新教材高考物理一轮复习课时规范练38光的折射全反射含答案

这是一份新教材高考物理一轮复习课时规范练38光的折射全反射含答案，共11页。试卷主要包含了在一次讨论中,老师问道等内容，欢迎下载使用。

1.(对折射率的理解)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.这种波长的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.(折射定律的应用)如图所示,一束激光照射在横截面为正方形的透明玻璃柱上,光线与横截面平行,则透过玻璃柱的光线可能是图中的( )
A.①B.②
C.③D.④
3.(光的折射)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.①②B.①③
C.②④D.③④
4.(光的折射和全反射)(2023广东模拟)水下一点光源发出a、b两单色光,人在水面上往下看,如图所示,水面中心Ⅰ区域有a光、b光射出,Ⅱ区域只有a光射出。下列判断正确的是( )
A.a、b光从Ⅰ区域某点倾斜射出时,a光的折射角小
B.在真空中,a光的波长小于b光的波长
C.水对a光的折射率大于对b光的折射率
D.水下b光不能射到图中Ⅱ区域
5.(全反射)右图为一边长为a的立方体透明物质,在EFGH面的正中心有一点光源,可向各个方向射出单色光,在ABCD面上有光射出的范围的面积为π3a2(不考虑光在其他面上的反射),则这种透明物质对此单色光的折射率等于( )
A.2B.2
C.3D.3
6.(光的全反射)(2023广东佛山模拟)如图所示,一块半圆形透明材料,其横截面是半径为R的半圆,AB为半圆的直径,O为圆心,材料的折射率n=2,平行光垂直射向材料的下表面(设真空中光速为c)。
(1)若光到达上表面后,都能从上表面射出,则入射光束在AB上的最大宽度为多少?
(2)一束光在O点左侧与O点相距22R处垂直于AB入射,此光从材料射出所用时间为多少?
7.(光的折射和全反射)右图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13πh2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.(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。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
9.(2022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14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面全反射后,从OM面出射的光是(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
10.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。已知薄塑料片的折射率为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>2
B.左明右暗,且n<2
C.左暗右明,且n>2
D.左暗右明,且n<2
11.(2023广东潮州二模)如图所示,有一救生员面向泳池坐在池边的高凳上,他的眼睛到地面的高度为H=1.8 m,眼睛距离池边缘的水平距离为d=2.4 m,当泳池注满水时,水的深度为h=1.8 m,此时救生员可观察到池底离池边缘最近的点为A,水池边缘与AO之间的范围为“视线盲区”。已知水的折射率为n=43,光在真空中的速度为c=3×108 m/s,求:
(1)A点到池边缘的水平距离;
(2)光在水中传播的速度。
12.(2023广东中山期末)如图所示,一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触发工作的,光从挡风玻璃内侧P点射向外侧M点再折射到空气中,测得入射角为α=30°,折射角为β=45°;光从P点射向外侧N点,刚好发生全反射并被Q接收,已知挡风玻璃的厚度为d,光在空气中的传播速度为c,求:
(1)该挡风玻璃的折射率;
(2)接收器Q到光源P的距离L。
答案：
1.C 解析 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=cn可知这种光在玻璃中的速度小于在水中的速度,故A错误;在20 ℃,水晶对波长为589.3 nm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=1sinC,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.C 解析 根据折射定律有n=sin i1sin r1,n>1,解得i1>r1,所以折射光线向右偏折;根据折射定律有n=sin i2sin r2,r1=r2,解得i1=i2,所以出射光线与入射光线平行,光路图如图所示,C项正确。
3.C 解析 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tan C=Rh,又sin C=1n,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.A 解析 根据题述,b光发生全反射的临界角较小,由sin C=1n,可知水对b光的折射率较大,对a光的折射率较小,a、b光从Ⅰ区域某点倾斜射出时,a光的折射角小,A项正确,C项错误;由折射率随光的频率的增大而增大可知,a光的频率较小,波长较长,B项错误;水下b光能射到题图中Ⅱ区域,由于在题图中Ⅱ区域发生了全反射,b光不能射出水面,Ⅱ区域只有a光射出,D项错误。
5.B 解析 在ABCD面上有光射出的区域边缘单色光恰好发生全反射,入射角等于临界角C,如图所示。
设在ABCD面上有光射出的圆形区域半径为r,则
πr2=π3a2
解得r=33a
由几何知识可得tan C=ra=33,则C=30°
由sin C=1n得n=1sinC=1sin30°=2,故A、C、D错误,B正确。
6.答案 (1)R (2)42cR
解析 (1)光线发生全反射的临界角满足n=1sinC
由此可知,其能从上表面射出的光线,入射角为C=30°
图1
光路图如图1所示。
根据数学知识,入射光束在AB上的最大宽度为d=2Rsin 30°=2R×12=R。
(2)一束光在O点左侧与O点相距22R处,垂直于AB从下方入射,在上表面的入射角为θ,
则有sin θ=22RR=22
解得θ=45°
图2
由于θ>C,因此光在透明材料中发生全反射,光路图如图2所示。
根据数学知识,该束光在透明材料中的路程s=2×22R+2R=22R
该束光在透明材料中的光速为v=cn=c2
光从透明材料射出所用时间为t=sv=22Rc2=42Rc。
7.答案 4+233πh2
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=πr12=πh2
由几何关系得tan C=r1h
由全反射知识有sin C=1n
解得n=2
剪出一个面积为S2=13πh2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=πr22=13πh2
由几何关系得tan i=r2h
根据折射定律有n=sinθsini
缸口的最小半径为r3=r2+htan θ
缸口的最小面积为S3=πr32
解得S3=4+233πh2。
8.C 解析 光的频率是由光源决定的,与介质无关,频率不变,故A、B错误;由题图可看出光线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,根据几何关系有sin(π-θ)R=sinαr,可得出光线2进入气泡的入射角大于光线1进入气泡的入射角,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,故C正确,D错误。
9.A 解析 画出临界光路如图所示,从A点垂直于AB面入射的光,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。从B点垂直于AB面入射的光,经CO反射恰好过P点。当全反射临界角为C=45°时,n=1sinC=2=1.414,因为a光折射率大于1.414,根据sin Ca=1na,可得Ca<45°,能在PM面发生全反射。同理可得b光的全反射临界角Cb>45°,不能在PM面发生全反射,选项B、C错误。当a光在PM面发生全反射时,设在PM面的入射角为α,在OM面的入射角为θ,根据几何关系可得θ=2α-45°,可得当α<45°时,θ<α,故当a光在PM面发生全反射时,存在从OM面出射的光,选项A正确,D错误。
10.A 解析 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sin C=1n,解得n=1sinC>1sin45°=2,即n>2,选项A正确,B、C、D错误。
11.答案 (1)1.35 m (2)2.25×108 m/s
解析 (1)光线从A点射向人眼时在水面发生折射,设入射角为r,折射角为i
由几何关系可知sin i=dd2+H2
sin r=xx2+h2
则水的折射率n=sinisinr
联立解得x=1.35 m。
(2)根据光的传播速度与折射率的关系可知
v=cn=3×10843 m/s=2.25×108 m/s。
12.答案 (1)2 (2)2d
解析 (1)由题意可知,光线在M点发生折射,空气折射率n1=1,
设该挡风玻璃的折射率为n,则由折射定律n1sin β=nsin α可得n=sinβsinα=2。
(2)光在N点恰好发生全反射,则有nsin θ=n1sin 90°,则sin θ=1n=22
即θ=45°
则三角形PNQ为等腰直角三角形,利用几何关系可知PQ=2d,
故接收器Q到光源P的距离L=PQ=2d。几种介质的折射率(λ=589.3 nm,t=20 ℃)
介质
折射率
介质
折射率
金刚石
2.42
玻璃
1.5~1.8
氯化钠
1.54
水
1.33
二硫化碳
1.63
水晶
1.55
酒精
1.36
空气
1.000 28