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2023年新教材高中物理专练4光粤教版选择性必修第一册
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这是一份2023年新教材高中物理专练4光粤教版选择性必修第一册，共11页。
专练四 光
1．如图是同一单色光从介质a斜射向空气时的光路图，下列说法正确的是( )
A．介质a的折射率为
B．增大入射角，光在界面不可能发生全反射
C．光在空气中的频率大于在介质a中的频率
D．光在空气中的传播速度大于在介质a中的传播速度
【答案】D 【解析】由图可知，介质a的折射率为n＝，A错误；由介质a进入空气，增大入射角，当入射角达到临界角时，光在界面能发生全反射，B错误；光在空气中的频率等于在介质a中的频率，C错误；设光在介质a中的传播速度为v，根据公式n＝＝可得v＝c，由图可知c>v，则光在空气中的传播速度大于在介质a中的传播速度，故D正确．
2．两束不同频率的单色平行光束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．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小
B．在水中的传播速度，光束a比光束b小
C．若增大光束a的入射角，则可能发生全反射
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】A 【解析】根据已知条件，可知两束光入射角相等，折射角满足α>β，根据折射定律n＝，可知b光束的折射率较大，A正确；根据v＝，因b光的折射率较大，所以b光在水中的传播速率较小，B错误；发生全反射的条件必须满足光从光密介质射到光疏介质，则光从空气射入水中不可能发生全反射，C错误；根据临界角公式sin C＝，因b光的折射率较大，则光束b的临界角比光束a的临界角小，D错误．
3．光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，长为L，其侧截面如图所示，一复色光以入射角从轴心射入光导纤维后分为a、b两束单色光，两单色光在内芯和外套界面多次全反射后从光导纤维另一端射出，已知内芯材料对a光的折射率为n，真空中的光速为c.下列说法正确的是( )
A．内芯材料对b光的折射率大于n
B．在内芯中a光传播速度比b光小
C．若a光恰好发生全反射，则在这段光纤中的传播时间为t＝
D．当sin θ逐渐增大到时，开始有光从纤维侧壁射出
【答案】A 【解析】设折射角为α，根据n＝，由于a光的折射角大于b光的折射角，因此内芯材料对b光的折射率大于对a光的折射率n，A正确；根据n＝，由于内芯对a光的折射率小于对b光的折射率，因此在内芯中a光的传播速度比b光大，B错误；若a光恰好发生全反射，光线a的临界角为C，有sin C＝，则在这段光纤中的传播时间为t＝＝＝，C错误；光线a由内芯进入外套时的临界角为C，如图，设外套的折射率为n1>1，内芯对外套的相对折射率为n′，则n′＝，sin C＝＝，随着入射角θ逐渐增大，光线a与边界间的夹角逐渐减小，恰好达到临界角时，根据几何关系C＋α＝，而n＝，整理得sin θ＝<，则当sin θ还未增大到时，开始有光从纤维侧壁射出，D错误．
4．下列四幅图为光的相关现象，关于它们的说法，正确的是( )
A．图甲为a、b两束单色光分别通过同一双缝干涉实验器材形成的图样，在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大
B．图乙为光导纤维示意图，内芯的折射率比外套的折射率小
C．图丙为薄膜干涉示意图，两玻璃板的一端用薄片垫起，构成空气劈尖，干涉条纹的产生是由于光在上面玻璃板的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
D．图丁中，用自然光照射透振方向(箭头所示)互相垂直的前、后两个竖直放置的偏振片，光屏依然发亮
【答案】A 【解析】根据a、b两束单色光分别通过同一双缝干涉实验器材形成的图样可知Δxa>Δxb，而由Δx＝λ可得λa>λb，由c＝λf，可知favb，A正确；依据光的全反射条件需要光从光密介质进入光疏介质，可知内芯的折射率比外套的折射率大，B错误；根据薄膜干涉的产生原理可知，上述现象是由上方玻璃板的下表面和下方玻璃板的上表面反射的两列光叠加而成的，C错误；自然光通过偏振片后形成偏振光，因两个偏振片的透振方向相互垂直，所以没有光射到光屏上，光屏发黑，D错误．
5．如图所示，扇形AOB为透明玻璃砖截面示意图，圆心角∠AOB＝60°，OM为∠AOB的角平分线，平行于OM的单色光在空气中OA边射入玻璃砖，经OA面折射后的光线恰平行于OB面．则下列说法正确的是( )
A．该玻璃砖的折射率为
B．经OA面折射后的光线射到AMB面都将发生全反射
C．该入射光在空气中的波长与在玻璃砖中的波长相等
D．AM面没有光线射出
【答案】
A 【解析】依题意作出光路图，由几何知识得入射角θ1＝60°，折射角θ2＝30°，由折射定律n＝，得n＝，A正确；由sin C＝可知，光在此介质中发生全反射的临界角C大于30°，经OA面折射后照射到AM面这一范围的光线可能发生全反射，经OA面折射后照射到MB范围的光线不能发生全反射，B错误；若光在真空中的传播速度为c，则光在玻璃砖中的传播速度为v＝＝c，由v＝λf可知，该入射光在空气和在玻璃砖中的波长不同，C错误；光在此介质中发生全反射的临界角C大于30°，经OA面折射后照射到AM面这一范围的光线可能发生全反射，则AM面可能有光线射出，D错误．
6．如图所示，a、b为两不同频率的单色光，以相同的入射角射到玻璃砖的上表面，入射点分别为A、B．经玻璃砖上表面折射后交于P点，已知AP>BP，下列说法正确的是( )
A．在真空中，a光的传播速度大于b光的传播速度
B．玻璃对a光的折射率大于玻璃对b光的折射率
C．在玻璃砖中，a光的传播速度大于b光的传播速度
D．b光在玻璃砖下表面发生全反射的临界角大于a光
【答案】C 【解析】a、b光在真空中的传播速度均为c，A错误；a、b光的入射角相同，根据几何关系可知，a光的折射角大于b光的入射角，根据n＝，则na
7．(多选)如图所示，某一复色光由半球形玻璃砖的右侧面斜射到球心O处，经AB界面折射后得到C、D两束可见单色光，则下列说法正确的是( )
A．在半球形玻璃中，D光的传播时间大于C光的传播时间
B．D光的频率大于C光的频率
C．现将复色光束绕O点逆时针转动，则C光束先消失
D．用同样的装置做双缝干涉实验，D光的条纹间距较小
【答案】ABD 【解析】由折射定律结合图像可知，D光的折射率大于C光的折射率，即D光的频率大于C光的频率，由公式n＝可知，D光在玻璃中的传播速度小于C光在玻璃中的传播速度，则在半球形玻璃中，D光的传播时间大于C光的传播时间，A、B正确；由公式n＝可知，D光发生全反射角的临界角更小，则D光束先消失，C错误；由于D光的频率大于C光的频率，则D光的波长小于C光的波长，由公式Δx＝λ可知，用同样的装置做双缝干涉实验，D光的条纹间距较小，D正确．
8．(多选)直角棱镜的折射率为，其横截面如图所示，其中∠C为90°，∠A为30°.截面内一细束与AC边夹角为30°的光线，从棱镜AC边上的中点D射入，经折射后射到AB边上，已知AC边的长度为a，光在真空中的传播速度为c.下列说法正确的是( )
A．该光线在AC边上的折射角为30°
B．该光线在AC边上的折射角为45°
C．不考虑多次反射，该光线在玻璃中的传播时间为
D．不考虑多次反射，该光线在玻璃中的传播时间为
【答案】AD 【解析】由几何关系可知，该光线在AC边上的入射角i＝60°，由折射定律有n＝，解得r＝30°，A正确，B错误；经分析可知，该光线将垂直AB边射出棱镜，它在玻璃中传播的路程x＝，该光线在玻璃中的传播速度大小v＝，又t＝，解得t＝，C错误，D正确．
9．(2022年浙江卷)如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是( )
A．气泡表面有折射没有全反射
B．光射入气泡衍射形成“亮斑”
C．气泡表面有折射和全反射
D．光射入气泡干涉形成“亮纹”
【答案】C 【解析】当光从水中射到空气泡的界面处时，一部分光的入射角大于或等于临界角，发生了全反射现象；还有一部分光折射到内壁然后再折射出去，所以水中的空气泡看起来比较亮．
10．(2022年浙江卷)关于双缝干涉实验，下列说法正确的是( )
A．用复色光投射就看不到条纹
B．明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果
C．把光屏前移或后移，不能看到明暗相间条纹
D．蓝光干涉条纹的间距比红光的大
【答案】B 【解析】用复色光投射同样能看到条纹，A错误；双缝干涉实验中，明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果，B正确；由条纹间Δx＝λ把光屏前移或后移，改变了L，从而改变了条纹间距，但还可能看到明暗相间条纹，C错误；由条纹间Δx＝λ知，且λ蓝<λ红，则蓝光干涉条纹的间距比红光的小，D错误．
11．(2022年山东卷)柱状光学器件横截面如图所示，OP右侧是以O为圆心、半径为R的圆，左侧是直角梯形，AP长为R，AC与CO夹角为45°，AC中点为B．a、b两种频率的细激光束，垂直AB面入射，器件介质对a、b光的折射率分别为1.42、1.40.保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，能在PM面反射后，从OM面射出的光是(不考虑三次反射以后的光)( )
A．仅有a光 B． 仅有b光
C．a、b光都可以 D． a、b光都不可以
【答案】A 【解析】当两种频率的细激光束从A点垂直于AB面入射时，激光沿直线传播到O点，经第一次反射沿半径方向直线传播出去．
保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，如下图可知，激光沿直线传播到CO面经反射向PM面传播，根据图像可知，入射点从A向B移动过程中，光线传播到PM面的入射角逐渐增大．
当入射点为B点时，根据光的反射定律及几何关系可知，光线传播到PM面的P点，此时光线在PM面上的入射角最大，设为α，由几何关系得α＝45°.
根据全反射临界角公式得sin Ca＝＝<，sin Cb＝＝>.
两种频率的细激光束的全反射的临界角关系为Ca<45°
A． B．
C． D．
【答案】D 【解析】双缝到光屏上P距离之差是半波长的奇数倍，会出现暗条纹，第三条暗条纹距离之差为×(2n－1)＝，而λ＝，所以|r1－r2|＝λ＝，D正确，A、B、C错误．
13．如图所示，一块由玻璃制成的三棱镜的横截面为直角三角形ABC，其中AB＝AC，该三棱镜对红光的折射率大于.一束平行于BC边的白光射到AB面上，光束先在AB面折射后射到BC面上，接着又从AC面射出．下列说法不正确的是( )
A．各色光在AB面的折射角都小于30°
B．各色光在BC面的入射角都大于45°
C．有的色光可能不在BC面发生全反射
D．从AC面射出的光束中红光在最下方
【答案】C 【解析】设红光在AB面的折射角为α，由折射定律知>，解得sin α<，α＜30°.红光的波长最长，折射角最大，所以各色光在AB面的折射角都小于30°，A正确．由几何关系知，各色光射向BC面时，入射角都大于45°，B正确．由临界角公式sin C＝知，各色光发生全反射的临界角都小于45°，各色光都在BC面发生全反射，C错误．由于红光射向BC面时的入射角最大，故红光射到AC面时在最下方，D正确．本题选择错误的，故选C．
14．如图甲所示，每年夏季，我国多地会出现日晕现象，日晕是太阳光通过卷层云时，发生折射或反射形成的．如图乙所示为一束太阳光射到截面为六角形的冰晶上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，下列说法正确的是( )
甲
乙
A．在冰晶中，b光的传播速度较大
B．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距较大
C．从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较小
D．用同一装置做单缝衍射实验，b光的中央亮条纹更宽
【答案】B 【解析】由图乙可知，太阳光射入冰晶时，a光的偏折角小于b光的偏折角，由折射定律可知，冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，由v＝知，在冰晶中a光的传播速度较大，A错误；由于冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，可知a光的波长大于b光的波长，根据Δx＝，通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距较大，B正确；同种玻璃对a光的折射率较小，由临界角公式sin C＝，a光发生全反射的临界角较大，C错误；用同一装置做单缝衍射实验，由于a光的波长较长，故a光的中央亮条纹更宽，D错误．
15．某同学为了测量截面为正三角形的玻璃三棱镜的折射率，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的左侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的右侧观察到P1和P2的像，当P1的像恰好被P2的像挡住时，插上大头针P3和P4，使P3挡住P1、P2的像，P4也挡住P1、P2的像，在纸上标出的大头针的位置和三棱镜的轮廓如图所示．
(1)在图上画出对应的光路．
(2)为了测出三棱镜玻璃材料的折射率，若以AB为分界面，需要测量的量是________________，在图上标出它们．
(3)三棱镜玻璃材料折射率的计算公式是n＝__________.
(4)若在描绘三棱镜轮廓的过程中，放置三棱镜的位置发生了微小的平移(移至图中的虚线位置，底边仍重合)，若仍以AB为分界面，则三棱镜玻璃材料折射率的测量值__________(填“大于”“小于”或“等于”)真实值．
【答案】(1)如图 (3)入射角θ1、折射角θ2 标记见图 (3)
(4)大于
【解析】(2)若以AB为分界面，需要测量的量为入射角θ1、折射角θ2，如图所示．
(3)该三棱镜玻璃材料的折射率的计算公式为n＝.
(4)若在描绘三棱镜轮廓的过程中，放置三棱镜的位置发生了微小的平移，仍以AB为分界面，将入射光线与AB(虚线)的交点和出射光线与BC(虚线)的交点连接起来，从而可知该连接线发生偏转，导致折射角变小，而入射角不变，所以折射率的测量值比真实值大．
16．(2022年广东卷)一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体上方是空气，其截面如图所示．一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动，它所发出的光束始终指向圆心O点．当光束与竖直方向成45°，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束．已知光在空气中的传播速度为c，求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v.
解：当入射角达到45°时，恰好到达临界角C，根据sin C＝，可得液体的折射率n＝＝＝，由于n＝，可知激光在液体中的传播速度v＝＝c.
17．(2022年全国卷)一细束单色光在三棱镜ABC的侧面AC上以大角度由D点入射(入射面在棱镜的横截面内)，入射角为i，经折射后射至AB边的E点，如图所示，逐渐减小i，E点向B点移动，当sin i＝时，恰好没有光线从AB边射出棱镜，且 DE＝DA．求棱镜的折射率．
解：因为当sin i＝恰好没有光线从AB边射出，可知光线在E点发生全反射，设临界角为C，则由sin C＝和几何关系可知，光线在D点的折射角为r＝90°－2C，则由＝n可得n＝1.5.
18．如图甲所示，某汽车大灯距水平地面的高度为81 cm，该大灯结构的简化图如图乙所示．现有一束光从焦点处射出，经旋转抛物面反射后，垂直半球透镜的竖直直径AB从C点射入透镜．已知透镜直径远小于大灯离地面高度，lAC＝lAB，半球透镜的折射率为，tan 15°≈0.27，求这束光照射到地面的位置与大灯间的水平距离．
【答案】300 cm 【解析】如图甲所示，设光线从C点水平射向半球玻璃时的入射角为α，从半球玻璃折射后的出射光线与水平面成β角，依题意有sin α＝＝，
根据折射定律有n＝.
如图乙所示，设这束光照射到地面的位置与车头大灯间的水平距离为x，根据几何关系有tan β＝，联立得x＝300 cm.
19．光纤已普遍应用到通信领域，具有可弯曲、传输速度快、信息量大等优点．如图是一段弯成圆弧的光纤材料，一束光紧贴光纤材料内侧垂直射入材料一端．已知光可从另一端射出且没有损失，光纤材料的直径为2 cm，光在光纤材料中的折射率n＝1.5，光在真空中的传播速度为c＝3×108 m/s.求：
(1)光在光纤材料中的传播速度大小；
(2)光纤材料内侧对应的最小弯曲半径．
【答案】(1)2×108 m/s (2)4 cm
【解析】(1)光在光纤材料中的传播速度大小
v＝＝2×108 m/s.
(2)当光纤材料内侧弯曲达到最小半径R时，光线恰好在材料内发生全反射．光路图如图所示．
根据全反射条件，有sin θ＝，
根据几何关系，得sin θ＝，
联立解得R＝4 cm.
专练四 光
1．如图是同一单色光从介质a斜射向空气时的光路图，下列说法正确的是( )
A．介质a的折射率为
B．增大入射角，光在界面不可能发生全反射
C．光在空气中的频率大于在介质a中的频率
D．光在空气中的传播速度大于在介质a中的传播速度
【答案】D 【解析】由图可知，介质a的折射率为n＝，A错误；由介质a进入空气，增大入射角，当入射角达到临界角时，光在界面能发生全反射，B错误；光在空气中的频率等于在介质a中的频率，C错误；设光在介质a中的传播速度为v，根据公式n＝＝可得v＝c，由图可知c>v，则光在空气中的传播速度大于在介质a中的传播速度，故D正确．
2．两束不同频率的单色平行光束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．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小
B．在水中的传播速度，光束a比光束b小
C．若增大光束a的入射角，则可能发生全反射
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】A 【解析】根据已知条件，可知两束光入射角相等，折射角满足α>β，根据折射定律n＝，可知b光束的折射率较大，A正确；根据v＝，因b光的折射率较大，所以b光在水中的传播速率较小，B错误；发生全反射的条件必须满足光从光密介质射到光疏介质，则光从空气射入水中不可能发生全反射，C错误；根据临界角公式sin C＝，因b光的折射率较大，则光束b的临界角比光束a的临界角小，D错误．
3．光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，长为L，其侧截面如图所示，一复色光以入射角从轴心射入光导纤维后分为a、b两束单色光，两单色光在内芯和外套界面多次全反射后从光导纤维另一端射出，已知内芯材料对a光的折射率为n，真空中的光速为c.下列说法正确的是( )
A．内芯材料对b光的折射率大于n
B．在内芯中a光传播速度比b光小
C．若a光恰好发生全反射，则在这段光纤中的传播时间为t＝
D．当sin θ逐渐增大到时，开始有光从纤维侧壁射出
【答案】A 【解析】设折射角为α，根据n＝，由于a光的折射角大于b光的折射角，因此内芯材料对b光的折射率大于对a光的折射率n，A正确；根据n＝，由于内芯对a光的折射率小于对b光的折射率，因此在内芯中a光的传播速度比b光大，B错误；若a光恰好发生全反射，光线a的临界角为C，有sin C＝，则在这段光纤中的传播时间为t＝＝＝，C错误；光线a由内芯进入外套时的临界角为C，如图，设外套的折射率为n1>1，内芯对外套的相对折射率为n′，则n′＝，sin C＝＝，随着入射角θ逐渐增大，光线a与边界间的夹角逐渐减小，恰好达到临界角时，根据几何关系C＋α＝，而n＝，整理得sin θ＝<，则当sin θ还未增大到时，开始有光从纤维侧壁射出，D错误．
4．下列四幅图为光的相关现象，关于它们的说法，正确的是( )
A．图甲为a、b两束单色光分别通过同一双缝干涉实验器材形成的图样，在同种均匀介质中，a光的传播速度比b光的大
B．图乙为光导纤维示意图，内芯的折射率比外套的折射率小
C．图丙为薄膜干涉示意图，两玻璃板的一端用薄片垫起，构成空气劈尖，干涉条纹的产生是由于光在上面玻璃板的前后两表面反射形成的两列光波叠加的结果
D．图丁中，用自然光照射透振方向(箭头所示)互相垂直的前、后两个竖直放置的偏振片，光屏依然发亮
【答案】A 【解析】根据a、b两束单色光分别通过同一双缝干涉实验器材形成的图样可知Δxa>Δxb，而由Δx＝λ可得λa>λb，由c＝λf，可知fa
5．如图所示，扇形AOB为透明玻璃砖截面示意图，圆心角∠AOB＝60°，OM为∠AOB的角平分线，平行于OM的单色光在空气中OA边射入玻璃砖，经OA面折射后的光线恰平行于OB面．则下列说法正确的是( )
A．该玻璃砖的折射率为
B．经OA面折射后的光线射到AMB面都将发生全反射
C．该入射光在空气中的波长与在玻璃砖中的波长相等
D．AM面没有光线射出
【答案】
A 【解析】依题意作出光路图，由几何知识得入射角θ1＝60°，折射角θ2＝30°，由折射定律n＝，得n＝，A正确；由sin C＝可知，光在此介质中发生全反射的临界角C大于30°，经OA面折射后照射到AM面这一范围的光线可能发生全反射，经OA面折射后照射到MB范围的光线不能发生全反射，B错误；若光在真空中的传播速度为c，则光在玻璃砖中的传播速度为v＝＝c，由v＝λf可知，该入射光在空气和在玻璃砖中的波长不同，C错误；光在此介质中发生全反射的临界角C大于30°，经OA面折射后照射到AM面这一范围的光线可能发生全反射，则AM面可能有光线射出，D错误．
6．如图所示，a、b为两不同频率的单色光，以相同的入射角射到玻璃砖的上表面，入射点分别为A、B．经玻璃砖上表面折射后交于P点，已知AP>BP，下列说法正确的是( )
A．在真空中，a光的传播速度大于b光的传播速度
B．玻璃对a光的折射率大于玻璃对b光的折射率
C．在玻璃砖中，a光的传播速度大于b光的传播速度
D．b光在玻璃砖下表面发生全反射的临界角大于a光
【答案】C 【解析】a、b光在真空中的传播速度均为c，A错误；a、b光的入射角相同，根据几何关系可知，a光的折射角大于b光的入射角，根据n＝，则na
7．(多选)如图所示，某一复色光由半球形玻璃砖的右侧面斜射到球心O处，经AB界面折射后得到C、D两束可见单色光，则下列说法正确的是( )
A．在半球形玻璃中，D光的传播时间大于C光的传播时间
B．D光的频率大于C光的频率
C．现将复色光束绕O点逆时针转动，则C光束先消失
D．用同样的装置做双缝干涉实验，D光的条纹间距较小
【答案】ABD 【解析】由折射定律结合图像可知，D光的折射率大于C光的折射率，即D光的频率大于C光的频率，由公式n＝可知，D光在玻璃中的传播速度小于C光在玻璃中的传播速度，则在半球形玻璃中，D光的传播时间大于C光的传播时间，A、B正确；由公式n＝可知，D光发生全反射角的临界角更小，则D光束先消失，C错误；由于D光的频率大于C光的频率，则D光的波长小于C光的波长，由公式Δx＝λ可知，用同样的装置做双缝干涉实验，D光的条纹间距较小，D正确．
8．(多选)直角棱镜的折射率为，其横截面如图所示，其中∠C为90°，∠A为30°.截面内一细束与AC边夹角为30°的光线，从棱镜AC边上的中点D射入，经折射后射到AB边上，已知AC边的长度为a，光在真空中的传播速度为c.下列说法正确的是( )
A．该光线在AC边上的折射角为30°
B．该光线在AC边上的折射角为45°
C．不考虑多次反射，该光线在玻璃中的传播时间为
D．不考虑多次反射，该光线在玻璃中的传播时间为
【答案】AD 【解析】由几何关系可知，该光线在AC边上的入射角i＝60°，由折射定律有n＝，解得r＝30°，A正确，B错误；经分析可知，该光线将垂直AB边射出棱镜，它在玻璃中传播的路程x＝，该光线在玻璃中的传播速度大小v＝，又t＝，解得t＝，C错误，D正确．
9．(2022年浙江卷)如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是( )
A．气泡表面有折射没有全反射
B．光射入气泡衍射形成“亮斑”
C．气泡表面有折射和全反射
D．光射入气泡干涉形成“亮纹”
【答案】C 【解析】当光从水中射到空气泡的界面处时，一部分光的入射角大于或等于临界角，发生了全反射现象；还有一部分光折射到内壁然后再折射出去，所以水中的空气泡看起来比较亮．
10．(2022年浙江卷)关于双缝干涉实验，下列说法正确的是( )
A．用复色光投射就看不到条纹
B．明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果
C．把光屏前移或后移，不能看到明暗相间条纹
D．蓝光干涉条纹的间距比红光的大
【答案】B 【解析】用复色光投射同样能看到条纹，A错误；双缝干涉实验中，明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果，B正确；由条纹间Δx＝λ把光屏前移或后移，改变了L，从而改变了条纹间距，但还可能看到明暗相间条纹，C错误；由条纹间Δx＝λ知，且λ蓝<λ红，则蓝光干涉条纹的间距比红光的小，D错误．
11．(2022年山东卷)柱状光学器件横截面如图所示，OP右侧是以O为圆心、半径为R的圆，左侧是直角梯形，AP长为R，AC与CO夹角为45°，AC中点为B．a、b两种频率的细激光束，垂直AB面入射，器件介质对a、b光的折射率分别为1.42、1.40.保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，能在PM面反射后，从OM面射出的光是(不考虑三次反射以后的光)( )
A．仅有a光 B． 仅有b光
C．a、b光都可以 D． a、b光都不可以
【答案】A 【解析】当两种频率的细激光束从A点垂直于AB面入射时，激光沿直线传播到O点，经第一次反射沿半径方向直线传播出去．
保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，如下图可知，激光沿直线传播到CO面经反射向PM面传播，根据图像可知，入射点从A向B移动过程中，光线传播到PM面的入射角逐渐增大．
当入射点为B点时，根据光的反射定律及几何关系可知，光线传播到PM面的P点，此时光线在PM面上的入射角最大，设为α，由几何关系得α＝45°.
根据全反射临界角公式得sin Ca＝＝<，sin Cb＝＝>.
两种频率的细激光束的全反射的临界角关系为Ca<45°
A． B．
C． D．
【答案】D 【解析】双缝到光屏上P距离之差是半波长的奇数倍，会出现暗条纹，第三条暗条纹距离之差为×(2n－1)＝，而λ＝，所以|r1－r2|＝λ＝，D正确，A、B、C错误．
13．如图所示，一块由玻璃制成的三棱镜的横截面为直角三角形ABC，其中AB＝AC，该三棱镜对红光的折射率大于.一束平行于BC边的白光射到AB面上，光束先在AB面折射后射到BC面上，接着又从AC面射出．下列说法不正确的是( )
A．各色光在AB面的折射角都小于30°
B．各色光在BC面的入射角都大于45°
C．有的色光可能不在BC面发生全反射
D．从AC面射出的光束中红光在最下方
【答案】C 【解析】设红光在AB面的折射角为α，由折射定律知>，解得sin α<，α＜30°.红光的波长最长，折射角最大，所以各色光在AB面的折射角都小于30°，A正确．由几何关系知，各色光射向BC面时，入射角都大于45°，B正确．由临界角公式sin C＝知，各色光发生全反射的临界角都小于45°，各色光都在BC面发生全反射，C错误．由于红光射向BC面时的入射角最大，故红光射到AC面时在最下方，D正确．本题选择错误的，故选C．
14．如图甲所示，每年夏季，我国多地会出现日晕现象，日晕是太阳光通过卷层云时，发生折射或反射形成的．如图乙所示为一束太阳光射到截面为六角形的冰晶上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，下列说法正确的是( )
甲
乙
A．在冰晶中，b光的传播速度较大
B．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距较大
C．从同种玻璃中射入空气发生全反射时，a光的临界角较小
D．用同一装置做单缝衍射实验，b光的中央亮条纹更宽
【答案】B 【解析】由图乙可知，太阳光射入冰晶时，a光的偏折角小于b光的偏折角，由折射定律可知，冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，由v＝知，在冰晶中a光的传播速度较大，A错误；由于冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率，可知a光的波长大于b光的波长，根据Δx＝，通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距较大，B正确；同种玻璃对a光的折射率较小，由临界角公式sin C＝，a光发生全反射的临界角较大，C错误；用同一装置做单缝衍射实验，由于a光的波长较长，故a光的中央亮条纹更宽，D错误．
15．某同学为了测量截面为正三角形的玻璃三棱镜的折射率，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的左侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的右侧观察到P1和P2的像，当P1的像恰好被P2的像挡住时，插上大头针P3和P4，使P3挡住P1、P2的像，P4也挡住P1、P2的像，在纸上标出的大头针的位置和三棱镜的轮廓如图所示．
(1)在图上画出对应的光路．
(2)为了测出三棱镜玻璃材料的折射率，若以AB为分界面，需要测量的量是________________，在图上标出它们．
(3)三棱镜玻璃材料折射率的计算公式是n＝__________.
(4)若在描绘三棱镜轮廓的过程中，放置三棱镜的位置发生了微小的平移(移至图中的虚线位置，底边仍重合)，若仍以AB为分界面，则三棱镜玻璃材料折射率的测量值__________(填“大于”“小于”或“等于”)真实值．
【答案】(1)如图 (3)入射角θ1、折射角θ2 标记见图 (3)
(4)大于
【解析】(2)若以AB为分界面，需要测量的量为入射角θ1、折射角θ2，如图所示．
(3)该三棱镜玻璃材料的折射率的计算公式为n＝.
(4)若在描绘三棱镜轮廓的过程中，放置三棱镜的位置发生了微小的平移，仍以AB为分界面，将入射光线与AB(虚线)的交点和出射光线与BC(虚线)的交点连接起来，从而可知该连接线发生偏转，导致折射角变小，而入射角不变，所以折射率的测量值比真实值大．
16．(2022年广东卷)一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体上方是空气，其截面如图所示．一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动，它所发出的光束始终指向圆心O点．当光束与竖直方向成45°，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束．已知光在空气中的传播速度为c，求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v.
解：当入射角达到45°时，恰好到达临界角C，根据sin C＝，可得液体的折射率n＝＝＝，由于n＝，可知激光在液体中的传播速度v＝＝c.
17．(2022年全国卷)一细束单色光在三棱镜ABC的侧面AC上以大角度由D点入射(入射面在棱镜的横截面内)，入射角为i，经折射后射至AB边的E点，如图所示，逐渐减小i，E点向B点移动，当sin i＝时，恰好没有光线从AB边射出棱镜，且 DE＝DA．求棱镜的折射率．
解：因为当sin i＝恰好没有光线从AB边射出，可知光线在E点发生全反射，设临界角为C，则由sin C＝和几何关系可知，光线在D点的折射角为r＝90°－2C，则由＝n可得n＝1.5.
18．如图甲所示，某汽车大灯距水平地面的高度为81 cm，该大灯结构的简化图如图乙所示．现有一束光从焦点处射出，经旋转抛物面反射后，垂直半球透镜的竖直直径AB从C点射入透镜．已知透镜直径远小于大灯离地面高度，lAC＝lAB，半球透镜的折射率为，tan 15°≈0.27，求这束光照射到地面的位置与大灯间的水平距离．
【答案】300 cm 【解析】如图甲所示，设光线从C点水平射向半球玻璃时的入射角为α，从半球玻璃折射后的出射光线与水平面成β角，依题意有sin α＝＝，
根据折射定律有n＝.
如图乙所示，设这束光照射到地面的位置与车头大灯间的水平距离为x，根据几何关系有tan β＝，联立得x＝300 cm.
19．光纤已普遍应用到通信领域，具有可弯曲、传输速度快、信息量大等优点．如图是一段弯成圆弧的光纤材料，一束光紧贴光纤材料内侧垂直射入材料一端．已知光可从另一端射出且没有损失，光纤材料的直径为2 cm，光在光纤材料中的折射率n＝1.5，光在真空中的传播速度为c＝3×108 m/s.求：
(1)光在光纤材料中的传播速度大小；
(2)光纤材料内侧对应的最小弯曲半径．
【答案】(1)2×108 m/s (2)4 cm
【解析】(1)光在光纤材料中的传播速度大小
v＝＝2×108 m/s.
(2)当光纤材料内侧弯曲达到最小半径R时，光线恰好在材料内发生全反射．光路图如图所示．
根据全反射条件，有sin θ＝，
根据几何关系，得sin θ＝，
联立解得R＝4 cm.
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