2020屆高三物理一輪復(fù)習(xí) 第十四章 第3講 光的折射 全反射（實(shí)驗(yàn)：測定玻璃的折射率）課時作業(yè)（含解析）

光的折射 全反射（實(shí)驗(yàn)：測定玻璃的折射率）一、選擇題1關(guān)于光的傳播現(xiàn)象及應(yīng)用，下列說法正確的是()A一束白光通過三棱鏡后形成了彩色光帶是光的色散現(xiàn)象B光導(dǎo)纖維內(nèi)芯材料的折射率比外套材料的折射率大C海面上的海市蜃樓將呈現(xiàn)倒立的像，位置在實(shí)物的上方，又稱上現(xiàn)蜃景D一束色光從空氣進(jìn)入水中，波長將變短，色光的顏色也將發(fā)生變化E一束白光從空氣斜射進(jìn)入水中，也將發(fā)生色散解析：一束白光通過三棱鏡后形成了彩色光帶是光的色散現(xiàn)象，A正確；由全反射的條件可知，內(nèi)芯材料的折射率比外套材料的折射率要大，故B正確；海市蜃樓將呈現(xiàn)正立的像，位置在實(shí)物的上方，又稱上現(xiàn)蜃景，C錯誤；色光進(jìn)入水中，光的頻率不變，顏色不變，D錯誤；白光斜射入水中，由于水對不同色光的折射率不同，各種色光將分開，故E正確答案：ABE2一光纖通訊中信號傳播的主要載體是光導(dǎo)纖維，它的結(jié)構(gòu)如圖所示，可看成一段直線，其內(nèi)芯和外套的材料不同，光在內(nèi)芯中傳播，下列關(guān)于光導(dǎo)纖維的說法正確的是()A內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射B內(nèi)芯的折射率比外套的大，光傳播時在外套與外界的界面上發(fā)生全反射C波長越長的光在光纖中傳播的速度越大D頻率越大的光在光纖中傳播的速度越大E若紫光以如圖所示角度入射時，恰能在光纖中發(fā)生全反射，則改用紅光以同樣角度入射時，不能在光纖中發(fā)生全反射解析：當(dāng)內(nèi)芯的折射率比外套的大時，光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上才能發(fā)生全反射，故選項(xiàng)A正確，B錯誤；波長越長的光，頻率越小，介質(zhì)對它的折射率n越小，根據(jù)公式v，光在光纖中傳播的速度越大，故選項(xiàng)C正確，D錯誤；根據(jù)sin C知，折射率越大，全反射臨界角越小，紅光的折射率小，則全反射臨界角大，若紫光恰能發(fā)生全反射，則紅光不能發(fā)生全反射，故選項(xiàng)E正確答案：ACE3(2019·貴州六校聯(lián)考)如圖所示，實(shí)線為空氣和水的分界面，一束藍(lán)光從空氣中的A點(diǎn)沿AO1方向(O1點(diǎn)在分界面上，圖中O1點(diǎn)和入射光線都未畫出)射向水中，折射后通過水中的B點(diǎn)圖中O點(diǎn)為A、B連線與分界面的交點(diǎn)下列說法正確的是()AO1點(diǎn)在O點(diǎn)的右側(cè)B藍(lán)光從空氣中射入水中時，速度變小C若沿AO1方向射向水中的是一束紫光，則折射光線有可能通過B點(diǎn)正下方的C點(diǎn)D若沿AO1方向射向水中的是一束紅光，則折射光線有可能通過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)E若藍(lán)光沿AO方向射向水中，則折射光線有可能通過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)解析：據(jù)折射定律知，光由空氣斜射入水中時入射角大于折射角，則畫出光路圖如圖所示，知O1點(diǎn)應(yīng)在O點(diǎn)的左側(cè)，故A錯；光從光疏介質(zhì)(空氣)進(jìn)入光密介質(zhì)(水)中時，速度變小，故B對；紫光的折射率大于藍(lán)光，所以折射角要小于藍(lán)光的，則可能通過B點(diǎn)正下方的C點(diǎn)，故C對；若是紅光，折射率小于藍(lán)光，折射角大于藍(lán)光的，則可能通過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)，故D對；若藍(lán)光沿AO方向射入，根據(jù)折射定律知，折射光線不可能過B點(diǎn)正上方的D點(diǎn)，故E錯答案：BCD4一束光從空氣射向折射率n的某種玻璃的表面，如圖所示，i代表入射角，則()A當(dāng)入射角i30°時，折射角r45°B無論入射角i為多大，折射角r都不會超過45°C欲使折射角r30°，應(yīng)以i45°的角度入射D當(dāng)入射角iarctan時，反射光線跟折射光線恰好互相垂直E當(dāng)入射角大于臨界角時，會發(fā)生全反射解析：根據(jù)折射定律得n，sin r，故A錯誤；當(dāng)入射角最大時，折射角最大，最大入射角為90°，根據(jù)折射定律得n ，解得最大折射角r45°，故B正確；欲使折射角r30°，根據(jù)折射定律n，解得i45°，故C正確；設(shè)入射角為時反射光線與折射光線垂直，則折射角為(90°)，根據(jù)折射定律得ntan ，解得arctan，故D正確；光從空氣射入玻璃時，無論入射角多大，都不會發(fā)生全反射，故E錯誤答案：BCD5水下一點(diǎn)光源發(fā)出a、b兩單色光人在水面上方向下看，如圖所示，水面中心區(qū)域有a光、b光射出，區(qū)域只有a光射出下列判斷正確的是()Aa、b光從區(qū)域某點(diǎn)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光不能射到圖中區(qū)域E水下a、b光能射到圖中區(qū)域以外區(qū)域解析：根據(jù)題述，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光從區(qū)域某點(diǎn)傾斜射出時，a光折射角小，選項(xiàng)A正確，C錯誤；由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，選項(xiàng)B正確；水下b光能射到題圖中區(qū)域，由于在題圖中區(qū)域發(fā)生了全反射，區(qū)域只有a光射出，選項(xiàng)D錯誤；水下a、b光能射到圖中區(qū)域以外區(qū)域，由于發(fā)生了全反射，不能射出水面，選項(xiàng)E正確答案：ABE6圖甲為某同學(xué)利用半圓形玻璃磚測定玻璃折射率n的裝置示意圖，AO、DO分別表示某次測量時，光線在空氣和玻璃中的傳播路徑在正確操作后，他利用測出的數(shù)據(jù)作出了圖乙所示的折射角正弦值(sin r)與入射角正弦值(sin i)的關(guān)系圖象則下列說法正確的是()A光由D經(jīng)O到AB該玻璃磚的折射率n1.5C若由空氣進(jìn)入該玻璃磚中，光的頻率變?yōu)樵瓉淼腄若由空氣進(jìn)入該玻璃磚中，光的波長變?yōu)樵瓉淼腅若以60°角由空氣進(jìn)入該玻璃磚中，光的折射角的正弦值為解析：由題圖乙知入射角的正弦值大于折射角的正弦值，則入射角大于折射角，說明實(shí)驗(yàn)時光由A經(jīng)過O到D，由題圖乙知n1.5，選項(xiàng)A錯誤，B正確；在由空氣進(jìn)入該玻璃磚時，光的頻率不變，光的波長變?yōu)樵瓉淼模x項(xiàng)C錯誤，D正確；以入射角i60°由空氣進(jìn)入該玻璃磚時，由折射定律n，其折射角的正弦值為sin rsin i×，選項(xiàng)E正確答案：BDE7如圖所示是一玻璃球體，其半徑為R，O為球心，AB為水平直徑M點(diǎn)是玻璃球的最高點(diǎn)，來自B點(diǎn)的光線BD從D點(diǎn)射出，出射光線平行于AB，已知ABD30°，光在真空中的傳播速度為c，則()A此玻璃的折射率為B光線從B到D需用時C該玻璃球的臨界角應(yīng)小于45°D若增大ABD，光線不可能在DM段發(fā)生全反射現(xiàn)象E若減小ABD，從AD段射出的光線均平行于AB解析：由題圖可知光線在D點(diǎn)的入射角為i30°，折射角為r60°，由折射率的定義得n知n，A正確；光線在玻璃中的傳播速度為vc，由題圖知BDR，所以光線從B到D需用時t，B正確；若增大ABD，則光線射向DM段時入射角增大，射向M點(diǎn)時為45°，而臨界角滿足sin C<sin 45°，即光線可以在DM段發(fā)生全反射現(xiàn)象，C正確，D錯誤；要使出射光線平行于AB，則入射角必為30°，E錯誤答案：ABC二、非選擇題8如圖所示，在測量玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中，兩位同學(xué)先在白紙上放好截面是正三角形ABC的三棱鏡，并確定AB和AC界面的位置然后在棱鏡的左側(cè)畫出一條直線，并在線上豎直插上兩枚大頭針P1和P2，再從棱鏡的右側(cè)觀察P1和P2的像(1)此后正確的操作步驟是_(選填選項(xiàng)前的字母)A插上大頭針P3，使P3擋住P2的像B插上大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像C插上大頭針P4，使P4擋住P3的像D插上大頭針P4，使P4擋住P3和P1、P2的像(2)正確完成上述操作后，在紙上標(biāo)出大頭針P3、P4的位置(圖中已標(biāo)出)為測量該種玻璃的折射率，兩位同學(xué)分別用圓規(guī)及刻度尺作出了完整光路和若干輔助線，如圖甲、乙所示在圖中僅通過測量ED、FG的長度便可正確計(jì)算出折射率的是圖_(選填“甲”或“乙”)，所測玻璃折射率的表達(dá)式n_(用代表線段長度的字母DE、GF表示)解析：(1)在棱鏡的左側(cè)畫出一條直線，并在線上豎直插上兩枚大頭針P1和P2，確定入射光線，然后插上大頭針P3，使P3擋住P1、P2的像，再插上大頭針P4，使P4擋住P3和P1、P2的像，從而確定出射光線因此選項(xiàng)B、D正確(2)設(shè)入射角為，折射角為，根據(jù)折射定律和幾何關(guān)系有：對于甲圖，sin ，sin ，對于乙圖，sin ，sin ，可知僅通過測量DE、GF的長度便可正確計(jì)算出折射率的是圖乙，折射率n.答案：(1)BD(2)乙9(2019·湖北黃岡高三適應(yīng)性考試)如圖所示，直角ABM為透明柱狀介質(zhì)的橫截面，其中A30°.一束單色光從AM的中點(diǎn)P以一定的入射角入射，恰好能在AB邊上發(fā)生全發(fā)射，且反射后的光線垂直BM邊射出已知BM邊的長度為a，光在真空中的傳播速度為c，求：(1)該透明介質(zhì)的折射率；(2)該單色光在透明介質(zhì)中的傳播時間解析：(1)單色光在透明介質(zhì)中的傳播路線如圖所示由幾何關(guān)系可知，當(dāng)單色光在AB邊上剛好發(fā)生全反射時，其臨界角為60°由sin C可得n代入數(shù)據(jù)可得n(2)由幾何關(guān)系可得PQa，AQPQa；又因?yàn)镼BABAQa，所以QFa；單色光在該透明介質(zhì)中的傳播速度vc，所以單色光在該透明介質(zhì)中的傳播時間t，代入數(shù)據(jù)可得t.答案：(1)(2)10(2018·高考全國卷)如圖，某同學(xué)在一張水平放置的白紙上畫了一個小標(biāo)記“·”(圖中O點(diǎn))，然后用橫截面為等邊三角形ABC的三棱鏡壓在這個標(biāo)記上，小標(biāo)記位于AC邊上D位于AB邊上，過D點(diǎn)作AC邊的垂線交AC于F.該同學(xué)在D點(diǎn)正上方向下順著直線DF的方向觀察恰好可以看到小標(biāo)記的像；過O點(diǎn)作AB邊的垂線交直線DF于E；DE2 cm，EF1 cm.求三棱鏡的折射率(不考慮光線在三棱鏡中的反射)解析：過D點(diǎn)作AB邊的法線NN，連接OD，則ODN為O點(diǎn)發(fā)出的光線在D點(diǎn)的入射角；設(shè)該光線在D點(diǎn)的折射角為，如圖所示，根據(jù)折射定律有nsin sin 式中n為三棱鏡的折射率由幾何關(guān)系可知60°EOF30°在OEF中有EFOEsinEOF由式和題給條件得OE2 cm根據(jù)題給條件可知，OED為等腰三角形，有30°由式得n答案：11(2017·高考全國卷)如圖，一半徑為R的玻璃半球，O點(diǎn)是半球的球心，虛線OO表示光軸(過球心O與半球底面垂直的直線)已知玻璃的折射率為1.5.現(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光線能從球面射出(不考慮被半球的內(nèi)表面反射后的光線)求：(1)從球面射出的光線對應(yīng)的入射光線到光軸距離的最大值；(2)距光軸的入射光線經(jīng)球面折射后與光軸的交點(diǎn)到O點(diǎn)的距離解析：(1)如圖，從底面上A處射入的光線，在球面上發(fā)生折射時的入射角為i，當(dāng)i等于全反射臨界角iC時，對應(yīng)入射光線到光軸的距離最大，設(shè)最大距離為l.iiC設(shè)n是玻璃的折射率，由全反射臨界角的定義有nsin iC1由幾何關(guān)系有sin i聯(lián)立式并利用題給條件，得lR(2)設(shè)與光軸相距的光線在球面B點(diǎn)發(fā)生折射時的入射角和折射角分別為i1和r1，由折射定律有nsin i1sin r1設(shè)折射光線與光軸的交點(diǎn)為C，在OBC中，由正弦定理有由幾何關(guān)系有Cr1i1sin i1聯(lián)立式及題給條件得OCR2.74R答案：(1)R(2)R(或2.74R)9