2024届高考物理一轮复习课时跟踪检测（四十九）光的折射全反射含答案

课时跟踪检测（四十九）  光的折射  全反射

一、立足主干知识，注重基础性和综合性

1.如图所示，一束单色光从介质1射入介质2，在介质1、2中的波长分别为λ1、λ2，频率分别为f1、f2，则(　 )

A．λ1<λ2  B．λ1>λ2

C．f1<f2  D．f1>f2

解析：选B　根据折射定律可知折射率小的介质光线与法线的夹角大，因此n1<n2，由n＝，可得v1>v2，因为光从一种介质进入另一种介质时频率不变，即f1＝f2，根据v＝λf，可知波长与波速成正比，即λ1>λ2。

2．(2022·浙江6月选考)如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是(　 )

A．气泡表面有折射没有全反射

B．光射入气泡衍射形成“亮斑”

C．气泡表面有折射和全反射

D．光射入气泡干涉形成“亮斑”

解析：选C　当光从水中射到空气泡的界面处时，一部分光的入射角大于或等于临界角，发生了全反射现象；还有一部分光折射到内壁然后再折射出去，所以水中的空气泡看起来比较亮。

3.(2021·北京等级考)如图所示的平面内，光束a经圆心O射入半圆形玻璃砖，出射光为b、c两束单色光。下列说法正确的是(　 )

A．这是光的干涉现象

B．在真空中光束b的波长大于光束c的波长

C．玻璃砖对光束b的折射率大于对光束c的折射率

D．在玻璃砖中光束b的传播速度大于光束c的传播速度

解析：选C　光束a经圆心O射入半圆形玻璃砖，出射光为b、c两束单色光，这是光的色散现象，A错误；由题图可知光束c的折射角大于光束b的折射角，根据折射定律可知nc＜nb，C正确；由于光的折射率越大，其频率越大，波长越短，则光束b在真空中的波长较短，B错误；根据v ＝知，光束c的折射率小，则光束c在玻璃砖中的传播速度大，D错误。

4．(2022·广州高三检测)(多选)如图所示，一束由两种单色光混合的复色光沿PO方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面镜的上表面，得到三束光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。下列有关这三束光的判断正确的是(　 )

A．光束Ⅰ仍为复色光，光束Ⅱ、Ⅲ为单色光

B．光束Ⅱ在玻璃中的传播速度比光束Ⅲ小

C．增大α角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ会远离光束Ⅰ

D．改变α角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ一定与光束Ⅰ平行

解析：选ABD　由题意画出如图所示的光路图，可知光束Ⅰ是反射光线，所以仍是复色光，而光束Ⅱ、Ⅲ由于折射率的不同导致偏折分离，所以光束Ⅱ、Ⅲ是单色光，故A正确；由于光束Ⅱ的偏折程度大于光束Ⅲ，所以玻璃对光束Ⅱ的折射率大于对光束Ⅲ的折射率，根据v＝可知，光束Ⅱ在玻璃中的传播速度比光束Ⅲ小，故B正确；当增大α角且α<90°，即入射角减小时，光束Ⅱ、Ⅲ会靠近光束Ⅰ，故C错误；因为厚玻璃平面镜的上下表面是平行的，根据光的入射角与反射角相等以及光的可逆性，可知改变α角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ一定与光束Ⅰ平行，故D正确

5．一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光，光路如图所示，比较内芯中的a、b两束光，a光的(　 )

A．频率小，发生全反射的临界角小

B．频率大，发生全反射的临界角小

C．频率小，发生全反射的临界角大

D．频率大，发生全反射的临界角大

解析：选C　由光路图可知a光的偏折程度没有b光的大，因此a光的折射率小，频率小，由sin C＝可知折射率越小发生全反射的临界角越大，故C正确。

6．(2022·武汉高三模拟)两束不同频率的单色光a、b从空气射入水中，发生了如图所示的折射现象(α>β)。下列结论中正确的是(　 )

A．光束b的频率比光束a低

B．在水中的传播速度，光束a比光束b小

C．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小

D．若光束从水中射向空气，则光束b的临界角比光束a的临界角大

解析：选C　根据图示和折射定律n＝可知，b光的折射率较大，则b的频率较大，故A错误，C正确；由n＝可知，b光的折射率较大，在同种介质中传播速度较小，即在水中的传播速度，光束a比光束b大，故B错误；由临界角公式sin C＝分析得到，b光的折射率较大，对同种介质的临界角较小，故D错误。

7．(2022·广东高考)一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体上方是空气，其截面如图所示。一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动，它所发出的光束始终指向圆心O点。当光束与竖直方向成45°角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束。已知光在空气中的传播速度为c，求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v。

解析：当光束与竖直方向成45°角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束，说明光恰好发生全反射，其临界角为C＝45°

由sin C＝，解得n＝

该激光在液体中的传播速度v＝＝c。

答案：　c

二、强化迁移能力，突出创新性和应用性

8．光刻机是制造芯片的核心装备，利用光源发出的紫外线，将精细的设计图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机清晰投影最小图像的能力，在透镜组和硅片之间充有液体。紫外线进入液体后与其在真空中相比(　 )

A．波长变短　　　　　　　 B．光子能量增加

C．频率降低  D．传播速度增大

解析：选A　紫外线进入液体后与在真空中相比，频率不变，传播速度减小，根据λ＝，可知波长变短；根据ε＝hf，可知光子能量不变。故A正确。

9．(2022·河北衡水中学高三模拟)汽车氙气大灯(前照灯)通常需要透镜(近似看作半球形玻璃砖)才能达到更好的照明效果，保证行车安全，图甲为该系统工作的原理图。图乙是使用近光灯时透镜调节光线的原理图，图中MN为透镜的竖直直径，透镜的半径为R，一束单色光的入射点P与球心O的距离为l＝R，入射光线与MN的夹角为θ＝37°，已知透镜对该入射光的折射率为n＝1.6，透镜距地面的距离为h＝1.0 m(可认为远大于透镜半径)，求近光灯照射的距离L(sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8，tan 83°＝8.1)。

解析：单色光的折射路径如图所示，由题意可得n＝，解得r＝30°

由正弦定理可得＝

则α＝30°，＝，则β＝53°

由几何关系知γ＝30°

则有L＝h·tan(β＋γ)，解得L＝8.1 m。

答案：8.1 m

10．(2021·山东等级考)超强超短光脉冲产生方法曾获诺贝尔物理学奖，其中用到的一种脉冲激光展宽器截面如图所示。在空气中对称放置四个相同的直角三棱镜，顶角为θ。一细束脉冲激光垂直第一个棱镜左侧面入射，经过前两个棱镜后分为平行的光束，再经过后两个棱镜重新合成为一束，此时不同频率的光前后分开，完成脉冲展宽。已知相邻两棱镜斜面间的距离d＝100.0 mm，脉冲激光中包含两种频率的光，它们在棱镜中的折射率分别为n1＝ 和n2＝。取sin 37°＝，cos  37°＝，＝1.890。

(1)为使两种频率的光都能从左侧第一个棱镜斜面射出，求θ的取值范围；

(2)若θ＝37°，求两种频率的光通过整个展宽器的过程中，在空气中的路程差ΔL(保留3位有效数字)。

解析：(1)设C是全反射的临界角，光线在第一个三棱镜右侧斜面上恰好发生全反射时，根据折射定律得

sin C＝ ①

代入较大的折射率得C＝45° ②

所以顶角θ的范围为0＜θ＜45°(或θ＜45°)。③

(2)脉冲激光从第一个三棱镜右侧斜面射出时发生折射，设折射角分别为α1和α2，

由折射定律得n1＝ ④

n2＝ ⑤

设两束光在前两个三棱镜斜面之间的路程分别为L1和L2，则L1＝⑥

L2＝ ⑦

ΔL＝2(L1－L2) ⑧

联立④⑤⑥⑦⑧式，代入数据得ΔL≈14.4 mm。⑨

答案：(1)0＜θ＜45°(或θ＜45°)　(2)14.4 mm