临界角大于b光，故折射率na <nb，频率fa<fb，波长ha> hb，AC错误；

B．根据折射率与速度的关系，即有

又

na <nb

故水中va>vb，B错误；

D．双缝干涉时，条纹间距为

故，D正确。

故选D。

12．（2020·天津市蓟州区第一中学高三月考）a、b两束光平行从扇形玻璃砖AB一侧入射，且两束光与距离相同，最终出射时，会聚于P点，则下列说法正确的是（　　）

A．真空中，a光传播速度更快

B．a光光子能量更大

C．若用a光照射金属板时，金属板逸出光电子，则b光不一定可以使金属板逸出光电子

D．b光在玻璃砖中传播时间更长

【答案】D

【详解】

A．所有光在真空中传播速度均为3×108m/s，A错误；

B．作出光路如图

由光路图可知玻璃对b光的折射率大，故b光的频率大，由

知b光的光子能量大，B错误；

C．当入射光的频率大于金属的极限频率时，产生光电效应，由于b的频率大于a的频率，a能使金属产生光电效应，故b一定能使金属产生光电效应，C错误；

D．光在介质中的速度

玻璃对b光的折射率大，故b在玻璃中的速度小，由于在两光在玻璃中传播的距离相等，故b传播的时间更长，D正确。

故选D。

13．（2021·全国高三专题练习）如图所示的长玻璃体，AB面平行于CD面，端面AC与CD面的夹角为45°，玻璃的折射率n=。要使入射光从AC面进入玻璃并向另一端无损失地传输，则图中α角的范围应是（　　）

A．0°<α≤30° B．0°<α≤90° C．0°<α≤60° D．0°<α≤45°

【答案】B

【详解】

由于n=，要使入射光从AC面进入玻璃并向另一端无损失地传输，即光线在CD、AB面发生全反射，临界角
 

即

由

得

即

故选B。

14．（2021·宁夏中卫市·中宁一中高三月考）如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形玻璃缸底有一发光小球，则（　　）

A．小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球

B．小球所发的光能从水面任何区域射出

C．小球所发的光从水中进入空气不会发生全反射

D．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大

【答案】D

【详解】

A．只要发光小球在缸底的光线能从侧面折射出来，就可以从侧面看到发光小球，故A错误；

BC．发光小球由水中射向水面的光线，存在一个全反射临界角，当入射角等于或大于全反射临界角时，光不能从水面射出，故B、C错误；

D．由于

而n>1，所以

c>v

故D正确。

故选D。

15．（2021·北京高三开学考试）在很多情况下，我们对物理规律的理解和认识是通过观察和比较物理现象来进行的。在下列的观察及根据观察所得出的相应结论中正确的是（　　）

A．相同的弹簧受到不同的拉力，拉力越大，弹簧的形变量越大，说明弹簧的劲度系数和拉力的大小有关

B．从同一高度同时做自由落体运动和做平抛运动的相同小球能同时落地，说明这两个小球的运动都满足机械能守恒

C．一束平行白光射向玻璃三棱镜，不同颜色的光经过三棱镜偏折的角度不同，说明了玻璃对不同颜色光的折射率不同

D．把一根条形磁铁插入闭合线圈，磁铁插入的速度越大，感应电流越大，说明感应电动势的大小和磁通量变化的大小有关

【答案】C

【详解】

A．相同的弹簧受到不同的拉力，拉力越大，弹簧的形变量越大，不能说明弹簧的劲度系数和拉力的大小有关，实质上弹簧的劲度系数由弹簧本身决定，与拉力无关，故A错；

B．从同一高度同时做自由落体运动和做平抛运动的相同小球能同时落地，只能这两个小球竖直方向的运动相同，都是自由落体运动，不能说明这两个小球的运动都满足机械能守恒，故B错误；

C．一束平行白光射向玻璃三棱镜，不同颜色的光经过三棱镜偏折的角度不同，说明相同的

入射角折射角不同，根据折射定律可知玻璃对不同颜色光的折射率不同，故C正确；

D．把一根条形磁铁插入闭合线圈，磁铁插入的速度越大，感应电流越大，说明感应电动势的大小和磁通量变化快慢的大小有关，而不能说明磁通量变化的大小有关，故D错误。

故选C。

16．（2021·浙江高三开学考试）一束由红、蓝两单色光组成的光以入射角θ由空气射到半圆形玻璃砖表面的A处，AB是半圆的直径；进入玻璃后分为两束，分别为AC、AD，它们从A到C和从A到D的时间分别为t1和t2，则（　　）

A．AC是红光，t1小于t2

B．AC是蓝光，t1等于t2

C．在玻璃中单色光AC的传播速度大于单色光AD的传播速度

D．若保持入射光束不变，把半圆形玻璃砖稍向左移，则两束光可能同时到达半圆面

【答案】B

【详解】

C．AC光的偏折程度比较大，则介质对AC光的折射率比较大，AC光是蓝光。设AC光与法线的夹角为，AC光在介质中的传播速度为

因此在玻璃中单色光AC的传播速度小于单色光AD的传播速度，C错误；

AB．由速度公式可得

由折射定律可得

联立解得

由此可知，AC光与AD光的传播时间相等，B正确，A错误；

D．若保持入射光束不变，把半圆形玻璃砖稍向左移，入射角不变，则两束光一定同时到达半圆面，D错误；

故选B。