第十四章 第1讲　光的折射　全反射练习含答案-高考物理一轮专题

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1.通过实验,理解光的折射定律。会测量材料的折射率。
2.知道光的全反射现象及其产生的条件。初步了解光纤的工作原理、光纤技术在生产生活中的应用。
3.观察光的干涉、衍射和偏振现象,了解这些现象产生的条件,知道其在生产生活中的应用。知道光是横波,会用双缝干涉实验测量光的波长。
4.通过实验,了解激光的特性。能举例说明激光技术在生产生活中的应用。
【考情分析】
第1讲 光的折射 全反射

1.如图所示,光在真空和某介质的界面MN上发生折射,由图可知( )
[A] 光是从真空射入介质的
[B] 光是由介质射入真空的
[C] 介质的折射率为32
[D] 介质的折射率为33
【答案】 B
2.关于全反射,下列说法正确的是( )
[A] 发生全反射时,仍有折射光线,只是折射光线非常弱,因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线
[B] 光线从光密介质射向光疏介质时,一定会发生全反射现象
[C] 光从光疏介质射向光密介质时,也可能发生全反射现象
[D] 水或玻璃中的气泡看起来特别亮,就是因为光从水或玻璃射向气泡时,在界面发生全反射
【答案】 D
【答案】 同一平面 法线 正 可逆 光学性质 大于1 全部
光密 光疏 大于 90° 1n 小
考点一 光的折射定律
对折射率的理解
(1)折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领,也反映了光在介质中传播速度的大小v=cn。
(2)折射率的大小不仅与介质本身有关,还与光的频率有关。同一种介质中,频率越大的色光折射率越大,传播速度越小。
(3)同一种色光,在不同介质中虽然波速、波长不同,但频率相同。
[例1] 【对折射定律的理解】(2024·云南迪庆期中)(多选)如图,由a、b两种单色光组成的复色光,通过足够大的长方体透明材料后分成两束,则( )
[A] a光从透明材料进入空气后频率变大
[B] a光的频率小于b光的频率
[C] 该材料对a光的折射率大于对b光的折射率
[D] 该材料对a光的折射率小于对b光的折射率
【答案】 BD
【解析】 光的频率由光源决定,A错误;由光路图可知,入射角相同时,b光的折射角较小,根据 n=sin θ1sin θ2,可知a光的折射率小于b光的折射率,a光的频率小于b光的频率,故选项B、D正确,C错误。
[例2] 【折射定律的应用】 (2025·陕晋青宁高考适应性考试)如图,半径为R的球面凹面镜内注有透明液体,将其静置在水平桌面上,液体中心厚度CD为 10 mm。一束单色激光自中心轴上距液面15 mm 的A处以60°入射角射向液面B处,其折射光经凹面镜反射后沿原路返回,液体折射率为 3。求:
(1)光线在B点进入液体的折射角;
(2)凹面镜半径R。
【答案】 (1)30° (2)55 mm
【解析】 (1)根据光的折射定律n=sin θ1sin θ2可知,光线在B点进入液体的折射角满足
sin θ2=sin θ1n=323=12,可知θ2=30°,
则光线在B点进入液体的折射角为30°。
(2)因折射光经凹面镜反射后沿原路返回,可知折射光线垂直于凹面镜。如图所示,折射光线的反向延长线过凹面镜的球心O,由几何关系得∠ABC=∠COB=30°。
由题可知AC=15 mm,CD=10 mm,
BC的距离为BC=ACtan∠ABC=153 mm,
OC的距离为OC=BCtan∠COB=45 mm,
由几何关系得凹面镜半径R=OC+CD=55 mm。
应用光的折射定律解决问题的思路
(1)根据入射角、折射角及反射角之间的关系,作出比较完整的光路图。
(2)充分利用光路图中的几何关系,确定各角之间的联系,要注意作好辅助线,特别是法线往往起着辅助线的作用,根据折射定律求解相关的物理量,如折射角、折射率等。
(3)注意在折射现象中,光路是可逆的。
考点二 全反射 光的折射和全反射的综合应用
[例3] 【对全反射条件的理解】(2024·广东卷,6)如图所示,红绿两束单色光,同时从空气中沿同一路径以θ角从MN面射入某长方体透明均匀介质。折射光束在NP面发生全反射,反射光射向PQ面。若θ逐渐增大,两束光在NP面上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率,下列说法正确的是( )
[A] 在PQ面上,红光比绿光更靠近P点
[B] θ逐渐增大时,红光的全反射现象先消失
[C] θ逐渐增大时,入射光可能在MN面发生全反射
[D] θ逐渐减小时,两束光在MN面折射的折射角逐渐增大
【答案】 B
【解析】 已知红光的折射率小于绿光的折射率,根据折射定律n=sin θ1sin θ2,可知绿光在MN面的折射角较小,根据几何关系可知绿光比红光更靠近P点,故A错误;根据sin C=1n可知,红光发生全反射的临界角较大,θ逐渐增大时,在NP面的入射角先减小至红光发生全反射的临界角,红光的全反射现象先消失,故B正确;在MN面,光从光疏介质射入光密介质,无论θ多大,都不可能发生全反射,故C错误;θ逐渐减小时,两束光在MN面折射的折射角逐渐减小,故D错误。
[例4] 【全反射的应用】 (2024·上海期中)(多选)光纤通信有传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强等多方面的优点。如图甲是光纤的示意图,图乙是光纤简化示意图(内芯简化为长直玻璃丝,外套简化为真空),玻璃丝长为AC=L,折射率为n,AB、CD代表端面,光从AB端面以某一入射角θ进入玻璃丝,在玻璃丝内部恰好发生全反射,已知光在真空中的传播速度为c,下列选项正确的是( )
[A] 内芯相对于外套是光疏介质
[B] sin θ=n2-1
[C] 光在玻璃丝中传播的速度为csin θ
[D] 光在玻璃丝中从AB端面传播到CD端面所用的时间为n2cL
【答案】 BD
【解析】 发生全反射的条件是光从光密介质射入光疏介质,故内芯相对于外套是光密介质,故A错误;由题意n=sinθsinr=1sinC,r+C=90°,得sin θ=n2-1,故B正确;根据n=cv,光在玻璃丝中的传播速度为v=csin2θ+1,故C错误;由几何关系sin C=Lx,又传播时间为t=xv,得t=n2cL,故D正确。
[例5] 【折射和全反射的综合】(2024·山东济南二模)如图所示为一半径为R=6 cm的透明半球体,PQ为半球体的直径,O为半球体的球心。现有一束激光垂直于半球的平面射入半球体,入射点从P点沿直径PQ缓慢向Q点移动,发现当入射点移动2 cm后,才开始有光线从下方球冠射出,不考虑光线在半球体内多次反射。
(1)求该半球体的折射率;
(2)若该束激光入射点移动至距离球心为3 cm位置入射,求光线射出半球体的折射角的正弦值。
【答案】 (1)1.5 (2)0.75
【解析】 (1)由题意作出刚好有光线从下方球冠射出时的光路图如图甲所示,
设该入射点位置为A,此时入射角为C,由几何关系可知OA=6 cm-2 cm=4 cm,
sin C=OAR=23,
由全反射规律,可知 sin C=1n,
得 n=1.5。
(2)当该束激光入射点移动至距离球心为3 cm的B点入射时,如图乙所示,设此时入射角为r,由几何关系可知,
sin r=OBR=12Δl2>0 [D] Δl2>Δl1>0
【答案】 D
【解析】 薄玻璃相当于平面镜,它所成的像关于薄玻璃对称,换用厚玻璃后由于光的折射,所成的像会更靠近玻璃。如图所示,A点和A′点分别为头顶通过薄玻璃和厚玻璃所成的像,B点和B′点分别为脚底通过薄玻璃和厚玻璃所成的像,画出对应的临界光线,可知Δl2>Δl1>0。
8.(16分)(2024·四川成都三模)如图为一半径为R的半圆柱透明介质的横截面,O为圆心,线段AB为直径,紧贴B点放置与AB共线的光屏。一束平行于直径AB的红、蓝复色光从真空射到半圆柱透明介质上的C点,经两次折射后在光屏上形成D、E两个光点。已知∠COA=45°,B、D两点的距离为(2-1)R。
(1)作出形成光点D的大致光路图并判断光点D的颜色;
(2)求介质对形成光点D的光束的折射率。
【答案】 (1)见解析 (2)2
【解析】 (1)作出形成光点D的大致光路图,如图甲所示,
红光比蓝光的频率低,红光比蓝光的折射率小,偏折小,所以光点D的颜色是蓝色。
(2)如图乙所示,
在△OMD中,由正弦定理得sin∠OMDOD=sin∠MDOOM,
即sin45°R+(2-1)R=sinθR,解得θ=30°,
则r=α-θ=45°-30°=15°,所以β=30°,
介质对形成光点D的光束的折射率n=sinαsinβ=sin45°sin30°=2。光的折射
2024·福建卷·T10、2024·贵州卷·T3、2024·重庆卷·T5、2024·江苏卷·T6、
2023·浙江1月选考卷·T13、2023·江苏卷·T5、2023·辽宁卷·T8、
2022·湖北卷·T14、2022·浙江1月选考卷·T11、2022·江苏卷·T12
光的折射与全反射的综合应用
2024·山东卷·T15、2024·全国甲卷·T34、2024·甘肃卷·T10、
2024·广东卷·T6、2024·海南卷·T4、2023·全国甲卷·T34、
2023·山东卷·T16、2023·湖北卷·T6、2023·浙江6月选考卷·T13、2023·湖南卷·T7、2022·全国甲卷·T34、2022·全国乙卷·T34、
2022·辽宁卷·T5、2022·河北卷·T16、2022·广东卷·T16、
2022·重庆卷·T16、2022·山东卷·T7、2022·浙江6月选考卷·T8
光的干涉、衍射和偏振
2024·湖南卷·T9、2024·广西卷·T9、2024·辽宁卷·T4、2024·山东卷·T4、
2023·辽宁卷·T8、2023·山东卷·T5、2022·山东卷·T10
实验:测量玻璃的折射率
2024·安徽卷·T11、2024·浙江6月选考卷·T16、2023·海南卷·T14、
2023·广东卷·T11
实验:用双缝干涉测量光的波长
2024·广东卷·T11、2024·河北卷·T11、2024·江西卷·T9、
2023·江苏卷·T6、2022·浙江6月选考卷·T4
情境导思
北京农产品质量安全学会展出了多种快速检测技术,其中一项是果蔬可溶性固形物(糖度)快速检测技术,通过计算光的折射率得到果蔬汁液的糖度数值,能够反映出果蔬品质,是果蔬产品分级的重要参考。请思考:
(1)光从空气进入果蔬汁液后传播方向如何变化?如何计算折射率?为什么通过计算光的折射率就能得到果蔬汁液的糖度数值?
(2)光从空气进入果蔬汁液能否发生全反射?从果蔬汁液进入空气呢?发生全反射需要满足什么条件?