新高考物理一轮复习小题多维练习第14章光 电磁波第01练　光的折射　全反射（2份打包，原卷版+解析版）

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1．以下说法中正确的是( )
A. 同一束光，在光疏介质中传播速度较小
B. 通过一个狭缝观察日光灯，可看到彩色条纹属于光的色散现象
C. 当红光和蓝光以相同入射角从玻璃射入空气时，若蓝光刚好能发生全反射，则红光也一定能发生全反射
D. 所有光在真空中的速度都相同
【答案】D
【解析】
【分析】该题考查对光的干涉与光的衍射的理解，属于对该知识点的深度考查，其中它们都是光波叠加的结果要正确理解，并掌握光的全反射条件，注意折射率与临界角的关系。
【解答】
A、由，可知，同一束光，在光密介质中的传播速度较小，而在光疏介质中，传播速度较大，故A错误；
B、通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹，属于单缝衍射，故B错误；
C、根据公式和蓝光的折射率大可知，则蓝光的临界角小，蓝光刚好能发生全反射时，红光不会发生全反射，故C错误；
D、所有光在真空中的速度都相同，故D正确。
故选：。
2．一束复色光从空气射入光导纤维后分成、两束单色光，光路如图所示。比较内芯中的、两束光，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
【答案】C
【解析】
【分析】
比较两束光对应的折射角的大小，根据光的折射定律和全反射的条件进行分析。
本题主要是考查了光的折射和全发射；解答此类题目的关键是弄清楚光的传播情况，然后根据光的折射定律和全反射的条件列方程求解。
【解答】
一束复色光从空气射入光导纤维后，两束光的入射角相同，光对应的折射角小，根据折射定律可知，光的折射率小，则光的频率小；根据全反射的条件可知：，所以光对应的临界角大，故C正确，ABD错误。
3．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
【答案】A
【解析】
【分析】
本题主要是考查光的折射以及光子能量，知道光的频率是由光本身决定的，与介质无关，掌握波速、波长和频率的关系。
【解答】
紫外线在传播过程中无论进入何种介质，其频率不变；根据可知，光子能量不变，故BC错误；
该液体对紫外线的折射率为，根据可知紫外线在液体中的传播速度减小；根据可知，不变、减小、则波长变短，故A正确、D错误。
故选：。
4．某种材料制成的半圆形透明砖平放在方格纸上，将激光束垂直于面射入，可以看到光束从圆弧面出射，沿方向缓慢平移该砖，在如图所示位置时，出射光束恰好消失，该材料的折射率为( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】分析：
根据题意作出光路图，结合全反射公式可解得折射率。
本题考查光的折射定律，解题关键在于理解题意，根据几何关系解得临界角。
解：在如图所示位置时，出射光束恰好消失，作出光路图如下：
根据全反射公式可知，
根据几何关系有，
联立解得，
故A正确，BCD错误，
故选A。
5．如图所示，由波长为和的单色光组成的一束复色光，经半反半透镜后分成透射光和反射光。透射光经扩束器后垂直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。是两单色光中央亮条纹的中心位置，和分别是波长为和的光形成的距离点最近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱镜一侧面上，从另一侧面和位置出射，则( )
A. ，是波长为的光出射位置
B. ，是波长为的光出射位置
C. ，是波长为的光出射位置
D. ，是波长为的光出射位置
【答案】D
【解析】
【分析】
由双透干涉的实验结论：和图中实验结果可比较波长；由光的色散实验知，频率越大，穿过三棱镜后偏折越大，结合图中偏折结果可判断。
本题考查了双缝干涉实验和光的色散实验，解题关键是要对教材实验结论的记忆，平时多注意积累。
【解答】
、双透干涉的实验结论：，由图可得 ，故，故AB错误；
、由或知，越大越小为频率，由光的色散实验知，频率越大，穿过三棱镜后偏折越大或频率越大，折射率越大本题中由于 故故偏折角小的对应，偏折大的对应，所以当 时 是射出点，是射出点，故C错误，D正确。
故选：。
6．下列说法不正确的是( )
A. 图为检验工件平整度的装置，利用了薄膜干涉的原理
B. 图为光照射不透明小圆板得到的衍射图样
C. 图海市蜃楼和沙漠蜃景都是光的全反射现象，其中沙漠蜃景产生的原因是由于沙漠上层空气的折射率比下层空气折射率大
D. 图的原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理是一样的
【答案】D
【解析】
【分析】
检验工件平整度的装置，利用了薄膜干涉的原理； 泊松亮斑为光的衍射图样； 沙漠蜃景是光的折射和全反射现象； 立体电影是光的偏振，照相机镜头表面涂上增透膜是光的干涉现象。
考查光的全反射、折射、干涉、衍射以及偏振等，掌握光的各种现象的应用，注意光的干涉色散与折射色散不同是关键。
【解答】
A、薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同，从弯曲的条纹可知，处检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知处凹陷，而处检查平面右边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知处凸起，故A正确；
B、泊松亮斑是光线通过小圆板得到的光的衍射图样，故B正确；
C、海市蜃楼、沙漠蜃景是光的多次折射和全反射而产生的，沙漠蜃景产生的原因是由于沙漠上层空气的折射率比下层空气折射率大，故C正确；
D、立体电影是光的偏振，照相机镜头表面涂上增透膜是光的干涉现象，它们的原理不相同，故D错误；
本题选择错误的， 故选D。
1．如图所示，圆心为、半径为的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为，则( )
A. 玻璃砖的折射率为B. 之间的距离为
C. 光在玻璃砖内的传播速度为D. 光从玻璃到空气的临界角为
【答案】C
【解析】根据题意可知，当光线从点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射，如图甲所示；
当入射角时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行，则光路如图乙所示。
对图甲根据全反射的条件可得：
对图乙根据折射定律可得：
其中
联立解得：，，临界角为：，故ABD错误；
C.光在玻璃砖内的传播速度为：，故C正确。
2．如图，长方体玻璃砖的横截面为矩形，，其折射率为一束单色光在纸面内以的入射角从空气射向边的中点，则该束单色光( )
A. 在边的折射角为B. 在边的入射角为
C. 不能从边射出D. 不能从边射出
【答案】C
【解析】解：光线从点入射，设折射角为，由折射定律有
解得：
即在边的折射角为，故A错误；
B.设边长，则，作出折射后的光路图如图所示：
由几何关系可知光在边的入射角为，故B错误；
C.光从光密到光疏发生全反射的临界角设为，有：，
即，而边的入射角为，且满足光密到光疏，故光在边发生全反射，即不能从边射出，故C正确；
D.根据几何关系可知光在点发生全反射后到达边的点，根据光的折射的可逆性可知，光从边的点折射后的折射角为，故D错误。
故选：。
作出光路图，根据折射定律以及全反射的临界角公式求解折射角与临界角；根据几何关系可知光在点发生全反射后到达边的点，根据光的折射的可逆性可知，光从边的点折射后的折射角为。
解决该题的关键是正确作出光路图，熟记折射定律的表达式以及全反射的临界角的求解公式，能根据几何知识求解相关的角度。
3．明代学者方以智在阳燧倒影中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象．如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光、，下列说法正确的是( )
A. 若增大入射角，则光先消失
B. 在该三棱镜中光波长小于光
C. 光能发生偏振现象，光不能发生
D. 若、光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则光的遏止电压低
【答案】D
【解析】解：、根据折射率定义公式，从空气斜射向玻璃时，入射角相同，光线对应的折射角较大，故光线的折射率较小，即，若增大入射角，在第二折射面上，则两光的入射角减小，依据光从光密介质进入光疏介质，且入射角大于或等于临界角时，才能发生光的全反射，因此它们不会发生光的全反射，故A错误；
B、，则光的频率小于光，光的波长大于光，故B错误；
C、只要是横波，均能发生偏振现象，若光能发生偏振现象，光一定能发生，故C错误；
D、光折射率较小，则频率较小，根据，则光光子能量较小，则光束照射逸出光电子的最大初动能较小，根据，则光的遏止电压低，故D正确。
故选：。
本题关键依据光路图来判定光的折射率大小，然后根据折射率定义公式比较折射率大小，学会判定频率高低的方法，同时掌握光电效应方程，及遏止电压与最大初动能的关系．
4．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”
【答案】C
【解析】解：当光由光密介质射入光疏介质时，如果入射角等于或大于临界角时，就会发生全反射现象，光从水射向空气时，会发生全反射现象。水中的气泡看起来特别明亮，是因为光从水中射入气泡时，一分部光在界面上发生了全反射，折射光消失，入射光几乎全变为反射光的缘故；
故ABD错误，周期；
故选：。
当入射角增大到某一角度，使折射角达到时，折射光线完全消失，只剩下反射光线，这种现象叫做全反射。
本题主要考查了光的折射现象以及光的全反射现象，考查了光的折射的光路图，有一定综合性。
5．如图所示为半圆柱形玻璃砖的截面图，直径的长度为，光屏垂直于放置并接触于点。某单色光束从半圆弧表面上射向半圆玻璃砖的圆心，光线与竖直直径之间的夹角为，最终在光屏上出现两个光斑。已知玻璃砖的折射率为，求结果可以用分式或根式表示：
光屏上两个光斑间的距离；
改变光束的入射方向，使光屏上只剩一个光斑，求此光斑离点的最远距离。
【答案】
解：由题意可得，激光在面上发生折射的入射角，设折射角为，
由可得：，则：；解得；又因为；解得；
故可得光屏上两个光斑间的距离为；
分析可得，当激光在面上恰好发生全反射时，光屏上只剩一个光斑且光斑离点的距离最远，
所以：设激光在面上恰好发生全反射时的临界角为，由折射定律可得：
光斑离点的距离最远：
由数学知识可得：
代入数据可得：。

【解析】本题是几何光学问题，作出光路图是关键，要掌握全反射的条件和光的折射定律、反射定律，灵活运用几何知识求解相关距离。
由题意可得，激光在面上发生折射的入射角，根据几何关系和折射定律求出光屏上两个光斑间的距离；
当激光在面上恰好发生全反射时，光屏上只剩一个光斑且光斑离点的距离最远，由折射定律和数学知识求出此光斑离点的最远距离。
6．如图，边长为的正方形为一棱镜的横截面，为边的中点。在截面所在平面内，一光线自点射入棱镜，入射角为，经折射后在边的点恰好发生全反射，反射光线从边的点射出棱镜。求棱镜的折射率以及、两点之间的距离。
【答案】
解：设该棱镜的临界角为，折射率为，由临界角和折射率的关系可知：
设光线从点射入棱镜后折射角为，由几何关系可得：
由折射定律可知：
联立可得：
解得：，
即棱镜的折射率为
将上述几何关系表示在下图：
由数学知识可求得：
且由几何关系可得：
是的中点，所以，且
联立解得：
即、两点之间的距离为
答：棱镜的折射率为，、两点之间的距离为。
【解析】根据题目条件，分别用折射定律和全反射的定义写出折射率的表达式，再利用几何关系联立求解即可得出折射率的大小；再根据几何关系求出、两点之间的距离即可。
本题考查光的折射定律、全反射等相关知识和计算问题，突破点在于灵活运用折射率的不同表达形式，并联合几何知识快速求解。

1．完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮。年月，在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球。如图所示，若气泡与水球同心，在过球心的平面内，用单色平行光照射这一水球。下列说法正确的是( )
A. 此单色光从空气进入水球，频率一定变大
B. 此单色光从空气进入水球，频率一定变小
C. 若光线在处发生全反射，光线在处一定发生全反射
D. 若光线在处发生全反射，光线在处一定发生全反射
【答案】C
【解析】
【分析】
光的频率是由光源决定的，光由一种介质进入另一种介质频率不变；根据折射定律、几何关系及全反射的条件分析判断。
本题考查光学问题，几何光学关键是根据题意画出光路图，根据折射定律、几何关系等分析。
【解答】
光的频率是由光源决定的，与介质无关，频率不变，AB错误；
如图可看出光线入射到水球的入射角小于光线入射到水球的入射角，则光线在水球外表面折射后的折射角小于光线在水球外表面折射后的折射角，设水球半径为、气泡半径为、光线在水球外表面的折射角为、光线进入气泡的入射角为，根据几何关系有
则可得出光线的大于光线的，故若光线在处发生全反射，光线在处一定发生全反射，C正确、D错误。
故选C。
2．如图所示，用激光笔照射半圆形玻璃砖圆心点，发现有、、、四条细光束，其中是光经折射和反射形成的。当入射光束绕点逆时针方向转过小角度时，、、也会随之转动，则( )
A. 光束顺时针旋转角度小于
B. 光束逆时针旋转角度小于
C. 光束顺时针旋转角度大于
D. 光速、之间的夹角减小了
【答案】B
【解析】解：设入射光线的入射角为，则反射角为，光束的折射角为，光束的反射角也为入射光束绕点逆时针方向转过小角度时，入射角变为
由反射定律可知反射角等于入射角，则光束顺时针旋转角度等于，故A错误；
B.由折射定律有
可得
即光束逆时针旋转角度小于，故B正确；
C.光束的反射角变化与光束的折射角变化相等，则光束顺时针旋转角度小于，故C错误；
D.光束顺时针旋转角度等于，光束逆时针旋转角度小于，则光速、之间的夹角减小的角度小于，故D错误；
故选：。
由反射定律可知反射角等于入射角，由折射定律可得光束逆时针旋转角度小于，光束的反射角变化与光束的折射角变化相等。
本题考查光的折射与反射，解题关键掌握光的反射定律与折射定律，根据入射角的变化推出反射角和折射角的变化。
3．双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源到、的距离相等，点为、连线中垂线与光屏的交点。光源发出的波长为的光，经出射后垂直穿过玻璃片传播到点，经出射后直接传播到点，由到点与由到点，光传播的时间差为。玻璃片厚度为，玻璃对该波长光的折射率为，空气中光速为，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是( )
A. B. C. D.
【答案】A
【解析】由于玻璃对该波长光的折射率为，则光在该玻璃中传播速度为：
光从到和到的时间相等，设光从到点的时间为，从到点的时间为，点到的距离为，则有：
光传播的时间差为：，故A正确，BCD错误。
4．用激光笔照射透明塑料制成的光盘边缘时观察到的现象如图所示。入射点和两出射点、恰好位于光盘边缘等间隔的三点处，空气中的四条细光束分别为入射光束、反射光束、出射光束和。已知光束和间的夹角为，则( )
A. 光盘材料的折射率
B. 光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二
C. 光束、和的强度之和等于光束的强度
D. 光束的强度小于点处折射光束的强度
【答案】D
【解析】解：、依题意的光路图如右图所示，
由题意可知：，可得在点处的折射角：，
由题意可知：，由反射定律得：，解得：，
由折射定律得：，
光在光盘内的速度：
光盘材料的折射率，光在光盘内的速度为真空中光速的，故AB错误；
C、由能量守恒定律可知：若忽略光在传播过程的能量衰减，则光束的强度应等于光束、、和的强度之和，若考虑光在传播过程的能量衰减，则光束的强度应大于光束、、和的强度之和，总之光束的强度一定大于光束、和的强度之和，故C错误；
D、在点处光束为入射光束，而光束和光束分别为折射和反射光束，由能量守恒定律可知：在点处光束的强度等于光束和光束的强度之和，因此无论是否考虑传播过程能量衰减，光束的强度一定小于点处折射光束的强度，故D正确。
故选：。
依题意画出光路图，由几何关系求得在点的入射角和折射角的值，由折射定律求得材料的折射率；由介质中光速与真空中光速的关系式求得光在光盘内的速度为真空中光速的倍数关系；由能量守恒定律分析各光速强度之间的关系，依据无能量损失时，入射光的强度等于反射光和折射光的强度之和进行解析。
本题考查了几何光学中折射定律的应用，以及在光传播过程中能量守恒的相关问题，较简单属基础题目。需理解在无能量损失的情况下，入射光的强度等于反射光和折射光的强度之和。
5．如图所示，水族馆训练员在训练海豚时，将一发光小球高举在水面上方的位置，海豚的眼睛在位置，位置和位置的水平距离为，位置离水面的高度为。训练员将小球向左水平抛出，入水点在位置的正上方，入水前瞬间速度方向与水面夹角为。小球在位置发出的一束光线经水面折射后到达位置，折射光线与水平方向的夹角也为。已知水的折射率，求：
的值；
位置到水面的距离。
【答案】
解：由平抛运动的规律可知
水平方向：
竖直方向：

解得

因可知，从点射到水面的光线的入射角为，折射角为，则由折射定律可知

解得

由几何关系可知

解得

答：的值为；
位置到水面的距离为。
【解析】根据平抛运动规律解答；
根据折射定律结合几何关系解得。
本题考查光的折射，解题关键掌握折射定律与平抛运动的综合运用，注意几何关系的寻找。
6．如图所示，一段圆柱形光导纤维长，圆形截面内芯直径，内芯的折射率，外套的折射率，光从光导纤维的左端中心以入射角射入，经多次全反射后，从右端面射出．已知光在真空中的传播速度为，求：
光线从空气进入光导纤维的折射角；
光从左端传播到右端所需的时间；
光在光导纤维中发生全反射的次数。
【答案】
解：由折射定律有
代入数据得
光在内芯的传播速度
光在内芯中传播的距离
光从左端传播到右端所需的时间
解得
由几何关系有
代入数据得
取次
【解析】由光的折射定律得到光线从空气进入光导纤维的折射角；
由几何关系，结合以及得到光在光导纤维中传播所需的时间；
由几何关系得到光在光导纤维中发生全反射的次数。
本题主要考查光的折射和全反射的综合应用，把握几何关系以及全反射的概念是解题的关键。
知识目标
知识点
目标一
折射定律 折射率
目标二
全反射
目标三
光的折射和全反射的综合应用