2025届高考物理一轮复习专题训练 光的折射和全反射

这是一份2025届高考物理一轮复习专题训练 光的折射和全反射，共17页。试卷主要包含了单选题，多选题，填空题，计算题等内容，欢迎下载使用。

一、单选题
1．如图甲所示，在平静的水面下有一个点光源S，它发出的光包含两种单色光，分别为红光和绿光。光从如图乙所示水面上的圆形区域中射出，该区域分为Ⅰ、Ⅱ两部分，如图乙所示。下列说法正确的是( )
A.区域Ⅰ为红、绿复色光，区域Ⅱ为绿色单色光
B.区域Ⅰ为红、绿复色光，区域Ⅱ为红色单色光
C.区域Ⅰ为红色单色光，区域Ⅱ为红、绿复色光
D.区域Ⅰ为绿色单色光，区域Ⅱ为红、绿复色光
2．“风雨过后方能见到彩虹”，彩虹形成的简化示意图如图所示。设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b是从水滴射出的两种单色光，则下列说法正确的是( )
A.a光的频率小于b光的频率
B.在水滴中，a光的波长小于b光的波长
C.在水滴中，a光的折射率小于b光的折射率
D.在水滴中，a光的传播速度大于b光的传播速度
3．如图所示，在“测量玻璃的折射率实验中”，下列说法正确的是( )
A.选取的玻璃砖两个光学面a和可以不平行
B.处的四个大头针可以在同一条直线上
C.玻璃的折射率
D.光线从空气进入玻璃，频率发生了变化
4．水面上漂浮一半径为的圆形荷叶，一只小蝌蚪从距水面的图示位置处沿水平方向以速度匀速穿过荷叶，其运动的轨迹与荷叶径向平行，已知水的折射率为，则在小蝌蚪穿过荷叶过程中，在水面之上看不到小蝌蚪的时间为( )
A.4sB.6sC.8sD.10s
5．如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图.G为标准石英环，C为待测柱形样品，C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层.用单色平行光垂直照射上方石英板，会形成干涉条纹.已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，下列说法正确的是( )
A.劈形空气层的厚度变大，条纹向左移动
B.劈形空气层的厚度变小，条纹向左移动
C.劈形空气层的厚度变大，条纹向右移动
D.劈形空气层的厚度变小，条纹向右移动
6．一束由红、蓝两单色光组成的光线从一平行玻璃砖的上表面以入射角θ射入，穿过玻璃砖自下表面射出。已知该玻璃砖对红光的折射率为1.5，设红光与蓝光穿过玻璃砖所用的时间分别为和。下列说法正确的是( )
A.玻璃砖对蓝光的折射率小于1.5
B.下表面射出的红光、蓝光一定平行
C.若将θ增大，红光有可能在下表面发生全反射
D.若将θ从0°增大至90°的过程中，始终大于
7．一束单色光从玻璃射向空气时，光路图如图所示，两条虚线分别表示分界面和法线，，则该玻璃的折射率为( )
A.B.C.D.
8．如图所示，等腰三棱镜ABC的顶角，一束单色光与AB成30°角射入三棱镜，恰能垂直AC射出，则三棱镜的折射率为( )
A.B.C.D.2
9．如图是一半径为R、横截面为四分之一圆的玻璃柱，截面所在平面内，一束与AC平行的光线从圆弧上的P点入射，直接射到BC界面从M点射出，已知P点到AC界面的距离为，，则该玻璃柱的折射率为( )
A.B.C.D.
10．水波从深水区进入浅水区，频率不变，水速变小，其折射规律类似于光的折射，若下图中实线代表波峰，则下列水波折射示意图可能正确的是( )
A.B.
C.D.
11．如图所示，一束复色光从空气射到一块长方体玻璃砖上表面后分成两束单色光a、b，光束a与玻璃砖上表面的夹角为α，光束b与玻璃砖上表面的夹角为β.光束a与光束b在玻璃砖中的折射率比值为( )
A.B.C.D.
12．如图所示，水面上漂浮一半径为的圆形荷叶，O点为荷叶的圆心，一只小蝌蚪从距水面的A点以速度向下运动，A点在O点的正下方，已知水的折射率为，则在小蝌蚪向下运动过程中，在水面之上看不到小蝌蚪的时间为( )
A.B.C.D.
二、多选题
13．如图，有一边长为2a的正方体玻璃砖，中心有一单色点光源O，玻璃砖对该单色光的折射率，已知光在真空中传播的速度为c。下列说法正确的是( )
A.该光在玻璃砖中传播的速度为
B.光线从玻璃砖射出的最短时间为
C.从外面看玻璃砖被照亮的总面积为
D.若不考虑多次反射，光线从玻璃砖射出的最长时间为
14．一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，设激光光束与水面的夹角为α，如图所示.他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，下列说法正确的是( )
A.水的折射率为
B.水的折射率为
C.当他以向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°
D.当他以向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60°
15．某种嵌在地面下的彩灯竖直截面（经过对称轴）的简化示意图如图所示，上表面是直径为6cm的圆，竖直截面是规格为的长方形透明材料，中央竖线上有间隔均匀的7个灯槽，在灯槽4位置放入能发绿光的灯珠M后，发出的光线恰好在透明材料的上表面边缘发生全反射。下列说法正确的是( )
A.材料对绿光的折射率为
B.材料对绿光的折射率为
C.若将能发红光的灯珠N安装在灯槽2位置，则红光一定都能从材料的上表面射出
D.若将能发红光的灯珠N安装在灯槽6位置，则红光一定都能从材料的上表面射出
三、填空题
16．我国唐代对彩虹形成的原因已有记载，《礼记•月令•季春之月》中提到“日照雨滴则虹生”。一束太阳光射入球形雨滴形成彩虹的光路如图所示，则光线a的频率_______（选填“大于”“等于”或“小于”）光线b的频率，已知太阳光射入雨滴时入射角，光线b偏折角，光线b在雨滴中的折射率等于_______（结果保留两位有效数字，，）。
17．如图，单色光从折射率、厚度的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速为，则该单色光在玻璃板内传播的速度为______m/s；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是____________s（不考虑反射）。
四、计算题
18．为了从坦克内部观察外部的目标，在坦克壁上开了一个小孔。假定坦克壁厚20cm，孔左右两边的距离为30cm。孔内安装一玻璃，厚度与坦克壁厚相同，ABCD为玻璃的截面，如图所示。用一束激光从A点与水平方向成37°射入玻璃，恰好从CD边中点射出，已知，，光在真空中的传播速度为。求：
（1）光线在玻璃中由A点传播至CD边中点所需的时间；
（2）坦克内的人从AB中点向外观察能看到的外界角度范围。
参考答案
1．答案：B
解析：由题意可知，光线发生全反射时，临界角满足，因为红光和绿光的折射率，所以红光和绿光的临界角。所以绿光先发生全反射，红光后发生全反射，故区域Ⅰ为红、绿复色光，区域Ⅱ为红色单色光。故选B。
2．答案：B
解析：CD.根据光路图可知，太阳光从空气射入水滴时，a光的偏转程度大于b光的偏转程度，则水滴对a光的折射率大于b光的折射率；根据
可知在水滴中，a光的传播速度小于b光的传播速度，故CD错误；
AB.由于水滴对a光的折射率大于b光的折射率，则a光的频率大于b光的频率，根据
由于在水滴中，a光的传播速度小于b光的传播速度，则在水滴中，a光的波长小于b光的波长，故A错误，B正确。
故选B。
3．答案：A
解析：A.玻璃砖两个表面是否平行对入射角和折射角的测量准确性没有影响，所测折射率仍然正确，故玻璃砖的两个光学面可以不平行，故A正确；B.光线经过玻璃砖两次折射后，光线发生偏移，所以处的四个大头针不可能在同一条直线上，故B错误；C.根据折射率的定义可知玻璃砖的折射率为，故C错误；D.光线从空气进入玻璃，频率不变，波长变短，故D错误。故选A。
4．答案：A
解析：由题意可知，当蝌蚪反射的光在荷叶边缘水面上发生全反射时，则在水面上看不到蝌蚪，如图所示
O为圆形荷叶的圆心，为荷叶直径上两端点。小蝌蚪向前游动，先到达K点，而后到B点，设BQ与竖直方向QK的夹角为全反射的临界角C，而后小蝌蚪继续游动到A点，设AP与竖直方向PH的夹角为全反射的临界角C，则由对称性可知，。当小蝌蚪在BA段游动时，其发出的光线到达后会发生全反射，在水面之上看不到小蝌蚪。根据全反射的临界角公式可得，而，所以，则有，所以，则在水面之上看不到小蝌蚪的时间为，故选A。
5．答案：A
解析：由于C的膨胀系数小于G的膨胀系数，温度升高时，竖直方向G增加的长度比C增加得多，所以䴙形空气层的厚度变大，即相当于将装置（不包括样品C）向左移，故可知条纹向左移动，A正确.
6．答案：B
解析：A.不同频率的光在同种介质中的相互作用不同，因此它们的折射率也会有所差异，一般情况下，同种介质中的折射率与光的频率呈正相关关系，即频率越高，折射率越大，由于蓝光的频率高于红光的频率，所以该玻璃砖对红光的折射率为1.5，则玻璃砖对蓝光的折射率大于1.5，故A错误；B.红、蓝两单色光穿过玻璃砖自下表面射出的光路图如图所示
由几何关系可知红光、蓝光在玻璃砖中上下界面与法线的夹角相同，设折射角为α，由折射定律可知红光满足蓝光满足即有所以红光、蓝光两单色光通过平行玻璃砖后出射方向不变，只是发生一定程度的侧移，且侧移距离随折射率的增大而增大，所以从下表面射出时，红光、蓝光的折射角应是相等的，即从下表面射出的红光、蓝光一定平行，故B正确；C.由于光路是可逆的，根据B选项可知红光、蓝光两单色光通过平行玻璃砖后出射方向不变，只是发生一定程度的侧移，若要红光有在下表面发生全反射，则上表面入射光入射角应增大至90°，即与上表面平行，此时光线不能到达下表面，也就不能发生全反射，故C错误；D.设折射角为α，由折射定律且在玻璃砖中的时间为因为红光的折射率小于蓝光的折射率，则红光的折射角大于蓝光的折射角，根据题意可知，红光的折射率为1.5，可知红光的折射角可知，两种光线在从0°增大至90°的过程中，折射角的2倍都小于90°，且红光的折射角大于蓝光的折射角，则在θ从0°增大至90°的过程中，可知，红光在玻璃砖中传播时间小于蓝光在玻璃砖中传播时间，由题意可知，红光在玻璃砖中传播时间是，蓝光在玻璃砖中传播时间是，则始终大于，故D错误。故选B。
7．答案：A
解析：光从玻璃射向空气时，入射角应该小于折射角，图中表明竖直虚线为界面，水平虚线为法线，根据折射率的定义式有故选A。
8．答案：B
解析：恰能垂直射出，则在AB界面的折射角为，在AB界面的入射角为，三棱镜的折射率，故选B。
9．答案：B
解析：光路图，如图所示
由几何关系可知，光线在AB界面的入射角为i，则
所以
光线在BC界面的入射角，则
所以
光线在AB界面的折射角r，则
解得
由折射定律可得
故选B。
10．答案：A
解析：水波从深水区进入浅水区，水速变小，频率不变，根据可知，波长变小。故选A。
11．答案：D
解析：
12．答案：B
解析：由全反射角公式和几何关系，有，，在小蝌蚪竖直向下运动过程中，如图所示，小蝌蚪从A点到B点过程中，在水面之上看不到小蝌蚪，有，则在水面之上看不到小蝌蚪的时间为，故选B。
13．答案：ACD
解析：AB.当光在玻璃砖内运动的位移最短即垂直立方体各个面射出时，光所经历的时间最短，光在玻璃砖内传播的速度为传播的最短时间为故A正确，B错误；CD.选取其中的一个面进行解题思路，光线发生全反射的临界角为可得当入射角大于临界角C时将不会有光线射出，光在各个面上照亮的部分为圆形，设半径为r，根据几何关系有解得则从外面看玻璃砖被照亮的总面积为若不考虑多次反射，光线从玻璃砖射出的最长时间为故CD正确。故选ACD。
14．答案：BC
解析：作出临界情况下的光路图，如图甲所示，激光发生全反射的临界角为，由可得，水的折射率，A错误，B正确；当时，光路图如图乙所示，由可得，，由于，可知，故，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°，C正确，D错误.
15．答案：AD
解析：AB.如图所示
灯珠M安装在灯槽4位置，恰好在材料表面边缘发生全发射，材料对绿光的折射率为n，根据全反射规律可知
解得
故A正确，B错误；
C.红光的临界角大于绿光的临界角，若将能发红光的灯珠N安装在灯槽2位置，则红光不一定都能从材料的上表面射出，故C错误；
D.若将能发红光的灯珠N安装在灯槽6位置，则红光一定都能从材料的上表面射出，故D正确。
故选AD。
16．答案：大于;1.3
解析：由图可知，一束太阳光射入球形雨滴，入射角相同，光线a的折射角较小，根据折射定律可知光线a的折射率较大，故光线a的频率大于光线b的频率。
根据折射定律，光线b在雨滴中的折射率为
17．答案：
解析：该单色光在玻璃板内传播的速度。
光在玻璃板中传播的两种极限情况如图
情况①在介质中传播路径最短，时间最短
情况②在介质中传播路径最长，时间最长
18．答案：（1）（2）
解析：（1）光线从A点射入时的光路图如图所示
光线从A点射入时的折射角为
则
在A点由光的折射定律可知
光在玻璃中的传播速度为
光的路程为
故光线在玻璃中由A点传播至边中点所需的时间
（2）坦克内的人从AB中点向外观察时，看到的范围如图所示
由几何关系得
由光的折射定律可知
解得
坦克内的人从中点向外观察时，则能看到的外界角度范围为