2024版新教材高考物理全程一轮总复习课时分层作业54光的折射全反射

这是一份2024版新教材高考物理全程一轮总复习课时分层作业54光的折射全反射，共7页。试卷主要包含了该玻璃有一特殊功能，5m、PN＝1等内容，欢迎下载使用。


1.如图，长方体玻璃砖的横截面为矩形MNPQ，MN＝2NP，其折射率为eq \r(2).一束单色光在纸面内以α＝45°的入射角从空气射向MQ边的中点O，则该束单色光( )
A．在MQ边的折射角为60°
B．在MN边的入射角为45°
C．不能从MN边射出
D．不能从NP边射出
2．[2023·山东青岛一模]如图，一小孩在河水清澈的河面上以1m/s的速度游泳，t＝0时刻他看到自己正下方的河底有一小石块，t＝3s时他恰好看不到小石块了，河水的折射率n＝eq \f(4,3)，下列说法正确的是( )
A．3s后，小孩会再次看到河底的石块
B．前3s内，小孩看到的石块越来越明亮
C．这条河的深度为eq \r(7)m
D．t＝0时小孩看到的石块深度为eq \f(4\r(7),3)m
3.
如图所示，两细束平行的单色光a、b以θ＝45°的入射角射向同一块上、下表面平行的玻璃砖的上表面，最终都从玻璃砖下表面的同一点S射出，则下列说法正确的是( )
A．a光的波长较小
B．a光在玻璃砖中的传播速度较小
C．b光在玻璃砖中的传播时间较短
D．分别用a、b光照射同一单缝，a光衍射条纹的中央亮条纹宽度较大
4．[2022·辽宁卷]完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮.2021年12月，在中国空间站“天富课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球．如图所示，若气泡与水球同心，在过球心O的平面内，用单色平行光照射这一水球．下列说法正确的是( )
A．此单色光从空气进入水球，频率一定变大
B．此单色光从空气进入水球，频率一定变小
C．若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射
D．若光线2在N处发生全反射，光线1在M处一定发生全反射
5.
如图所示，一块玻璃是由半径为2m、弧度为210°的优弧AB构成，其折射率为2.该玻璃有一特殊功能：在弧AB上不能射出玻璃的光线将自动被玻璃吸收，能射出的光线一部分从玻璃射出，另一部分发生反射；在线段AO上，若光线接触AO端，将立即被全部吸收．现在玻璃的正右端60°角射入一均匀水平的光线，则能够从弧AB上射出以及被AO段吸收的玻璃总边长为( )
A．(eq \f(π,3)＋1) mB．(eq \f(π,3)＋eq \f(\r(3),2)) m
C．(eq \f(2π,3)＋2) mD．(eq \f(π,6)＋eq \r(6)) m
6．如图所示，水槽底有一与水平方向夹角为θ＝30°的平面镜，一束光从空水槽左壁水平向右射出，在平面镜上O点反射后打在右壁上的P点，现向水槽中注入某种透明液体，光经液体折射后打在右壁上的M点，此时液面与右壁相交于N点，测得MN＝0.5m、PN＝1.5m，已知O点到右壁的水平距离为1.5m．则该透明液体的折射率为( )
A．eq \r(3) B．eq \r(2) C．1.2 D．1.5
7．如图甲所示，人看水中的鱼比实际位置要浅，原因是水对可见光的折射，其原理与如图乙所示的光路图类似，一盛满水高度AB＝1.6m、宽度BC＝1.2m的矩形容器放置在水平地面上，在C点安装一个可发射单色光的点光源，某人竖直站在与B点的距离为d＝0.4m的地面上，光源发出的光经过A点到达人眼，人看到光源的像在P点，已知人眼与地面的高度差为h＝1.9m．若人贴着AB竖直站立在厚度为Δh的正方体木板上，木板静止在水平地面上，把光源移到CD的中点F，发出的光经过AD的中点E到达人眼，光在空气中的速度为c＝3.0×108m/s，sin53°＝eq \f(4,5)，cs53°＝eq \f(3,5)，eq \r(7)＝2.646，求：
(1)木板的厚度Δh和水对这种单色光的折射率．
(2)光从C到A的传播时间．
(3)若光源发出的光恰好在A处发生全反射，光源的位置距C点的距离h0(不考虑光在水中的多次反射，光源只沿CD方向移动，结果保留2位有效数字).
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8.[2023·山东押题卷](多选)如图，有一透明材料制成的空心球体，内径R＝1m，外径为2R，在过球心的某截面内有一束单色光从球面上A点射入，光线与AO间夹角i＝60°，经折射后恰好与内球面相切，已知光速c＝3×108m/s，下列说法正确的是( )
A．光线射入球体后频率变小
B．光线射入球体后波长变大
C．透明材料对该单色光的折射率为eq \r(3)
D．从A点射入球体的光线经反射再次回到A点所用时间为6×10－8m/s
9.
[2023·辽宁押题卷](多选)如图所示，等边三角形ABC是某三棱镜的横截面，位于横截面所在平面内的一束红光由O点垂直于AC边射入，从BC边射出．已知该三棱镜对红光的折射率为eq \r(3)，AB＝16cm，OA＝4cm，真空中光速c＝3×108m/s.则( )
A．红光在该三棱镜中的传播速度为3eq \r(3)×108m/s
B．红光由O点射入至从BC边射出所用的时间为8×10－10s
C．紫光在该三棱镜中的传播速度大于红光在该三棱镜中的传播速度
D．紫光在该三棱镜中的波长小于红光在该三棱镜中的波长
10.[2023·西安五校联考]
如图所示为某玻璃砖的横截面，其中OAB是半径为R的扇形，∠AOB＝45°，OBD为等腰直角三角形．一束光线从距O点eq \f(1,2)R的P点垂直于OD边射入，光线恰好在BD边上发生全反射，最后从圆弧AB上射出．已知光在真空中的传播速度为c，求：
(1)玻璃砖对该光线的折射率；
(2)光在玻璃砖中传播的时间．
课时分层作业（五十四）
1．解析：光线从O点入射，设折射角为β，由折射定律有sinα＝nsinβ，解得β＝30°，即在MQ边的折射角为30°，故A错误；设边长NP＝l，则MN＝2l，作出折射后的光路图如图所示．由几何关系可知光在MN边的入射角为60°，故B错误；光从光密到光疏发生全反射的临界角设为θ，有sinθ＝eq \f(1,n)＝eq \f(\r(2),2)，即θ＝45°，而MN边的入射角为60°>45°，且满足光密到光疏，故光在MN边发生全反射，即不能从MN边射出，故C正确；根据几何关系可知光在A点发生全反射后到达NP边的B点，根据光的折射的可逆性可知，光从NP边的B点折射后的折射角为45°，故D错误．
答案：C
2．解析：t＝3s时他恰好看不到小石块了，说明在此位置从小石块射到水面的光发生了全反射，则3s后的位置从小石块射到水面的光仍发生全反射，则小孩仍不会看到河底的石块，选项A错误；前3s内，从小石块上射向水面的光折射光线逐渐减弱，反射光逐渐增强，可知小孩看到的石块越来越暗，选项B错误；由于sinC＝eq \f(1,n)＝eq \f(3,4)，则tanC＝eq \f(3,\r(7))，可知水深h＝eq \f(vt,tanC)＝eq \r(7)m，选项C正确；t＝0时小孩看到的石块深度为h′＝eq \f(h,n)＝eq \f(3\r(7),4)m，选项D错误．
答案：C
3．解析：
作出光路图如图所示，可知光从空气射入玻璃砖中时a光的偏折程度较小，则a光的折射率较小、波长较大，故A错误；根据v＝eq \f(c,n)可知，a光在玻璃砖中的传播速度较大，故B错误；传播时间t＝eq \f(l,v)，根据几何关系可知传播距离l＝eq \f(d,csα)（其中d为玻璃砖厚度，α为折射角），又因v＝eq \f(c,n)＝eq \f(csinα,sinθ)（θ为入射角），联立可得t＝eq \f(dsinθ,ccsαsinα)＝eq \f(2dsinθ,csin2α)，可知b光在玻璃砖中的传播时间较长，故C错误；波长越长，单缝衍射条纹的中央亮条纹宽度越大，故D正确．
答案：D
4．解析：由于光的频率是由光源决定的，与介质无关，所以此单色光从空气进入水球，频率不变，A、B错误；由光路图可看出光线1入射到水球的入射角小于光线2入射到水球的入射角，则光线1在水球外表面折射后的折射角小于光线2在水球外表面折射后的折射角，设水球半径为R、气泡半径为r、光线经过水球后的折射角为α、光线进入气泡的入射角为θ，根据几何关系，由正弦定理可得eq \f(sin（π－θ）,R)＝eq \f(sinα,r)，由此可知光线2的θ大于光线1的θ，故若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射，C正确、D错误．
答案：C
5．解析：由公式sinC＝eq \f(1,n)＝eq \f(1,2)解得：临界角C＝30°，设入射光线从某位置P点入射的光线，照射到AB弧面上Q点时，入射角恰好等于临界角，则能射出的光线的区域对应的圆心角为θ＝30°，则能射出光线的部分AB面的弧长为L＝eq \f(30°,360°)×2πR＝eq \f(π,3)（m），设从Q点反射的光线与OA交于S点，则△OQS为直角三角形，且∠OQS＝30°，则被AO段吸收的玻璃的长度为OS＝Rsin30°＝1m，因此能够从弧AB上射出以及被AO段吸收的玻璃总边长为S总＝L＋OS＝（eq \f(π,3)＋1）m，故选A.
答案：A
6.
解析：液体注入前后光的传播路径如图所示，注入前光沿A→O→O1→P传播，注入液体后光沿A→O→O1→M传播，光在O点发生反射，由几何关系可知∠POD＝60°，则有tan60°＝eq \f(PD,OD)，有液体时，光在O1处发生折射，在△PO1N中，∠PO1N＝60°，即∠O1PN＝30°，有tan30°＝eq \f(O1N,PN)，tanα＝eq \f(O1N,MN)，解得tanα＝eq \r(3)，即α＝60°，根据折射定律可知n＝eq \f(sin60°,sin30°)＝eq \r(3)，A正确．
答案：A
7．解析：（1）设A点的折射光线与水平方向的夹角为α，由几何关系可得tanα＝eq \f(h－AB,d)
由几何关系可知，把光源移到CD的中点F，经过AD中点E的折射光线与水平方向的夹角也为α，tanα＝eq \f(h＋Δh－AB,0.5BC)，由题意知tan∠BAC＝eq \f(BC,AB)
由折射率的定义可知n＝eq \f(sin（90°－α）,sin∠BAC)
结合题中所给的已知条件，综合解得Δh＝0.15m，n＝eq \f(4,3).
（2）由n＝eq \f(c,v)，CA＝eq \r(（AB）2＋（BC）2)，光从C到A的传播时间t＝eq \f(CA,v)
解得t＝8.9×10－9s.
（3）若光源发出的光恰好在A处发生全反射，则由n＝eq \f(1,sinC0)可得sinC0＝eq \f(3,4)，则csC0＝eq \f(\r(7),4)
又tanC0＝eq \f(1.2m,1.6m－h0)，解得h0＝0.54m.
答案：（1）0.15m eq \f(4,3) （2）8.9×10－9s （3）0.54m
8．解析：光线射入球体后频率不变，故A错误；光线射入球体后速度变小，根据λ＝vf，可知波长变小，故B错误；根据几何关系得在透明材料中的折射角的正弦值sinr＝eq \f(R,2R)＝eq \f(1,2)，根据折射定律得n＝eq \f(sini,sinr)＝eq \r(3)，故C正确；
做出光路图，由几何关系可得光在透明材料中的路程为s＝6×2Rcs30°＝6eq \r(3)m，光在透明材料中的传播速度为v＝eq \f(c,n)＝eq \r(3)×108m/s，则时间为t＝eq \f(s,v)＝6×10－8s，故D正确．
答案：CD
9．解析：红光在该三棱镜中的传播速度v＝eq \f(c,n)＝eq \r(3)×108m/s，故A错误；根据sinC＝eq \f(1,n)答案：BD
10.
解析：（1）作出光路图如图所示，由几何关系知
sin∠OEP＝eq \f(OP,OE)＝eq \f(\r(2),2)
又光线在BD边恰好发生全反射，所以∠OEP等于全反射的临界角C，故sinC＝eq \f(1,n)＝eq \f(\r(2),2)
解得n＝eq \r(2).
（2）由几何关系知，BD边与OA边平行，光线在OA边上也恰好发生全反射，且PE＝EG＝GF＝QH＝eq \f(1,2)R
因此sin∠QOH＝eq \f(QH,OQ)＝eq \f(1,2)
故∠QOH＝30°，OH＝Rcs30°＝eq \f(\r(3),2)R
根据几何关系，光在玻璃砖中传播的路程
s＝PE＋EF＋FQ＝EF＋OH＝eq \f(\r(3)＋2,2)R
光在玻璃砖中传播的时间t＝eq \f(s,v)＝eq \f(ns,c)
代入数据解得t＝eq \f(\r(6)＋2\r(2),2c)R.
答案：（1）eq \r(2) （2）eq \f(\r(6)＋2\r(2),2c)R