高考物理一轮复习课时练40光的折射全反射含答案

光的折射　全反射

1.(对折射率的理解)(2020北京房山一模)下表是在20 ℃时,波长为589.3 nm的光在几种介质中的折射率,根据表中数据结合所学知识,下列判断正确的是(　　)

A.这种光在玻璃中的速度大于在水中的速度

B.水晶对不同颜色的光的折射率都是1.55

C.这种波长的光从玻璃射入水中可能发生全反射

D.这种波长的光从水射入空气比从水晶射入空气更容易发生全反射

2.

(光在玻璃砖中的传播)(2020北京通州一模)如图所示,上、下表面平行的玻璃砖放在空气中,光以入射角θ从玻璃砖的上表面A点射入,从下表面的B点射出的光线相对于入射光线的侧移距离为d,当θ增大一个小角度时,下列说法正确的是(　　)

A.侧移距离d增大

B.在A点可能发生全反射

C.在B点一定发生全反射

D.光在玻璃中的传播时间变短

3.(光的折射)(2020山东高三一模)在一次讨论中,老师问道:“假如水中相同深度处有a、b、c三种不同颜色的单色点光源,有人在水面上方同等条件下观测发现,b在水下的像最深,c照亮水面的面积比a的大,关于这三种光在水中的性质,同学们能做出什么判断?”有同学回答如下:①c光的频率最大;②a光的传播速度最小;③b光的折射率最大;④a光的波长比b光的短。根据老师的假定,以上回答正确的是(　　)

A.①② B.①③ 

C.②④ D.③④

4.

(光的折射)(2020山东滨州高三三模)如图所示,ACDB为圆柱形玻璃的横截面,AB为其直径。现有两单色光组成的复合光沿EA方向射向玻璃,其折射光线分别沿AC、AD方向,光从A到C的时间为tAC,从A到D的时间为tAD。则(　　)

A.tAC=tAD B.tAC<tAD 

C.tAC>tAD D.无法确定

5.

(多选)(折射和全反射)(2020山东济宁高三一模)如图所示,足够大的平行玻璃砖厚度为d,底面镀有反光膜CD,反光膜厚度不计,一束光线以45°的入射角由A点入射,经底面反光膜反射后,从顶面B点射出(B点图中未画出)。已知玻璃对该光线的折射率为,c为光在真空中的传播速度,不考虑多次反射。则下列说法正确的是(　　)

A.该光线在玻璃中传播的速度为c

B.该光线在玻璃中的折射角为30°

C.平行玻璃砖对该光线的全反射临界角为45°

D.为了使从A点以各种角度入射的光线都能从顶面射出,则底面反光膜面积至少为4πd2

6.

(全反射)(2020安徽高三三模)如图所示,阴影部分为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面,其中ABCD是边长为80 cm的正方形,中空截面是正方形ABCD的内切圆,圆心为O。O处有一点光源,射向四周的光束中,只有一部分能从正方形ABCD边所在的面射出。已知此透明材料对该光束的折射率为n=,不考虑光在透明材料中的多次反射。求:

(1)该透明材料的临界角;

(2)光从正方形横截面ABCD上射出的长度。

7.

(光的折射和全反射)(2020辽宁高三一模)如图所示是一个水平横截面为圆形的平底玻璃缸,玻璃缸深度为2h,缸底面圆心处有一单色点光源S,缸中装有某种液体,深度为h,O点为液面的圆心,OS垂直于水平面。用面积为πh2的黑纸片覆盖在液面上,则液面上方恰好无光线射出。若在上述黑纸片上,以O为圆心剪出一个面积为πh2的圆孔,把余下的黑纸环仍放置在液面上原来的位置,使所有出射光线都从缸口射出,则缸口的最小面积为多少?

素养综合练

8.

(2020浙江卷)如图所示,圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上,光线从P点垂直界面入射后,恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射;当入射角θ=60°时,光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c,则(　　)

A.玻璃砖的折射率为1.5

B.OP之间的距离为R

C.光在玻璃砖内的传播速度为c

D.光从玻璃到空气的临界角为30°

9.

(多选)(2020浙江高三一模)一个高为h的玻璃圆柱体中心S处装有一个小彩灯。小彩灯可以发出红、蓝两种颜色变换的光,已知圆柱体的玻璃对红、蓝两种光的折射率分别为n1、n2,则(　　)

A.在玻璃圆柱体内,红光的传播速度大于蓝光的传播速度

B.若圆柱体的半径足够大,红光在上表面的圆形透光面比蓝光小

C.若要使两种色光均可从玻璃圆柱体上表面的各个方向射出,则玻璃圆柱体上表面的半径不能超过

D.从玻璃圆柱体上表面正上方观看小彩灯,看到的灯比实际高,且蓝光比红光更高

10.(2020北京第一六六中学高三模拟)如图甲所示,某种油量计是由许多透明等厚的薄塑料片叠合而成的,每个薄片的形状如图乙所示,其底部为等腰直角三角形,薄片的长度不等。把这一油量计固定在油箱内,通过观察窗口可以清晰看到油量计的上表面有一条明暗分界线,从而可知箱内剩余油的多少。已知塑料的折射率为n,且小于油的折射率,当油箱中有半箱油时,油量计的上表面(　　)

A.左明右暗,且n> B.左明右暗,且n<

C.左暗右明,且n> D.左暗右明,且n<

11.

(2020湖北高三一模)角反射器是由三个互相垂直的反射平面所组成,入射光束被它反射后,总能沿原方向返回,自行车尾灯也用到了这一装置。如图所示,自行车尾灯左侧面切割成角反射器阵列,为简化起见,假设角反射器的一个平面平行于纸面,另两个平面均与尾灯右侧面成45°夹角,且只考虑纸面内的入射光线。为使垂直于尾灯右侧面入射的光线在左侧面发生两次全反射后沿原方向返回,尾灯材料的折射率要满足什么条件?

12.

(2020福建高三一模)如图所示,一长方体透明玻璃砖在底部挖去半径为R的半圆柱,玻璃砖长为L。一束单色光垂直于玻璃砖上表面射入玻璃砖,且覆盖玻璃砖整个上表面,已知该单色光在玻璃砖中的折射率为n=,真空的光速c=3.0×108 m/s,求:

(1)单色光在玻璃砖中的传播速度;

(2)半圆柱面上有光线射出的表面积。

参考答案

课时规范练40　光的折射　全反射

1.C　从表中可得出在20℃时玻璃对光的折射率在1.5~1.8,水对光的折射率为1.33,根据v=可知这种光在玻璃中的速度小于在水中的速度,故A错误;水晶对波长为589.3nm的光的折射率为1.55,故B错误;玻璃对光的折射率大于水对光的折射率,则这种波长的光从玻璃射入水的过程,即从光密介质射向光疏介质,故可能发生全反射,故C正确;根据n=,折射率大者临界角小,水晶折射率大于水,因此更容易发生全反射,故D错误。

2.A　当入射角θ增大时,折射角增大,由于出射光线与入射光线平行,侧移距离d增大,故A正确;在A点,光线从空气入射到玻璃砖,由光疏介质射到光密介质,所以在A点不会发生全反射,故B错误;在上表面,入射角小于90°,折射角一定小于临界角,光到达下表面时的入射角与上表面的折射角相等,则此入射角小于临界角,不可能发生全反射,故C错误;当θ增大时,折射角增大,光在玻璃中的传播路程增大,时间变长,故D错误。

3.C　频率最小的光,水对它的折射率最小,在水下的像最深,所以b的折射率最小,频率最小,波长最大,传播速度最大,③错误④正确;照亮水面的圆面积的半径R与临界角C满足tanC=

又sinC=,c照亮水面的面积比a的大,则c的临界角大,水对c的折射率小,所以a的折射率最大,a的频率最大,a的传播速度最小,①错误②正确,C项正确。

4.B　由于AD光的折射角小于AC光的折射角,故AD光的折射率大于AC光,由v=可知,AD光在玻璃中速度较小,AB为直径,故AD>AC,故tAC<tAD,故B正确。

5.

BC　玻璃砖的折射率为n=,则该光线在玻璃中传播的速度为v=,故A错误;由折射定律得n=,可得β=30°,选项B正确;设临界角为C,则有sinC=,得C=45°,故C正确;为了使从A点以各种角度入射的光线都能从顶面射出,则底面反光膜半径至少为r=dtanC=d,面积πd2,故D错误。

6.答案(1)37°　(2)240 cm

解析(1)设该种材料临界角为C

sinC=

得:C=37°

(2)

如图所示,若沿OE方向射到AB上的光刚好发生全反射,则∠GOE=37°,则EG=OGtan37°=30cm

同理,若沿OH方向射到AB上的光刚好发生全反射,则∠GOH=37°,则HG=OGtan37°=30cm。

所以能从AB射出的区域长度为60cm,可见光能从正方形横截面ABCD上射出的长度为240cm。

7.答案πh2

解析用面积为S1=πh2的黑纸片覆盖在液面上,液面上方恰好无光线射出,则从点光源S发出的光线射到黑纸片的边缘处恰发生全反射,临界角为C,光路图如图甲所示。

甲

S1=π=πh2

由几何关系得tanC=

由全反射知识有sinC=

解得n=

剪出一个面积为S2=πh2圆孔后,设透光部分的半径为r2,射出光线的最大入射角为i,对应的折射角为θ,光路图如图乙所示。

乙

S2=ππh2

由几何关系得tani=

根据折射定律有n=

缸口的最小半径为r3=r2+htanθ

缸口的最小面积为S3=π

解得S3=πh2

8.C　设玻璃砖的半径为R,全反射的临界角为C0,入射角为60°时,折射角为γ,发生全反射时,有n=,折射率n=,由图中几何关系可得OP=RsinC0,tanγ=,可得出cosγ=sin60°,γ=30°,折射率n=,选项A错误;OP=RsinC0=R,选项B错误;光在玻璃砖中的传播速度v=,选项C正确;sinC0=,临界角不是30°,选项D错误。

9.

AD　由题可知n1<n2,根据公式v=可知,在玻璃圆柱体内,红光的传播速度大于蓝光的传播速度,故A正确;由于红光的折射率小于蓝光的折射率,即发生全反射时红光的临界角大,若圆柱体的半径足够大,红光在上表面的圆形透光面比蓝光大,故B错误;设玻璃圆柱体上表面的半径为R,若要使两种色光均可从玻璃圆柱体上表面的各个方向射出,则入射角小于蓝光的临界角,如图所示:则根据几何关系,有sinC=,整理可以得到:R≤,C错误;由于红光的折射率小于蓝光的折射率,在玻璃内如果以相同的入射角射出,则射出的光线红光的折射角要小些,则根据光路的可逆性,从玻璃圆柱体上表面正上方观看小彩灯,看到的灯比实际高,且蓝光比红光更高,故D正确。故选AD。

10.A　在右侧,塑料薄片插入油中,由于油的折射率大于塑料的折射率,光线在塑料和油的界面处发生折射进入油中,看起来是暗的;而在左侧塑料的折射率又大于空气的折射率,光线在塑料和空气的界面处发生全反射,返回油量计的上端面并射出,故人看起来是明亮的。所以是左明右暗。要使光线在塑料和空气的界面处发生全反射,临界角必须满足C<45°,根据临界角公式sinC=,解得n=,即n>,选项A正确,B、C、D错误。

11.答案n≥

解析垂直尾灯右侧面入射的光线恰好发生全发射时,由折射定律nmin=①

解得nmin=②

故尾灯材料的折射率n≥

12.答案(1)2.1×108 m/s　(2)RL

解析(1)由n=得v==2.1×108m/s;

(2)

光线经过玻璃砖上表面到达下方的半圆柱面出射时可能发生全反射,如图,

设恰好发生全反射时的临界角为C,由折射定律n=

得C=

则有光线射出的部分圆柱面的面积为S=RL。