2022年高考物理一輪總復(fù)習(xí) 第十二章 振動和波 光 相對論(選修3-4) 第36講 光的折射 全反射課時達標

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1、2022年高考物理一輪總復(fù)習(xí) 第十二章 振動和波 光 相對論(選修3-4) 第36講 光的折射 全反射課時達標 [解密考綱]主要考查光的折射和光的全反射,應(yīng)透徹理解折射率、臨界角、全反射的條件,掌握折射率、臨界角的計算. 1.(xx·四川卷)如圖所示,口徑較大、充滿水的薄壁圓柱形淺玻璃缸底有一發(fā)光小球,則( D ) A.小球必須位于缸底中心才能從側(cè)面看到小球 B.小球所發(fā)的光能從水面任何區(qū)域射出 C.小球所發(fā)的光從水中進入空氣后頻率變大 D.小球所發(fā)的光從水中進入空氣后傳播速度變大 解析:光從水中進入空氣,只要在沒有發(fā)生全反射的區(qū)域,就可以看到光線射出,所以A、B兩項錯誤;

2、光的頻率是由光源決定的,與介質(zhì)無關(guān),所以C項錯誤;由v=得,光從水中進入空氣后傳播速度變大,所以D項正確. 2.關(guān)于光纖的說法,正確的是( C ) A.光纖是由高級金屬制成的,所以它比普通電線容量大 B.光纖是非常細的特制玻璃絲,但導(dǎo)電性能特別好,所以它比普通電線衰減小 C.光纖是非常細的特制玻璃絲,由內(nèi)芯和外套兩層組成,光纖是利用全反射原理來實現(xiàn)光的傳導(dǎo)的 D.在實際應(yīng)用中,光纖必須呈筆直狀態(tài),因為彎曲的光纖是不能導(dǎo)光的 解析:光導(dǎo)纖維的作用是傳導(dǎo)光,是特制玻璃絲,由內(nèi)芯和外套兩層組成,內(nèi)芯的折射率比外套的大.載有聲音、圖象及各種數(shù)字信號的激光傳播時,在內(nèi)芯和外套的界面上發(fā)生

3、全反射.光纖具有容量大、衰減小、抗干擾性強等特點.在實際應(yīng)用中,光纖是可以彎曲的. 3.實驗表明,可見光通過三棱鏡時各色光的折射率n隨波長λ的變化符合科西經(jīng)驗公式:n=A++,其中A、B、C是正的常量.太陽光進入三棱鏡后發(fā)生色散的情形如圖所示.則( D ) A.屏上c處是紫光 B.屏上d處是紅光 C.屏上b處是紫光 D.屏上a處是紅光 解析:根據(jù)n=A++知波長越長,折射率越小,光線偏折越小.從題圖可知,d光偏折最厲害,折射率最大,應(yīng)是紫光;a光偏折最小,折射率最小,應(yīng)是紅光;D項正確. 4.某物理興趣小組用實驗探究光的色散規(guī)律,他們將半圓形玻璃磚放在豎直面內(nèi),在其左上方

4、豎直放置一個很大的光屏P,讓一復(fù)色光束SA射向玻璃磚的圓心O后,有兩束單色光a和b射向光屏P,如圖所示.他們根據(jù)實驗現(xiàn)象提出了以下四個猜想,你認為正確的是( B ) A.單色光a的波長小于單色光b的波長 B.在玻璃中單色光a的傳播速度大于單色光b的傳播速度 C.單色光a通過玻璃磚所需的時間大于單色光b通過玻璃磚所需的時間 D.當光束SA繞圓心O逆時針轉(zhuǎn)動過程中,在光屏P上最早消失的是a光 解析:根據(jù)光的折射定律可知a光的折射率小于b光的折射率,則a光的頻率小于b光的頻率,由λ=可知A項錯誤;由v=可知B項正確;由于光在玻璃磚中傳播距離相同,根據(jù)t=可知C項錯誤;由sin C

5、=可知D項錯誤. 5.如圖所示,在桌面上有一倒立的玻璃圓錐,其頂點恰好與桌面接觸,圓錐的軸(圖中虛線)與桌面垂直,過軸線的截面為等邊三角形,如圖所示.有一半徑為r的圓柱形平行光束垂直入射到圓錐的底面上,光束的中心軸與圓錐的軸重合.已知玻璃的折射率為1.5,則光束在桌面上形成的光斑半徑為( C ) A.r   B.1.5r C.2r   D.2.5r 解析:由n=1.5,可知光線首先發(fā)生全反射,作出光路圖如圖所示,由圖中幾何關(guān)系可得rtan 60°=(R+r)tan 30°,故R=2r.C項正確. 6.a(chǎn)、b兩種單色光組成的光束從介質(zhì)進入空氣時,其折射光束如圖所示.用a、

6、b兩束光( C ) A.先后照射雙縫干涉實驗裝置,在縫后屏上都能出現(xiàn)干涉條紋,由此確定光是橫波 B.先后照射某金屬,a光照射時恰能逸出光電子,b光照射時也能逸出光電子 C.從同一介質(zhì)以相同方向射向空氣,其界面為平面,若b光不能進入空氣,則a光也不能進入空氣 D.從同一介質(zhì)以相同方向射向空氣,其界面為平面,a光的反射角比b光的反射角大 解析:橫波與縱波均能發(fā)生干涉現(xiàn)象,雙縫干涉只能證明光具有波動性,A項錯誤;從題圖可看出a光折射率較大,頻率也較大,a光照射某金屬時恰能逸出光電子,b光的頻率低于該金屬的極限頻率,b光照射時一定不能逸出光電子,B項錯誤;a光折射率較大,發(fā)生全反射的

7、臨界角較小,以相同角度入射,b光已發(fā)生全反射,a光一定發(fā)生全反射,C項正確;由于入射角相同,由反射定律知反射角也相同,D項錯誤. 7.(xx·浙江杭州模擬)如圖所示,一半圓形玻璃磚半徑R=18 cm,可繞其圓心O在紙面內(nèi)轉(zhuǎn)動,M為一根光標尺,開始時玻璃磚的直徑PQ與光標尺平行.一束激光從玻璃磚左側(cè)垂直于PQ射到O點,在M上留下一光點Q1.保持入射光方向不變,使玻璃磚繞O點逆時針緩慢轉(zhuǎn)動,光點在標尺上移動,最終在距離O1點h=32 cm處消失.已知O、O1間的距離l=24 cm,光在真空中傳播速度c=3.0×108 m/s.求: (1)玻璃磚的折射率n; (2)光點消失后,光從射入玻璃

8、磚到射出過程經(jīng)歷的時間t. 解析:(1)發(fā)生全反射時光路如圖所示,tan θ==  全反射臨界角C=-θ 玻璃的折射率n===1.67 (2)光在玻璃中傳播的速度v= 全反射時光穿過玻璃磚的時間t==2×10-9 s 答案: (1)1.67 (2)2×10-9 s 8.(xx·全國卷Ⅱ)如圖所示,三棱鏡的橫截面為直角三角形ABC,∠A=30°,∠B=60°.一束平行于AC邊的光線自AB邊的P點射入三棱鏡,在AC邊發(fā)生反射后從BC邊的M點射出.若光線在P點的入射角和在M點的折射角相等. (1)求三棱鏡的折射率; (2)在三棱鏡的AC邊是否有光線透出?寫出分析過程.(不考慮多

9、次反射) 解析:(1)光路圖如圖所示,圖中N點為光線在AC邊發(fā)生反射的入射點.設(shè)光線在P點的入射角為i、折射角為r,在M點的入射角為r′、折射角依題意也為i,有i=60° ① 由折射定律有sin i=nsin r② nsin r′=sin i③ 由②③式得,r=r′④ OO′為過M點的法線,∠C為直角,OO′∥AC. 由幾何關(guān)系有 ∠MNC=r′⑤ 由反射定律可知∠PNA=∠MNC⑥ 聯(lián)立④⑤⑥式得∠PNA=r⑦ 由幾何關(guān)系得r=30°⑧ 聯(lián)立①②⑧式得n=⑨ (2)設(shè)在N點的入射角為i′,由幾何關(guān)系得i′=60°⑩ 此三棱鏡的全反射臨界角滿足nsin C

10、=1? 由⑨⑩?式得i′>C? 此光線在N點發(fā)生全反射,三棱鏡的AC邊沒有光線透出. 答案: 見解析 9.(xx·湖北黃岡模擬)如圖所示為一巨大的玻璃容器,容器底部有一定的厚度,容器中裝一定量的水,在容器底部有一單色點光源,已知水對該光的折射率為,玻璃對該光的折射率為1.5,容器底部玻璃的厚度為d,水的深度也為d.求: (1)該光在玻璃和水中傳播的速度(光在真空中的傳播速度為c); (2)水面形成的光斑的面積(僅考慮直接由光源發(fā)出的光線). 解析:(1)由v=得,光在水中的速度為v1=c, 光在玻璃中的速度為v2=c. (2)根據(jù)幾何關(guān)系畫出光路圖,如圖所示. 光恰好在水和空氣的分界面發(fā)生全反射時sin C==, 在玻璃與水的分界面上,由相對折射關(guān)系可得=,解得sin θ=  代入數(shù)據(jù)可計算出光斑的半徑r=d(tan θ+tan C)=d 水面形成的光斑的面積S=πr2=. 答案: (1)c c (2)

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