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1、 課后限時集訓40
光的折射 全反射
建議用時:45分鐘
1.(多選)一束單色光從真空斜射向某種介質(zhì)的表面,光路如圖所示。下列說法中正確的是( )
A.此介質(zhì)的折射率等于1.5
B.此介質(zhì)的折射率等于
C.當光線從介質(zhì)射向真空中時,入射角大于45°時可發(fā)生全反射現(xiàn)象
D.當光線從介質(zhì)射向真空中時,入射角小于30°時可能發(fā)生全反射現(xiàn)象
E.光進入介質(zhì)后波長變短
BCE [由題圖及折射率定義得,n==,選項A錯,B對;當光線從介質(zhì)射向真空中時,發(fā)生全反射的臨界角C滿足sin C=,解得C=45°,即入射角大于等于45°時可發(fā)生全反射現(xiàn)象,選項C對,D錯;光進入介質(zhì)后光速
2、變小,而頻率不變,由λ=知,選項E對。]
2.(多選)水下一點光源,發(fā)出a、b兩單色光。人在水面上方向下看,水面中心Ⅰ區(qū)域有a光、b光射出,Ⅱ區(qū)域只有a光射出,如圖所示。下列判斷正確的是( )
A.a(chǎn)、b光從Ⅰ區(qū)域某點傾斜射出時,a光的折射角小
B.在真空中,a光的波長大于b光的波長
C.水對a光的折射率大于對b光的折射率
D.水下b光不能射到圖中Ⅱ區(qū)域
E.水下a、b光能射到圖中Ⅱ區(qū)域以外區(qū)域
ABE [根據(jù)題述可知.b光發(fā)生全反射的臨界角較小,由sin C=可知,水對b光的折射率較大,對a光的折射率較小,a、b光從Ⅰ區(qū)域某點傾斜射出時,a光的折射角小,A正確,C錯誤;由
3、折射率隨光的頻率的增大而增大可知,a光的頻率較小,波長較長,B正確;水下b光能射到題圖中Ⅱ區(qū)域,由于水下b光在題圖中Ⅱ區(qū)域發(fā)生了全反射,Ⅱ區(qū)域只有a光射出,D錯誤;水下a、b光能射到題圖中Ⅱ區(qū)域以外區(qū)域,由于發(fā)生了全反射,不能射出水面,E正確。]
3.(多選)如圖所示,一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚,在玻璃磚底面上的入射角為θ,經(jīng)折射后射出a、b兩束光線。則( )
A.在玻璃中,a光的傳播速度小于b光的傳播速度
B.在真空中,a光的波長小于b光的波長
C.在真空中,a光的波長大于b光的波長
D.玻璃磚對a光的折射率小于對b光的折射率
E.若改變光束的入射方向使θ角逐漸
4、變大,則折射光線a首先消失
ABE [通過題圖可看出,折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度,玻璃磚對a光的折射率大于b光的折射率,選項D錯誤;a光的頻率大于b光的頻率,波長小于b光的波長,選項B正確,C錯誤;由n=知,在玻璃中,a光的傳播速度小于b光的傳播速度,選項A正確;入射角增大時,折射率大的光線首先發(fā)生全反射,a光首先消失,選項E正確。]
4.(多選)如圖所示,空氣中有兩塊材質(zhì)不同、上下表面平行的透明玻璃板平行放置;一束由紅、藍兩種色光混合而成的細光束,從空氣中以某一角度θ(0<θ<90°)入射到第一塊玻璃板的上表面。下列說法正確的是( )
A.在第一塊玻璃板下表面一定有出
5、射光
B.在第二塊玻璃板下表面一定沒有出射光
C.第二塊玻璃板下表面的出射光方向一定與入射光方向平行
D.第二塊玻璃板下表面的出射光一定在入射光延長線的左側(cè)
E.第一塊玻璃板下表面的兩條出射光線中藍光一定在紅光的右側(cè)
ACD [光線從第一塊玻璃板的上表面射入,在第一塊玻璃板上表面的折射角和下表面的入射角相等,根據(jù)光路可逆性知,光在第一塊玻璃板下表面一定有出射光,同理,在第二個玻璃板下表面也一定有出射光,A正確,B錯誤;因為光在玻璃板上表面的折射角和下表面的入射角相等,根據(jù)光路可逆性知,下表面的出射光的折射角和上表面的入射光的入射角相等,即兩光線平行,所以第二塊玻璃板下表面的出射光方向
6、一定與入射光方向平行,C正確;光線在玻璃板中發(fā)生偏折,由于折射角小于入射角,可知第二塊玻璃板下表面的出射光一定在入射光延長線的左側(cè),D正確;藍光的頻率大于紅光的頻率,所以玻璃板對藍光的折射率大于對紅光的折射率,故藍光的偏折程度大,出射光線中藍光在紅光的左側(cè),E錯誤。]
5.(多選)(2019·武漢模擬)如圖所示,有一束平行于等邊三棱鏡截面ABM的單色光從空氣射向E點,并偏折到F點。已知入射方向與邊AB的夾角為θ=30°,E、F分別為邊AB、BM的中點,則( )
A.該三棱鏡對該單色光的折射率為
B.光在F點發(fā)生全反射
C.光從空氣進入棱鏡,波長變短
D.從F點出射的光束與入射到
7、E點的光束可能平行
E.從F點出射的光束與入射到E點的光束偏向角為60°
ACE [在E點作出法線可知入射角為i=60°,折射角為r=30°,由折射定律可知折射率n==,A正確;由sin C=可知全反射的臨界角大于30°,由光路可知,在邊BM上的入射角等于30°,小于全反射的臨界角,故不會發(fā)生全反射,B錯誤;根據(jù)公式n===,得λ介=,可知光從空氣進入棱鏡,波長變短,C正確;三棱鏡兩次折射使得光線都向AM邊偏折,不會與入射到E點的光束平行,D錯誤;從F點出射的光束與入射到E點的光束偏向角為2(i-r)=60°,E正確。]
6.(2018·江蘇常州期末)在安靜的夜晚釣魚是一種樂趣。如圖所示
8、,平靜湖面岸邊的垂釣者,眼睛恰好位于岸邊水面正上方h1=0.9 m的高度處,浮標Q離岸邊P點s1=1.2 m遠,當魚餌燈M與浮標的水平距離s2=1.8 m時,垂釣者恰好觀察到Q擋住了M的像,已知水的折射率n=。求:
(1)魚餌燈離水面的深度h2;
(2)如果魚餌被魚拖著下沉,則被魚餌燈照亮的水面范圍將變大還是變?。?
[解析] (1)作出折射光路圖如圖所示:
由折射定律得n==
解得:h2=2.4 m。
(2)當魚餌燈發(fā)出的光恰好射出時,魚餌燈與P點的連線和豎直方向夾角為臨界角C,
則sin C=
可知全反射的臨界角一定,而tan C=
可知h變大時,s變大;故魚餌燈照
9、亮的水面范圍將變大。
[答案] (1)2.4 m (2)變大
7.(2019·泰安二模)如圖為用一個折射率為n=的透明介質(zhì)做成的四棱柱的橫截面圖,其中∠A=∠C=90°,∠B=60°?,F(xiàn)有一條光線從圖示的位置垂直入射到棱鏡的AB面上,請回答下列問題:
(1)畫出完整的光路圖,確定射出的光線。(標注好角的度數(shù))
(2)為實現(xiàn)上述光路,該透明介質(zhì)的折射率取值應該在什么范圍?
[解析] (1)光路圖如圖所示。
(2)為滿足和原光路圖相一致,即必須滿足在CD邊能發(fā)生折射,AB邊發(fā)生全反射
即臨界角30°
10、2)≤n<2
8.(2019·湖北八校二模)如圖所示,若實心玻璃柱長L=40 cm,寬d=4 cm,玻璃的折射率n=,一細光束從玻璃柱的左端的正中心射入,則光最多可以在玻璃柱中反射______次;光在玻璃柱中傳播的最長時間為________(保留兩位有效數(shù)字,已知光在真空中傳播速度c=3.0×108 m/s)。
[解析] 光束進入玻璃柱,在玻璃柱壁恰好發(fā)生全反射時,在玻璃柱中反射的次數(shù)最多,所用的時間最長。
臨界角C滿足sin C=,解得C=60°,
光路如圖所示,
設(shè)在玻璃柱壁上兩次反射之間沿軸線前進的距離為x,則x=dtan C=6.93 cm,光束從進入到第一次反射
11、沿軸線前進=3.47 cm,
所以N-1===5.27,
光最多可以在玻璃柱中反射N=6次;
光在玻璃柱中傳播的最長距離s== m=0.46 m,
光在玻璃柱中傳播的最長時間t== s=1.8×10-9 s。
[答案] 6 1.8×10-9 s
9.(2019·信陽市模擬)如圖所示,半徑為R、球心為O的玻璃半球置于半徑為R的上端開口的薄圓筒上,一束單色光a沿豎直方向從B點射入半球表面,OB與豎直方向夾角為60°,經(jīng)兩次折射后,出射光線與BO連線平行,求:
(1)玻璃的折射率;
(2)光射在圓筒側(cè)面C點到半球下表面的距離CD。
[解析] (1)作出光經(jīng)過玻璃半球的光路示意圖
12、如圖所示。
根據(jù)折射定律可知
n==
根據(jù)幾何關(guān)系可知β=60°
則有α=θ=30°,所以n=。
(2)根據(jù)以上幾何關(guān)系可知2cos 30°=R,tan 60°=,解得=R。
[答案] (1) (2)R
10.(2019·鄭州二模)如圖所示,ABCD是某種透明材料的截面,AB面為平面,CD面是半徑為R的圓弧面,O1O2為對稱軸,一束單色光從O1點斜射到AB面上折射后照射到圓弧面上E點,剛好發(fā)生全反射。已知單色光在AB面上入射角α的正弦值為,DO2⊥CO2,透明材料對單色光的折射率為,光在真空中傳播速度為c,求:
(1)O1O2與O2E的夾角θ的大??;
(2)光在透明材料中傳播的時間(不考慮光在BC面的反射)。(結(jié)果可以用根號表示)
[解析] 本題通過直線和曲線界面的組合考查光的折射和反射問題。
(1)由折射定律有n=,
可得r=30°,
光在圓弧面上E點剛好發(fā)生全反射,因此
有sin C==,
臨界角C=60°,
由幾何關(guān)系可知r+θ=C,
θ=30°。
(2)由幾何關(guān)系知O1E=R,光在E點的反射光線EF平行于AB,則EF=Rsin 45°-Rsin 30°,
EF=,
光在材料中傳播的速度為v==c,
因此材料中傳播時間為t=,
t=。
[答案] (1)30° (2)
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