主题四 4 微专题 光的折射与全反射的应用 考点练习 2027届高三物理一轮复习（浙江专版）（解析版）

这是一份主题四 4 微专题 光的折射与全反射的应用 考点练习 2027届高三物理一轮复习（浙江专版）（解析版），共28页。
基础巩固练
考点一 不同色光的折射和全反射问题
1.如图,一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b,波长分别为λa、λb,该玻璃三棱镜对单色光a、b的折射率分别为na、nb,则( )
A.λanbB.λa>λb,nasin 45°,所以C>45°,B正确;由于sin 60°=32>sin C=34,即此时入射角大于临界角,光线会发生全反射,C错误;由于紫光的频率大于红光的频率,而频率越大折射率越大,因此当红光以同样的入射角从空气射到分界面时,根据折射定律可知,折射角大于37°,D错误。
3.镀有反射膜的三棱镜常用在激光器中用来选择波长。如图,一束复色光以一定的入射角i(i≠0)从O点进入棱镜后,不同颜色的光以不同角度折射,只有折射后垂直入射到反射膜的光才能原路返回形成激光输出。某一含红、绿、蓝光的复色光入射到三棱镜时,激光器输出的是绿光,则( )
A.绿光在棱镜中的折射角大于红光的折射角
B.有可能通过调节入射角i,使激光器同时输出红、绿、蓝光
C.若要调为红光输出,需将棱镜绕O点逆时针转动一小角度
D.不管怎么调节,激光器都不可能输出红光
解析:C 由于棱镜对绿光的折射率大于红光,根据光的折射定律由n=sinisinr可知,当入射角相同时,棱镜中绿光的折射角小于红光的折射角,故A错误;因为红、绿、蓝光的折射率不同,它们的折射情况不同,所以不可能通过调节入射角i使激光器同时输出红、绿、蓝光,故B错误;由于红光的折射率小,折射角较大,若要调为红光输出,需将棱镜绕O点逆时针转动一小角度,这样才有可能让红光折射后垂直入射到反射膜上,从而返回形成激光输出,故C正确,D错误。
4.(嘉兴)光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成,如图为光纤输入端的截面示意图,一束红光以入射角θ0(可调)从一端轴心处射入,经多次全反射后从光纤另一端射出。已知光纤内芯材料的折射率为n1,外套的折射率为n2,该段光纤的总长为L,真空中的光速为c。则(从折射率nA的介质射向折射率nB的介质,发生全反射的临界角C满足关系sin C=nBnA)( )
A.光纤外套的折射率比内芯的大
B.当sin θ0逐渐增大到n12-n22时,光束通过光纤时将有能量散失
C.该光束无能量散失地通过这段光纤的最长时间为n12Ln2c
D.若改用蓝光以相同的入射角θ0射入,蓝光通过光纤的时间较红光短
解析:C 光从内芯到外套满足光密介质到光疏介质,才能发生全反射,则光纤外套的折射率比内芯的小,故A错误;设光进入内芯的折射角为α,根据折射定律有sin θ=n1sin α,光在内芯与外套的分界面发生全反射的临界角C需满足sin C=n2n1,而全反射需要满足90°-α≥C,联立可得sin θ≤n12-n22,
则当sin θ0逐渐增大到n12-n22时,光束通过光纤时将发生全反射,此时仍无能量散失,故B错误;光进入内芯的折射角为α,则光在光纤内的路程为s=Lcsα,则α越大,路程越长,而发生全反射需满足α≤90°-C,则当α取最大角时,路程最长为smax=Lcs(90°-C),光在内芯中的传播速度为v=cn1,联立可得该光束无能量散失地通过这段光纤的最长时间为tmax=smaxv=L·n1c·sinC=n12Ln2c,故C正确;光在光纤中的传播时间为t=Lcsαv=L1-sin2αcn1=L·n12cn12-sin2θ0,因蓝光和红光在内芯的折射率满足n蓝>n红,可得t蓝>t红,故D错误。
考点二 光的折射和全反射综合应用
5.(温州)如图所示,真空中平行玻璃砖的折射率n=2,一束单色光与界面成θ=45°角斜射到玻璃砖表面上,最后在玻璃砖的右侧面竖直光屏上出现了两个光点A和B,相距h=2.0 cm,则下列说法正确的是( )
A.若减小θ角,则在玻璃砖的下表面将会没有光线射出
B.该单色光射入玻璃砖的折射角为60°
C.该玻璃砖的厚度d=3 cm
D.若减小θ角,则射出玻璃砖的光线侧移越小
解析:C 最后在玻璃砖的右侧面竖直光屏上出现了两个光点A和B如图,根据光路的可逆性,减小θ角在玻璃砖的下表面不会发生全反射,只要有光折射进去就会有光线射出,A错误;根据折射定律n=sin θ1sin θ2=2,解得sin θ2=12,θ2=30°,B错误;如图根据几何关系OE=h,又由tan θ2=ℎ2d,解得d=32h=3 cm,C正确;若减小θ角,如图角θ1、θ2增大,D点向右移,则射出玻璃砖的光线侧移越大,D错误。
6.(金华)如图甲所示,一束白光水平射入空中一球形的水滴,经过两次折射和一次反射后射出形成光带MN,出射光线与水平面的夹角称为彩虹角。如图乙所示,半径OC与竖直方向成γ=5°,从球心O的右下方的C点射出的某单色光的入射角α=53°,则下列说法正确的是( )
A.水滴对该单色光的折射率约为1.42
B.该单色光的彩虹角β=42°
C.该单色光在水滴内部B点处发生全反射
D.图甲中M、N所对应的两种光,M为紫光,在水滴中传播时间较短
解析:B 设光线第一次在图乙中的A点射入,折射角为θ,并标出各角度,如图所示。
由几何关系可知4θ=α+90°+γ,解得θ=37°,根据折射定律可得n=sinαsinθ=sin53°sin37°=1.33,A错误;由光路的可逆性可知,光在C点的折射角依然为α=53°,故该单色光的彩虹角为β=90°-(α-γ)=42°,B正确;该单色光在水滴内发生全反射的临界角C满足sin C=1n=0.75,因sin θ=0.6