高三物理总复习 课时跟踪检测（四十九） 光的折射 全反射

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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．(2021年8省联考·辽宁卷)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<f 2         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.(2021年8省联考·江苏卷)如图所示，一束激光照射在横截面为正方形的透明玻璃柱上，光线与横截面平行，则透过玻璃柱的光线可能是图中的(　 )A．①  B．②C．③  D．④解析：选C　根据折射定律有n＝，n>1，解得i1>r1，所以折射光线向右偏折；根据折射定律有n＝，r1＝r2，解得i1＝i2，所以出射光线与入射光线平行，C正确。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ⅠD．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．(2021·辽宁高考)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.(2021·河北高考)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：(1)半圆柱体对该单色光的折射率；(2)两个半圆柱体之间的距离d。解析：(1)光从半圆柱体A射入，满足光从光密介质到光疏介质，当θ＝60°时发生全反射，有sin θ＝解得n＝。(2)当入射角θ＝30°，经两次折射沿半圆柱体B的半径射出，设折射角为r，光路如图所示由折射定律有n＝由几何关系有tan r＝联立解得d＝。答案：(1)　(2)二、强化迁移能力，突出创新性和应用性8．(2021·天津等级考)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.如图，一小孩在河水清澈的河面上以1 m/s的速度游泳，t＝0时刻他看到自己正下方的河底有一小石块，t＝3 s时他恰好看不到小石块了，河水的折射率n＝，下列说法正确的是(　 )A．3 s后，小孩会再次看到河底的石块B．前3 s内，小孩看到的石块越来越明亮C．这条河的深度为  mD．t＝0时小孩看到的石块深度为 m解析：选C　t＝3 s时他恰好看不到小石块了，说明在此位置从小石块射到水面的光发生了全反射，则3 s后的位置从小石块射到水面的光仍发生全反射，A错误；前3 s内，从小石块上射向水面的光折射光线逐渐减弱，反射光逐渐增强，可知小孩看到的石块越来越暗，B错误；由于sin C＝＝，则tan C＝，可知水深h＝＝ m＝ m，C正确；t＝0时小孩看到的石块深度为h′＝＝ m，D错误。10.导光管采光系统是一套采集天然光，并经管道传输到室内的采光系统，如图为过装置中心轴线的截面。上面部分是收集阳光的半径为R的某种均匀透明材料的半球形采光球，O为球心，下面部分是内侧涂有反光涂层的导光管，MN为两部分的分界面，M、N为球面两点。若一束平行MN且与MN相距h＝R的细光束从空气入射到采光球表面时，经折射绿光恰好照射到N点。则(　 )A．绿光在采光球中的传播速度为cB．红光一定能从N点上方射出C．紫光有可能直接折射经过O点D．要使光束在导光管中发生全反射，涂层折射率应小于管壁折射率解析：选B　如图所示，根据几何关系sin α＝＝，α＝2θ，折射率n＝＝，绿光在采光球中的传播速度为v＝＝c，故A错误；红光折射率小，折射角大，则红光一定能从N点上方射出，故B正确；紫光不可能直接折射经过O点，如果直接经过O点，折射角为0°，故C错误；光由光密介质到光疏介质可能发生全反射，则涂层折射率应大于管壁折射率，故D错误。  11．(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 m12．(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＝ ④n2＝ 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＝⑥L2＝ ⑦ΔL＝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