高考物理一轮复习 专题52 光的折射 全反射 光导纤维（练）（含解析）1

专题52 光的折射 全反射 光导纤维（练）1如图，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为，经折射后射出a、b两束光线。则：（）A在玻璃中，光的传播速度大于b光的传播速度B在真空中，光的波长大于b光的波长C玻璃砖对光的折射率小于b光的折射率D若改变光束的入射方向使角逐渐变大，则折射光线首先消失【答案】D【解析】【名师点睛】本题综合考查了光的折射、全反射和干涉，关键是记住几个公式：折射率定义公式、光速公式。2（多选）如图所示，空气中有横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为r，外圆半径为R，。现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出，设透明柱体的折射率为n，光在透明柱体内传播的时间为t，若真空中的光速为c，则：（）An可能为 Bn可能为2 Ct可能为 Dt可能为【答案】AB【解析】【名师点睛】由题意利用几何关系作出光路图可知第一次的入射角，即可判断临界角的大小，并能判断出折射率的大小范围；由光路图即可得出运行时间。3自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车尾灯的构造如图所示。下面说法正确的是：（）A汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射B汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射C汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射D汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射【答案】C【解析】汽车灯光应从右面射向自行车尾灯，光在尾灯内部左表面发生全反射，使自行车后面的汽车司机发现前面有自行车，避免事故的发生；故选C。【名师点睛】本题考查了全反射在生活中的应用，知道全反射的条件，分析清楚图示情景即可正确解题，本题难度不大，是一道基础题。4如图甲所示是由透明材料制成的半圆柱体，一束细光束由真空沿着径向与 AB成角射入后对射出的折射光线的强度进行记录，发现它随着角的变化而变化，变化关系如图乙所示；如图丙所示是这种材料制成的玻璃砖，左侧是半径为 R的半圆，右侧是长为4R，宽为2R的长方形，一束单色光从左侧A点沿半径方向与长边成45角射入玻璃砖，求：该透明材料的折射率；光线在玻璃砖中运动的总时间.（光在空气中的传播速度为c)【答案】【解析】因为临界角是45，光线在玻璃砖中刚好发生5次全反射，光路图如图所示，则光程为：光在器具中的传播速度为：光在玻璃砖中的传播时间：【名师点睛】解决本题关键要理解全反射现象及其产生的条件，并掌握临界角公式，同时注意光在器具中的传播速度与光在真空中传播速度的不同。5如图所示，某种透明材料做成的三棱镜，其横截面是边长为a的等边三角形，现用一束宽度为a的单色平行光束，以垂直于BC面的方向正好入射到该三棱镜的AB及AC面上，结果所有从AB、AC面入射的光线进入后恰好全部直接到达BC面。求：ABC该材料对此平行光束的折射率；这些直接到达BC面的光线从BC面折射而出后，如果照射到一块平行于BC面的屏上形成光斑，则当屏到BC面的距离d满足什么条件时，此光斑分为两条？【答案】；d超过时，光斑分为两条【解析】如图O为BC中点，紧靠B点从BC面射出的光线与直线AO交于D，由图可知：当光屏放在D点右侧时，根据对称性，光屏上形成两条光斑由几何关系有：解得：所以当光屏到BC距离d超过时，光斑分为两条【名师点睛】本题是几何光学问题，作出光路图是解题的关键之处，再运用几何知识求出入射角和折射角，即能解决此类问题。1光线从真空中入射到一块平行透明板上，入射角为40，则反射光线和折射光线的夹角可能是：（）A小于40 B在100到140之间C大于40 D在40到100之间【答案】B【解析】【名师点睛】解决本题的关键知道光从光疏介质进入光密介质，折射角小于入射角，以及知道反射镜与入射角相等。2如图所示，一束白光通过玻璃棱镜发生色散现象，下列说法正确的是：（）A红光的偏折最大，紫光的偏折最小B红光的偏折最小，紫光的偏折最大C玻璃对红光的折射率比紫光大D玻璃中紫光的传播速度比红光大【答案】B【解析】白色光经过三棱镜后产生色散现象，在光屏由上至下依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫由于紫光的折射率最大，所以偏折最大；红光的折射率最小，则偏折程度最小故A错误，B正确根据折射定律得知，玻璃对红光的折射率比紫光小故C错误由分析可知，折射率大的在玻璃中传播速度小，则紫光的传播速度比红光小故D错误故选B【名师点睛】从中发现，可见光是复色光，同时得出在同一介质中，紫光的折射率最大，红光的折射率最小，红光的速度最大，紫光的速度最小。3某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n。如图甲所示，O是圆心，MN是法线，AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径。该同学测得多组入射角i和折射角r，做出sin i-sin r图像如图乙所示。则：（）A光由A经O到B，n=15B光由B经O到A，n=15C光由A经O到B，n=067D光由B经O到A，n=067【答案】B【解析】【名师点睛】此题是几何光学问题，但是是用函数图像表示的折射角和入射角正弦的关系，起码要知道的是介质的折射率都是大于1的，折射率等于“大角”的正弦与“小角”的正弦比值，而在空气中的“角”比较大4半径为R的固定半圆形玻璃砖的横截面如图所示，O点为圆心，OO与直径AB垂直。足够大的光屏CD紧靠在玻璃砖的左侧且与AB垂直，一光束沿半径方向与OO成射向O点，光屏CD区域出现两个光斑，已知玻璃的折射率为。求：(i)当变为多大时，两光斑恰好变为一个；(ii)当光束沿半径方向与OO成=30射向O点时，光屏CD区域两个光斑的距离。【答案】（1）45（2）（+1）R【解析】（1）光屏上的两个光斑恰好变为一个时，光线恰好在AB面恰好发生发全反射则有：；解得：=45则两光斑间的距离为：PQ=AP+AQ=（+1）R【名师点睛】对于几何光学问题，关键要正确作出光路图，运用折射定律和几何知识结合进行处理；题目中两光斑是由于光的反射和折射分别形成的，光屏上两个光斑恰好变为一个时，光线恰好在AB面恰好发生发全反射根据临界角公式求解。5李明为了测出玻璃的折射率，他在平整的白纸上放一半径为R的半圆形玻璃砖，让一束白光乙30的入射角自圆心O射入玻璃砖，圆弧上分别有红光和紫光射出，在白纸上标记截面MN、圆心O、两光束的出射点A和B，移走玻璃砖，测得A、B两点到法线的距离分别为，由此可得紫光在玻璃中的折射率为_；光在真空中的传播速度为c，红光在该玻璃砖中传播时间为_【答案】、【解析】【名师点睛】解决光学问题的关键要掌握全反射的条件、折射定律、临界角公式、光速公式，运用几何知识结合解决这类问题1【2016四川卷】某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n。如图甲所示，O是圆心，MN是法线，AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径。该同学测得多组入射角i和折射角r，做出sin i-sin r图像如图乙所示。则：（）A光由A经O到B，n=1.5B光由B经O到A，n=1.5C光由A经O到B，n=0.67D光由B经O到A，n=0.67【答案】B【名师点睛】此题是几何光学问题，但是是用函数图像表示的折射角和入射角正弦的关系，起码要知道的是介质的折射率都是大于1的，折射率等于“大角”的正弦与“小角”的正弦比值，而在空气中的“角”比较大.2【2016全国新课标卷】（10分）如图，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为3.0 m。从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为。（i）求池内的水深；（ii）一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到地面的高度为2.0 m。当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45。求救生员的眼睛到池边的水平距离（结果保留1位有效数字）。【答案】（i）m2.6 m（ii）0.7 m【解析】（i）如图，设到达池边的光线的入射角为i。依题意，水的折射率n=，光线的折射角=90。由折射定律有nsin i=sin 由几何关系有sin i=式中，l=3 m，h是池内水的深度。联立式并代入题给数据得h=m2.6 m【名师点睛】本题主要考查了光的折射定律的应用；解题关键是根据题意画出完整的光路图，然后根据光的折射定律结合几何关系列出方程求解；此题意在考查考生应用数学处理物理问题的能力。3【2015四川3】直线P1P2过均匀玻璃球球心O，细光束a、b平行且关于P1P2对称，由空气射入玻璃球的光路如图。a、b光相比：（）A玻璃对a光的折射率较大 B玻璃对a光的临界角较小Cb光在玻璃中的传播速度较小Db光在玻璃中的传播时间较短【答案】C【解析】由于a、b光平行且关于过球心O的直线P1P2对称，因此它们的入射角i相等，根据图中几何关系可知，b光在玻璃球中的光路偏离进入球之前方向较多，即b光的折射角较小，根据折射定律有：n，所以玻璃对b光的折射率较大，故选项A错误；根据临界角公式有：sinC，所以玻璃对a光的临界角较大，故选项B错误；根据折射率的定义式有：n，所以b光在玻璃中的传播速度v较小，故选项C正确；根据图中几何关系可知，a、b光进入玻璃球后，b光的光程d较大，根据匀速直线运动规律有：t，所以b光在玻璃中的传播时间较长，故选项D错误。【名师点睛】正确求解本题的前提与关键是：首先要知道球面界面中，法线一定过球心，其次通过作出光路图，从图中正确找出对应的入射角与折射角，再次熟记相应的物理规律和概念。【方法技巧】熟记折射率定义式n，折射定律n、临界角公式sinC（前提是光由介质进入真空或空气中）、波长与波速和频率（周期）间关系v（c）f或vT【规律总结】在光的折射中，光线便折程度越大，介质对其折射率越大、临界角越小、在介质中的传播速率越小、波长越短，值得注意的是，光（波）在进入介质前后频率不变。4【2015重庆11（1）】1虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球来说明.两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带，光路如题11图1所示.M 、N、P、Q点的颜色分别为：（）A紫、红、红、紫 B红、紫、红、紫 C红、紫、紫、红 D紫、红、紫、红【答案】A【解析】白光中的可见光部分从红到紫排列，对同一介质的折射率，由折射定律知紫光的折射角较小，由光路可知，紫光将到达M点和Q点，而红光到达N点和P点，故选A。【名师点睛】识记电磁波谱中的各种光具有三大（波长、同一介质中的波速、临界角）三小（频率、能量、折射率），几何光学部分的规律。5【2014福建13】如图，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路图的是：（）【答案】A【方法技巧】几何光学问题重点是画出光路图，全反射问题重点在发射全反射的条件，光密进入光梳，入射角大于或等于临界角。