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1、(新課改省份專用)2022年高考物理一輪復(fù)習(xí) 課時(shí)跟蹤檢測(cè)(四十三)光的折射 全反射(含解析)
[A級(jí)——基礎(chǔ)小題練熟練快]
1.(多選)關(guān)于光的現(xiàn)象,下列說法正確的是( )
A.如果某單色光線從空氣射入普通玻璃,光線傳播速度一定減小
B.發(fā)生全反射時(shí),反射光的能量幾乎等于入射光的能量
C.光導(dǎo)纖維傳輸信號(hào)和全息照相利用的都是光的全反射現(xiàn)象
D.刮胡須的刀片的影子邊緣模糊不清是光的干涉現(xiàn)象
解析:選AB 根據(jù)v=,光從空氣射入普通玻璃中,折射率n>1,則傳播速度減小,選項(xiàng)A正確;發(fā)生全反射時(shí),折射光線完全消失,反射光的能量幾乎等于入射光的能量,選項(xiàng)B正確;全息照相利用了
2、激光相干性好的特性,運(yùn)用光的干涉現(xiàn)象,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;刮胡須的刀片的影子邊緣模糊不清是光的衍射現(xiàn)象,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
2.(多選)彩虹是由陽光進(jìn)入水滴,先折射一次,然后在水滴的背面反射,最后離開水滴時(shí)再折射一次形成。彩虹形成的示意圖如圖所示,一束白光L由左側(cè)射入水滴,a、b是白光射入水滴后經(jīng)過一次反射和兩次折射后的兩條出射光線(a、b是單色光)。下列關(guān)于a光與b光的說法正確的是( )
A.水滴對(duì)a光的折射率大于對(duì)b光的折射率
B.a(chǎn)光在水滴中的傳播速度小于b光在水滴中的傳播速度
C.用同一臺(tái)雙縫干涉儀做光的雙縫干涉實(shí)驗(yàn),a光相鄰的亮條紋間距大于b光的相鄰亮條紋間距
D.a(chǎn)、b光在水滴中傳播
3、的波長都比各自在真空中傳播的波長要長
解析:選AB 進(jìn)入水滴時(shí),由折射定律n=知,a光在水滴中的折射角小,折射率大,選項(xiàng)A正確;由v=,a光在水滴中的傳播速度小,選項(xiàng)B正確;a光在水滴中的折射率大,頻率大,波長小,由Δx=λ,a光的相鄰亮條紋間距小于b光的相鄰亮條紋間距,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;在真空和在水滴中,分別有c=λ0f和v=λf,則=,故a、b光在水滴中傳播的波長都比各自在真空中傳播的波長要短,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。
3.(2018·珠海模擬)Morpho蝴蝶的翅膀在陽光的照射下呈現(xiàn)出閃亮耀眼的藍(lán)色光芒,這是因?yàn)楣庹丈涞匠岚虻镊[片上發(fā)生了干涉。電子顯微鏡下鱗片結(jié)構(gòu)的示意圖如圖所示。一束光以入射角i從a
4、點(diǎn)入射,經(jīng)過折射和反射后從b點(diǎn)出射。設(shè)鱗片的折射率為n,厚度為d,兩片之間空氣層厚度為h。取光在空氣中的速度為c,求光從a到b所需的時(shí)間t。
解析:設(shè)光在鱗片中的折射角為γ,由折射定律得
sin i=nsin γ
在鱗片中傳播的路程l1=,傳播速度v=,傳播時(shí)間t1=
解得t1=
同理,在空氣中的傳播時(shí)間t2=
則t=t1+t2=+。
答案:+
4.(2019·濟(jì)南調(diào)研)有一透明柱體的截面是一個(gè)底角為30°的等腰三角形,D為AB中點(diǎn)。MN位于透明體正上方,是一個(gè)與AB平行且足夠長的屏。現(xiàn)用一束寬為d的單色光,從D點(diǎn)左側(cè)垂直于AB邊向上照射透明體,如圖所示,結(jié)果MN上
5、橫向?qū)挒榈牟糠直徽樟痢?
(1)畫出光路圖;
(2)求透明體的折射率。
解析:(1)光路如圖所示。
(2)由折射定律,透明體的折射率為n=
由幾何關(guān)系θ=30°
dtan 30°tan β=
解得β=30°,由幾何關(guān)系α=60°
所以透明體的折射率為n=。
答案:(1)光路圖見解析圖 (2)
[B級(jí)——保分題目練通抓牢]
5.如圖所示,將一個(gè)折射率為n=的正方體玻璃磚放在空氣中,正方形ABCD是它的一個(gè)截面,邊長l=60 cm。一單色細(xì)光束以入射角θ=60°投射到AB面上的E點(diǎn),E點(diǎn)到BC的距離d=5 cm,細(xì)光束在BC面上發(fā)生全反射,最后從CD面上射出,求:
(1)
6、光從E點(diǎn)射入玻璃磚后的折射角;
(2)D點(diǎn)到從CD邊射出的光線距離。(結(jié)果可以用根式表示)
解析:(1)光路圖如圖所示,設(shè)光從E點(diǎn)射入玻璃磚后,折射角為i,則
=n
解得光從E點(diǎn)射入玻璃磚后的折射角i=30°。
(2)光在BC面上發(fā)生全反射,
且BF=EBtan 60°=15 cm
則CG=(BC-BF)tan 30°=15 cm
設(shè)光從CD面射出的折射角為γ,則=n
解得γ=60°
則DH=DGcos γ=(60-15)×0.5 cm=(30-7.5)cm。
答案:(1)30° (2)(30-7.5)cm
6.如圖所示,△ABC為一直角三棱鏡的截面,其頂角∠BAC=3
7、0°,AB邊的長度為l,P為垂直于直線BCD的光屏。一寬度也為l的平行單色光束垂直射向AB面,在屏上形成一條寬度等于l的光帶,求棱鏡的折射率。
解析:平行光束經(jīng)棱鏡折射后的出射光束仍是平行光束,如圖所示。
圖中θ1、θ2為光在AC面上的入射角和折射角,根據(jù)折射定律,有n=
設(shè)出射光線與水平方向成α角,則:θ2=θ1+α
由于CC2=A1A2=l,可得C1C2=l
而AC1=BC=ltan 30°,
由以上可解得:tan α=,即α=30°,θ2=60°
則折射率為:n==。
答案:
7.(2019·宿州模擬)如圖所示,兩塊半徑均為R的半圓形玻璃磚正對(duì)放置,沿豎直方向的兩條直徑
8、BC、B′C′相互平行,兩圓心之間的距離為,一束單色光正對(duì)圓心O從A點(diǎn)射入左側(cè)的玻璃磚,最后從右側(cè)玻璃磚上的P點(diǎn)(圖中未畫出)射出。已知∠AOB=60°,玻璃的折射率n=,光在真空中的速度大小為c。若不考慮光在各個(gè)界面的反射,求該單色光在第一塊半圓形玻璃磚中傳播的時(shí)間和從P點(diǎn)射出時(shí)出射角的大小。
解析:根據(jù)題意,作出光路圖,如圖所示:
根據(jù)公式n=,解得:v=,
則光在第一塊玻璃磚中傳播的時(shí)間為:t==。
光在O點(diǎn)發(fā)生折射,由圖可知sin∠2=nsin∠1,
解得:∠2=45°
光在D點(diǎn)發(fā)生折射,由幾何關(guān)系可知入射角為45°,由光路可逆可知折射角∠3=30°
在△O′DP中,由正
9、弦定理有:=
而O′D=O′O=R,解得:sin∠4=
所以∠4=30°,可得光從P點(diǎn)射出時(shí)的出射角∠5=45°。
答案: 45°
[C級(jí)——難度題目適情選做]
8.(2018·全國卷Ⅱ)如圖,△ABC是一直角三棱鏡的橫截面,∠A=90°,∠B=60°。一細(xì)光束從BC邊的D點(diǎn)折射后,射到AC邊的E點(diǎn),發(fā)生全反射后經(jīng)AB邊的F點(diǎn)射出。EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中點(diǎn)。不計(jì)多次反射。
(1)求出射光相對(duì)于D點(diǎn)的入射光的偏角;
(2)為實(shí)現(xiàn)上述光路,棱鏡折射率的取值應(yīng)在什么范圍?
解析:(1)光線在BC面上發(fā)生折射,如圖所示,由折射定律有
n=①
在AC面上發(fā)生全
10、反射,i2=r2②
在AB面上發(fā)生折射,n=③
由幾何關(guān)系得
i2=r2=60°,r1=i3=30°④
F點(diǎn)的出射光相對(duì)于D點(diǎn)的入射光的偏角為
δ=(r1-i1)+(180°-i2-r2)+(r3-i3)⑤
由①②③④⑤式得
δ=60°。⑥
(2)光線在AC面上發(fā)生全反射,在AB面上不發(fā)生全反射,有i2≥C,i3<C⑦
式中C是全反射臨界角,滿足
sin C=⑧
由④⑦⑧式知,棱鏡的折射率n的取值范圍應(yīng)為
≤n<2。⑨
答案:(1)60° (2)≤n<2
9.(2017·全國卷Ⅱ)一直桶狀容器的高為2l,底面是邊長為l的正方形;容器內(nèi)裝滿某種透明液體,過容器中心
11、軸DD′、垂直于左右兩側(cè)面的剖面圖如圖所示。容器右側(cè)內(nèi)壁涂有反光材料,其他內(nèi)壁涂有吸光材料。在剖面的左下角處有一點(diǎn)光源,已知由液體上表面的D點(diǎn)射出的兩束光線相互垂直,求該液體的折射率。
解析:設(shè)從光源發(fā)出直接射到D點(diǎn)的光線的入射角為i1,折射角為r1。在剖面內(nèi)作光源相對(duì)于反光壁的鏡像對(duì)稱點(diǎn)C,連接C、D,交反光壁于E點(diǎn),由光源射向E點(diǎn)的光線,反射后沿ED射向D點(diǎn)。光線在D點(diǎn)的入射角為i2,折射角為r2,如圖所示。設(shè)液體的折射率為n,由折射定律有
nsin i1=sin r1①
nsin i2=sin r2②
由題意知
r1+r2=90°③
聯(lián)立①②③式得
n2=④
由幾何關(guān)系可知
sin i1==⑤
sin i2==⑥
聯(lián)立④⑤⑥式得
n=1.55。
答案:1.55