2019-2020年高考物理一輪復習 梯級演練 強技提能 2.1光的折射全反射 滬科版選修3-4.doc

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2019-2020年高考物理一輪復習 梯級演練 強技提能 2.1光的折射全反射 滬科版選修3-41.(xx福建高考)一束由紅、紫兩色光組成的復色光,從空氣斜射向玻璃三棱鏡。下面四幅圖中能正確表示該復色光經三棱鏡折射分離成兩束單色光的是()2.(xx淮南模擬)由兩種單色光P、Q組成的細光束自A點沿半徑方向射入半圓形玻璃磚,在圓心O點發(fā)生反射和折射現象,如圖所示。若入射光由A緩慢向B轉動,仍保持沿半徑方向射到O點,則()A.反射光OC增強,單色光P在玻璃中傳播速度小于單色光QB.反射光OC增強,單色光P在玻璃中傳播速度大于單色光QC.反射光OC減弱,單色光P在玻璃中傳播速度小于單色光QD.反射光OC減弱,單色光P在玻璃中傳播速度大于單色光Q3.(xx合肥模擬)光導纖維是利用全反射傳遞光信號的裝置,如圖為一條光導纖維,AB為其端面,纖維內芯材料的折射率為n1,外套材料的折射率為n2,在如圖所示的情況下,可在此纖維內傳播的光其入射角i的正弦值的范圍是(光由折射率為n1的介質進入折射率為n2的介質時,入射角的正弦與折射角正弦之比等于)()A.siniB.siniC.sini D.sini4.(2011重慶高考)在一次討論中,老師問道：“假如水中相同深度處有a、b、c三種不同顏色的單色點光源,有人在水面上方同等條件下觀測發(fā)現,b在水下的像最深,c照亮水面的面積比a的大。關于這三種光在水中的性質,同學們能做出什么判斷?”有同學回答如下：c光的頻率最大a光的傳播速度最小b光的折射率最大a光的波長比b光的短根據老師的假定,以上回答正確的是()A.B.C.D.5.(xx泉州模擬)折射率n=的直角玻璃三棱鏡截面如圖所示,一條光線從AB面入射,入射角為i(圖中未標出),ab為其折射光線,ab與AB面的夾角=60。則()A.i=45,光在AC面上不發(fā)生全反射B.i=45,光在AC面上發(fā)生全反射C.i=30,光在AC面上不發(fā)生全反射D.i=30,光在AC面上發(fā)生全反射6.(多選)(xx冀州模擬)如圖所示,一束入射光AO從某種介質以入射角射入空氣,以O點為圓心,R1為半徑畫圓C1,與折射光線OB交于M點,過M點向兩介質的交界面作垂線,與入射光線AO的延長線交于N點,以O點為圓心,ON為半徑畫另一個圓C2,測得該圓的半徑為R2,下列判斷正確的是()A.該介質的折射率為B.若光由介質射入空氣發(fā)生全反射,則臨界角的正弦值為sinC=C.若過圓C1與界面的交點D作界面的垂線交圓C2于P點,則OP與法線所夾的銳角等于全反射的臨界角D.若入射光的強度保持不變,逐漸增大入射角,則折射光的強度將逐漸增加7.(xx龍巖模擬)小明同學設計了一個用刻度尺測半圓形玻璃磚折射率的實驗(如圖所示),他進行的主要步驟是A.用刻度尺測玻璃磚的直徑AB的大小dB.先把白紙固定在木板上,將玻璃磚水平放置在白紙上,用筆描出玻璃磚的邊界,將玻璃磚移走,標出玻璃磚的圓心O、直徑AB、AB的法線OCC.將玻璃磚放回白紙的原處,長直尺MN緊靠A點并與直徑AB垂直放置D.調節(jié)激光器,使PO光線從玻璃磚圓弧面沿半徑方向射向圓心O,并使長直尺MN的左右兩端均出現亮點,記下左側亮點到A點距離x1,右側亮點到A點的距離x2。(1)小明利用實驗數據計算玻璃折射率的表達式n=。(2)(多選)關于上述實驗,以下說法正確的是。A.在BOC的范圍內,改變入射光PO的入射角,直尺MN上可能只出現一個亮點B.左側亮點到A點的距離x1一定小于右側亮點到A點的距離x2C.左側亮點到A點的距離x1一定大于右側亮點到A點的距離x2D.要使左側亮點到A點的距離x1增大,應減小入射角8.(xx寧波模擬)(1)如圖所示是一觀察太陽光譜簡易裝置,一加滿清水的碗放在有陽光的地方,將平面鏡M斜放入水中,調整其傾斜角度,使太陽光經水面折射再經水中平面鏡反射,最后由水面折射回空氣射到室內白墻上,即可觀察到太陽光譜的七色光帶。逐漸增大平面鏡的傾斜角度,各色光將陸續(xù)消失,則此七色光帶從上到下的排列順序以及最先消失的光分別是()A.紅光紫光,紅光B.紫光紅光,紅光C.紅光紫光,紫光 D.紫光紅光,紫光(2)一束細光束由真空沿著直徑方向射入一塊半圓柱形透明體,如圖甲所示,對其射出后的折射光線的強度進行記錄,發(fā)現折射光線的強度隨著的變化而變化,如圖乙的圖線所示。此透明體的臨界角為,折射率為。(3)如圖所示,ABCD是一直角梯形棱鏡的橫截面,位于截面所在平面內的一束光線由O點垂直AD邊射入。已知棱鏡的折射率n=,AB=BC=8cm,OA=2cm,OAB=60。求光線第一次射出棱鏡時,出射光線的方向。第一次的出射點距Ccm。9.(xx泉州模擬)(1)如圖所示,橫截面為等腰三角形的兩個玻璃三棱鏡,它們的頂角分別為、,且f2C.f1f2 D.無法確定(2)某同學用大頭針、三角板、量角器等器材測半圓形玻璃磚的折射率。開始玻璃磚的位置如圖中實線所示,使大頭針P1、P2與圓心O在同一直線上,該直線垂直于玻璃磚的直徑邊,然后使玻璃磚繞圓心O緩慢轉動,同時在玻璃磚的直徑邊一側觀察P1、P2的像,且P2的像擋住P1的像。如此觀察,當玻璃磚轉到圖中虛線位置時,上述現象恰好消失。此時只須測量出,即可計算出玻璃磚的折射率。請用你的測量量表示出折射率n=。(3)如圖所示,用透明材料做成一長方體形狀的光學器材,要求從上表面射入的光線可能從右側面射出,那么所選的材料的折射率應滿足什么條件?10.(1)(xx重慶高考)如圖甲所示為光學實驗用的長方體玻璃磚,它的面不能用手直接接觸。在用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中,兩位同學繪出的玻璃磚和三個針孔a、b、c的位置相同,且插在c位置的針正好擋住插在a、b位置的針的像,但最后一個針孔的位置不同,分別為d、e兩點,如圖乙所示,計算折射率時,用(選填“d”或“e”)點得到的值較小,用(選填“d”或“e”)點得到的值誤差較小。(2)一玻璃立方體中心有一點狀光源。今在立方體的部分表面鍍上不透明薄膜,以致從光源發(fā)出的光線只經過一次折射不能透出立方體。已知該玻璃的折射率為,求鍍膜的面積與立方體表面積之比的最小值。答案解析1.【解題指南】解答本題時應明確以下兩點：(1)不同色光折射率不同,以相同入射角進入另一種介質折射角不同。(2)七色光中紅光折射率最小,紫光折射率最大?！窘馕觥窟xB。光射向三棱鏡經兩次折射向底邊偏折,紫光折射率最大,向底邊偏折多,B對,A、C、D錯。2.【解析】選B。設入射角為,P光的折射角為P,Q光的折射角為Q,由折射定律nP=,nQ=,PQ,所以nPvQ,當入射角增大時,反射光增強,選項B正確,A、C、D錯誤。3.【解析】選A。光線在纖維內恰好傳播的光路如圖所示,設進入纖維內芯時的折射角為r,則n1=在分界面上有=,即sinC=,而r+C=90,由以上各式可求得sini=,滿足條件的應是A項。4.【解析】選C。折射率越大,在水中的像看起來就越淺,b在水下的像最深,說明b光的折射率最小;c照亮水面的面積比a的大,說明c光的臨界角大于a光的臨界角,則c光的折射率小于a光的折射率,這樣就能判斷出三種光的折射率大小關系是nancnb,由此可知,a光的頻率最大,傳播速度最小,波長最短,b光的頻率最小,波長最長,故選項C正確?！究偨Y提升】解決視深問題的一般思路(1)一般都是沿著界面的法線方向去觀察,作圖時要畫開一定的角度,方便看圖。(2)構建幾何圖形,尋找邊角關系。(3)利用折射定律把折射角、入射角與幾何圖形的各邊聯(lián)系起來。(4)當沿豎直方向看水中的物體時,“視深”是實際深度的;當從水中沿豎直方向看空氣中的物體時,“視深”是實際深度的n倍,n是水的折射率。5.【解析】選B。由折射定律,n=,r=30,解得i=45,光在AC面的入射角為60,全反射臨界角為sinC=,解得C=45,即光在AC面上的入射角大于臨界角,發(fā)生全反射,選項B正確。6.【解析】選A、B、C。由圖可知,介質的折射率n=,而sin=,sin=,得n=,A對;全反射的臨界角sinC=,sinC=,B正確;過D作DP,sinOPD=,故OPD=C,因而C選項正確;當增大時,折射光強度應減弱,D錯。7.【解析】(1)作出光路圖如圖所示,折射光線交于MN上的E點,反射光線交于MN上的F點。折射率等于折射角的正弦與反射角的正弦的比,即n=。(2)當入射角大于等于臨界角時,發(fā)生全反射,則只有反射光線照射到MN上,所以MN上可能只出現一個亮點,故A項正確;由圖知,角大于角,所以左側亮點到A的距離總是比右側亮點到A的距離小,故B正確,C項錯誤;要想左側亮點到A點的距離增大,必須減小折射角,由折射率公式可知,要減小折射角,必須減小入射角,故D項正確。答案：(1)(2)A、B、D【加固訓練】(xx石家莊模擬)如圖所示為某種透明介質的截面圖,AOC為等腰直角三角形,BC為以O為圓心、半徑R=12cm的四分之一圓弧,AB與水平屏幕MN垂直并接觸于A點。由紅光和紫光兩種單色光組成的復色光從BC面射向圓心O,在AB界面上的入射角i=45,結果在水平屏幕MN上出現兩個亮斑。已知該介質對紅光和紫光的折射率分別為n1=,n2=。(1)判斷在屏幕MN上產生的兩處亮斑分別是由什么色光組成的;(2)求兩個亮斑間的距離?！窘馕觥?1)設紅光和紫光的臨界角分別為C1、C2,sinC1=,C1=60同理C2=45,i=45=C2C1,所以紫光在AB面發(fā)生全反射,而紅光在AB面一部分折射,一部分反射,由幾何關系可知,反射光線與AC垂直,所以在AM處產生的亮斑P1為紅色,在AN處產生的亮斑P2為紅色與紫色的混合色。(2)畫出光路圖,設折射角為r,根據折射定律n1=求得sinr=由幾何知識可得：tanr=,解得AP1=6cm由幾何知識可得OAP2為等腰直角三角形,解得AP2=12cm,所以P1P2=6(+2)cm20.5cm。答案：(1)見解析(2)20.5cm8.【解題指南】解答本題時應注意以下三點：(1)折射率公式n=。(2)全反射的兩個條件。(3)臨界角公式sinC=?！窘馕觥?1)選C。由于可見光中紅光折射率最小,全反射臨界角最大,所以七色光從上到下的排列順序為紅光紫光,最先消失的是紫光,選項C正確。(2)由圖乙的圖線可知,當小于等于30時,即入射角大于等于60,折射光線的強度為零,所以此透明體的臨界角為60,由臨界角公式sinC=,解得n=。(3)根據公式n=將n=代入,該玻璃的臨界角為C=45光線從O點垂直AD射入后不發(fā)生偏轉,恰好射到AB的中點,根據截面的幾何關系可知,入射角等于60,大于臨界角,發(fā)生全反射,恰好射到BC的中點,入射角仍等于60,在此位置再一次發(fā)生全反射,射到CD邊上的O點,入射角等于30,設折射角為,光路圖如圖所示。由折射定律及光路可逆原理可得：n=解得=45由光路圖,根據幾何知識可得：第一次出射點O距C的距離為OC=tan30=cm答案：(1)C(2)60(3)與豎直方向成45角斜向下【加固訓練】如圖所示為用某種透明材料制成的一塊柱形棱鏡的截面圖,圓弧CD為半徑為R的四分之一圓周,圓心為O,光線從AB面上的某點入射,入射角1=45,它進入棱鏡后恰好以臨界角射在BC面上的O點。(1)畫出光線由AB面進入棱鏡且從CD弧面射出的光路圖;(2)求該棱鏡的折射率n;(3)求光線在該棱鏡中傳播的速度大小v(已知光在空氣中的傳播速度c=3.0108m/s)?！窘馕觥?1)光路圖如圖所示。(2)光線在BC面上恰好發(fā)生全反射,入射角等于臨界角CsinC=,cosC=。光線在AB界面上發(fā)生折射,折射角2=90-C,由幾何關系得sin2=cosC,由折射定律得n=由以上幾式聯(lián)立解得n=(3)v=108m/s答案：(1)見解析圖(2)(3)108m/s9.【解析】(1)選B。由圖可知：對于a光na=cos+cotsin同理對于b光nb=cos+cotsin由于nb,f1f2,B項正確。(2)若半圓形玻璃磚轉過角時在半圓形玻璃磚直徑一側恰好看不到P1、P2的像,那么此時恰好發(fā)生了全反射。則過P1、P2的光線在玻璃磚內的入射角為,在空氣中折射角為90,根據折射定律得n=,只要測出,就可求出玻璃磚的折射率。(3)光路圖如圖所示,由折射定律可得：n=,且190,故nsin21 n=且390故ncos21 和平方后聯(lián)立得(nsin2)2+(ncos2)22解得：n答案：(1)B(2)玻璃磚直徑邊繞O點轉過的角度(3)nn2。求兩束單色光從下表面射出時出射點之間的距離。【解析】(1)選B。由于a光的頻率小于b光的頻率,可知a光的折射率小于b光的折射率。在上表面a、b兩束單色光的入射角相同,由折射定律可判斷出a光的折射角大于b光的折射角。在下表面,光線由玻璃射向空氣,光線折射率為折射角正弦比入射角正弦,故下表面的折射角應與上表面的入射角相同,即通過玻璃磚后的出射光線應與原入射光線平行。(2)光路圖如圖所示,則n1=n2=tanr1=tanr2=x=x2-x1聯(lián)立各式解得x=dsin(-)答案：(1)B(2)dsin(-)10.【解析】(1)進行實驗時,應保持玻璃磚的光學面清潔,不能用手直接觸摸光學面。計算玻璃的折射率時,需將c點與d點或e點連接,即為出射光線,連接d點時,入射光ab的折射角較大,計算出的折射率較小。因為玻璃磚的兩光學面平行,出射光與入射光應該平行,根據圖中d、e兩點的位置,用e點時出射光與入射光更接近于平行,誤差較小。(2)將題目所描述的光現象的立體圖轉化為平面圖,考慮從玻璃立方體中心O發(fā)出的一條光線,假設它斜射到玻璃立方體上表面發(fā)生折射,如圖所示,根據折射定律有nsin=sin 式中,n是玻璃的折射率,入射角等于,是折射角?，F假設A點是上表面表面積最小的不透明薄膜邊緣上的一點。由題意,在A點剛好發(fā)生全反射,故A= 設線段OA在立方體上表面的投影長為RA,由幾何關系有sinA= 式中a為玻璃立方體的邊長。由式得RA= 由題給數據得RA= 由題意,上表面所鍍的面積最小的不透明薄膜應是以RA為半徑的圓。所求的鍍膜面積S與玻璃立方體的表面積S之比為= 由得=答案：(1)光學de(2)【加固訓練】如圖所示是關于“測定玻璃的折射率”的實驗,請回答以下問題：(1)請證明圖中的入射光線和射出玻璃磚的光線是平行的。(2)如果光射入和射出玻璃磚的兩個平面是平行的,射出玻璃磚的光線相對入射光線來說產生了側移。證明：入射角越大側移越大。(3)為了減小實驗誤差,入射角大一些好還是小一些好?【解析】(1)證明：n=,而r1=i2,所以i1=r2,所以入射光線平行于出射光線。(2)設玻璃磚厚度為d,側移為s,如圖所示。則s=sin(i-r),當入射角i增大時,折射角r亦增大,但由于n=1,因此入射角i比折射角r增加得快,即(i-r)增大,則有sin(i-r)增大,cosr減小,故入射角越大,側移越大。(3)當入射角i增大時,折射角r也增大,圖中N、E之間的距離x也就會增大,因為tanr=,而玻璃磚厚度d一定,tanr增大,這樣就會減小測量誤差。因此,入射角大一些好。答案：見解析