2022届高考物理一轮复习专题95光的折射全反射及波动性练习含解析

这是一份2022届高考物理一轮复习专题95光的折射全反射及波动性练习含解析，共11页。试卷主要包含了eq \f　0.5m2等内容，欢迎下载使用。
A．受迫振动的频率总等于驱动力的频率
B．一切波都能发生干涉，干涉是波特有的现象
C．波源与观察者互相靠近或者互相远离时，接收到的频率不变
D．红外线是一种光波
E．狭义相对论认为，物体的质量随着物体速度的增大而减小
2．[2021·长春质检](多选)下列说法正确的是( )
A．简谐运动的周期与振幅无关
B．弹簧振子做简谐运动的回复力表达式F＝－kx中，F为振动物体所受的合外力，k为弹簧的劲度系数
C．在波的传播方向上，某个质点的振动速度就是波的传播速度
D．在双缝干涉实验中，同种条件下用紫光做实验比红光做实验得到的条纹更宽
E．在单缝衍射现象中要产生明显的衍射现象，狭缝宽度必须比波长小或者相差不多
3．[2021·海口调研](多选)下列有关光学现象描述正确的是( )
A．肥皂泡呈现彩色条纹是光的折射现象造成的
B．光导纤维传送图像信息利用了光的全反射原理
C．在双缝干涉实验中条纹变宽，可能是将入射光由红光变为绿光造成的
D．光从真空中以相同的入射角斜射入水中，红光的偏折程度小于紫光的偏折程度
E．A、B两种光从相同的介质入射到真空中，若A光的频率大于B光的频率，则逐渐增大入射角，A光先发生全反射
4．[2021·湖北重点中学摸底](多选)下列说法正确的是( )
A．在潜水员看来，岸上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里
B．光纤通信利用了全反射的原理
C．泊松亮斑的发现支持了光的波动说
D．人们利用慢中子来研究晶体的结构是利用了中子发生的干涉现象
E．变化的磁场一定产生变化的电场
5．利用图1所示的装置(示意图)，观察光的干涉、衍射现象，在光屏上得到如图2中甲和乙两种图样．下列关于P处放置的光学元件说法正确的是( )
A.甲对应单缝，乙对应双缝
B．甲对应双缝，乙对应单缝
C．都是单缝，甲对应的缝宽较大
D．都是双缝，甲对应的双缝间距较大
6．如图，△ABC为一玻璃三棱镜的横截面，∠A＝30°.一束红光垂直AB边射入，从AC边上的D点射出，其折射角为60°，则玻璃对红光的折射率为________．若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在D点射出时的折射角________(填“小于”“等于”或“大于”)60°.
7．(多选)ABCDE为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图，AB⊥BC，由a、b两种单色光组成的细光束从空气垂直于AB射入棱镜，经两次反射后光线垂直于BC射出，且在CD、AE边只有a光射出，光路图如图所示，则a、b两束光( )
A．a光的频率比b光的频率小
B．b光比a光更容易发生衍射现象
C．在棱镜内，a光的传播速度比b光的大
D．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小
E．分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距较小
8．[2021·广东卷(节选)]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，折射角为β；光从P点射向外侧N点，刚好发生全反射并被Q接收，求光从玻璃射向空气时临界角θ的正弦值表达式．
9．[2021·广东七校联考]如图为一玻璃球过球心的横截面，玻璃球的半径为R，O为球心，AB为直径，来自B点的光线BM在M点射出，出射光线平行于AB，另一光线BN恰好在N点发生全反射，已知∠ABM＝30°，求：
(ⅰ)玻璃的折射率；
(ⅱ)球心O到BN的距离．
10.[2021·包头市质检]如图所示，一透明半圆柱体的折射率n＝2、半径R＝0.4m、长L＝1.2m，一平行光束从半圆柱体的矩形表面垂直射入，部分柱面有光线射出．求：
(ⅰ)光在半圆柱体中出射时的临界角θ；
(ⅱ)该部分柱面的面积S(结果保留一位有效数字).
11.
如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，∠A＝90°，∠B＝30°.一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜，然后垂直于AC边射出．
(ⅰ)求棱镜的折射率；
(ⅱ)保持AB边上的入射点不变，逐渐减小入射角，直到BC边上恰好有光线射出．求此时AB边上入射角的正弦．
12．[2021·河北卷(节选)]将两块半径均为R、完全相同的透明半圆柱体A、B正对放置，圆心上下错开一定距离，如图所示．用一束单色光沿半径照射半圆柱体A，设圆心处入射角为θ.当θ＝60°时，A右侧恰好无光线射出；当θ＝30°时，有光线沿B的半径射出，射出位置与A的圆心相比下移h.不考虑多次反射．求：
(ⅰ)半圆柱体对该单色光的折射率；
(ⅱ)两个半圆柱体之间的距离d.
13.
[2021·江南十校模拟]如图所示，扇形BAC为透明柱状介质的横截面，半径为R，圆心角A为30°.现有一细束单色光MN平行于AC由N点从AB面射入介质．已知光束MN到AC的距离eq \f(R,3)，且此光束从AB面射入介质后恰好在BC面上的P点发生全发射．求该介质的折射率．
14．如图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面3m．距水面4m的湖底P点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为53°(取sin53°＝0.8).已知水的折射率为eq \f(4,3).
(ⅰ)求桅杆到P点的水平距离；
(ⅱ)船向左行驶一段距离后停止，调整由P点发出的激光束方向，当其与竖直方向夹角为45°时，从水面射出后仍然照射在桅杆顶端，求船行驶的距离．
专题95 光的折射、全反射及波动性
1．ABD 受迫振动的频率总是等于驱动力的频率，A正确；一切波都能发生干涉现象，干涉是波特有的现象，B正确；当波源与观察者靠近时，接收到的频率增大，当波源与观察者远离时，接收到的频率减小，C错误；红外线是一种比可见光波长长的光波，D正确；根据相对论原理，当物体的速度增大时，其运动质量要增大，E错误．
2．ABE 3.BDE 4.ABC
5．A 本题考查光的干涉和衍射现象，体现了科学推理的素养．
单缝衍射图样中心亮纹较宽，两侧亮纹宽度逐渐变窄，故甲图样为单缝衍射图样；双缝干涉图样相邻两条亮纹的宽度相同，对应乙图样．故A正确，B、C、D均错．
6.eq \r(3) 大于
解析：根据题述和图示可知，折射角i＝60°，入射角r＝30°，由折射定律得，玻璃对红光的折射率n＝eq \f(sini,sinr)＝eq \r(3).若改用蓝光沿同一路径入射，由于玻璃对蓝光的折射率大于玻璃对红光的折射率，则光线在D点射出时的折射角大于60°.
7．ACD 在CD边和AE边都只有a光射出，说明b光发生了全反射，而a光没有发生全反射，b光的临界角较小，由临界角公式sinC＝eq \f(1,n)，可知b光的折射率较大，a光的频率比b光的频率小，选项A正确．根据n＝eq \f(c,v)可知，在棱镜内，a光的传播速度比b光的传播速度大，选项C正确．以相同的入射角从空气斜射入水中，根据折射定律n＝eq \f(sini,sinr)，折射率越大，折射角越小，选项D正确．根据频率与波长的关系可知，a光的频率比b光的频率小，a光的波长比b光的波长长，a光比b光更容易发生衍射现象，选项B错误．由双缝干涉实验得出的相邻亮(暗)条纹间距公式Δx＝eq \f(l,d)λ可知，波长较长的单色光的干涉条纹间距较大，即让a、b两束光分别通过同一双缝干涉实验装置，a光的相邻亮条纹间距大，选项E错误．
8.eq \f(sinα,sinβ)
解析：由折射定律有n＝eq \f(sinβ,sinα)，
光从P点射向外侧N点时，刚好发生全反射，则有sinθ＝eq \f(1,n)＝eq \f(sinα,sinβ).
9．(ⅰ)eq \r(3) (ⅱ)eq \f(\r(3),3)R
解析：(ⅰ)设光线BM在M点的入射角为i，折射角为r，由几何图形可得i＝30°，r＝60°
根据折射定律知n＝eq \f(sinr,sini)
解得玻璃的折射率n＝eq \r(3)
(ⅱ)光线BN恰好在N点发生全反射，则sinC＝eq \f(1,n)
设球心到BN的距离为d，可知d＝RsinC
解得d＝eq \f(\r(3),3)R
10．(ⅰ)eq \f(π,6) (ⅱ)0.5m2
解析：(ⅰ)半圆柱体的横截面如图所示，其中O为截面圆的圆心OO′＝R＝0.4m，
如图示光线在B点处恰好发生全反射有
sinθ＝eq \f(1,n)
解得θ＝eq \f(π,6)
(ⅱ)由S＝2RL·∠O′OB
解得S＝0.5m2
11．(ⅰ)eq \r(3) (ⅱ)eq \f(\r(3)－\r(2),2)
解析：本题考查了光的折射、全反射，突出应用数学知识处理物理问题的能力，体现了核心素养中模型建构、科学论证要素，有利于培养考生的应用与创新价值观．
(ⅰ)光路图及相关量如图所示．光束在AB边上折射，由折射定律得
eq \f(sini,sinα)＝n①
式中n是棱镜的折射率．由几何关系可知
α＋β＝60°②
由几何关系和反射定律得
β＝β′＝∠B③
联立①②③式，并代入i＝60°得
n＝eq \r(3)④
(ⅱ)设改变后的入射角为i′，折射角为α′，由折射定律得
eq \f(sini′,sinα′)＝n⑤
依题意，光束在BC边上的入射角为全反射的临界角θc，且
sinθc＝eq \f(1,n)⑥
由几何关系得
θc＝α′＋30°⑦
由④⑤⑥⑦式得入射角的正弦为
sini′＝eq \f(\r(3)－\r(2),2)⑧
12．(ⅰ)eq \f(2\r(3),3) (ⅱ)eq \r(2)h－eq \f(\r(2),2)R
解析：(ⅰ)由题意可知，光线在半圆柱体内发生全反射的临界角C＝60°，根据全反射规律有n＝eq \f(1,sinC)，解得半圆柱体对该单色光的折射率n＝eq \f(2\r(3),3).
(ⅱ)当θ＝30°时，由于光线沿B的半径射出，故射出半圆柱体A的光线经过B的圆心，光路图如图所示．
设光线在射出半圆柱体A时的折射角为r，则根据光的折射定律有eq \f(sinr,sinθ)＝n，解得sinr＝eq \f(\r(3),3)，根据几何知识有d＝eq \f(h－Rsinθ,tanr)，
解得d＝eq \r(2)h－eq \f(\r(2),2)R.
13．n＝eq \r(3)
解析：光路图如图所示，可知AN＝2R/3，AP＝R，∠i＝60°，
在△ANP中，由正弦定理得
eq \f(AN,sinC)＝eq \f(AP,sin（90°＋r）)
eq \f(sini,sinr)＝n
sin (90°＋r)＝csr＝eq \r(1－sin2r)
sinC＝eq \f(1,n)
联立解得n＝eq \r(3)
14．(ⅰ)7m (ⅱ)5.5m
解析：(ⅰ)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1，到P点的水平距离为x2；桅杆高度为h1，P点处水深为h2；激光束在水中与竖直方向的夹角为θ.由几何关系有
eq \f(x1,h1)＝tan53°①
eq \f(x2,h2)＝tanθ②
由折射定律有
sin53°＝nsinθ③
设桅杆到P点的水平距离为x，则
x＝x1＋x2④
联立①②③④式并代入题给数据得
x＝7m⑤
(ⅱ)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时，从水面出射的方向与竖直方向夹角为i′，由折射定律有
sini′＝nsin45°⑥
设船向左行驶的距离为x′，此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1′，到P点的水平距离为x2′，则
x1′＋x2′＝x′＋x⑦
eq \f(x1′,h1)＝tani′⑧
eq \f(x2′,h2)＝tan45°⑨
联立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入题给数据得
x′＝(6eq \r(2)－3) m≈5.5m⑩