新教材适用2024版高考物理一轮总复习练案34第十三章光电磁波相对论第1讲光的折射全反射

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练案[34]第十三章　光　电磁波　相对论 第1讲　光的折射　全反射一、选择题(本题共8小题，1～5题为单选，6～8题为多选)1．(2023·江苏南通高三阶段练习)“水流导光”实验装置如图所示，长直开口透明塑料瓶内装有适量清水，在其底侧开一小孔，水从小孔流出形成弯曲不散开的水流，用细激光束透过塑料瓶水平射向该小孔，观察实验现象。则( C )A．减小激光的强度，“水流导光”现象更明显B．改用频率更低的激光，“水流导光”现象更明显C．改用折射率较大的液体，“水流导光”现象更明显D．随着瓶内清水高度的降低，“水流导光”现象更明显[解析]减小激光的强度，激光全反射的临界角不变，现象不会改变，故A错误；改用频率更低的激光，激光全反射的临界角变大，“水流导光”现象减弱，故B错误；改用折射率较大的液体，激光全反射的临界角变小，“水流导光”现象更明显，故C正确；随着瓶内清水高度的降低，则从孔中射出的水流速度会变小，水流轨迹会变得弯曲，激光在水和空气界面处的入射角会变小，“水流导光”现象会减弱，故D错误。2．(2023·山西太原师范学院附属中学高三阶段练习)图示为光导纤维(可简化为长玻璃丝)的示意图，玻璃丝长为L，折射率为n＝，真空中光速为c，AB代表端面。一束单色光从玻璃丝的AB端面以入射角θ入射，若光能传播到另一端面，则入射角需要满足条件( C )A．入射角θ<45°，若θ＝45°光在光导纤维中传播时间为B．入射角θ<45°，若θ＝45°光在光导纤维中传播时间为C．入射角θ<90°，若θ＝45°光在光导纤维中传播时间为D．入射角θ<90°，若θ＝45°光在光导纤维中传播时间为[解析]光路图如下所示，设以图中入射角入射时刚好能在光导纤维内壁发生全反射，则由折射定律n＝，n＝，解得θ＝90°。所以入射角必须满足θ<90°，当入射角为45°时，即θ＝45°时，解得sin r＝＝，所以r＝30°，则光在光导纤维中传播时间为t＝＝，而光在光导纤维中传播的速度为v＝，解得t＝L。故选C。3．(2023·湖南高三模拟)如图所示，一束白光通过三棱镜发生色散，a、b是其中的两束单色光，这两束光相比较( B )A．在真空中，a光的速度大B．在真空中，a光的波长大C．三棱镜对b光的折射率小D．光从三棱镜中射向空气，b光的临界角大[解析]在真空中光速都相同，都为3.0×108 m/s，故A错误；由题图可看出，a光的折射角大于b光的折射角，根据折射定律有＝n，而b光的折射角更大，因此na<nb，随着光的波长增大，同一物质对其的折射率减小，可知λa>λb，故B正确，C错误；根据sin C＝可知Ca>Cb，故D错误。4.(2023·安徽省临泉第一中学高三开学考试)如图所示，透明介质的截面为长方形，某种颜色的光线从边1射入介质，经边2反射后射到边3上，入射光线与边1的夹角为α，折射光线与边2的夹角为θ，反射光线与边3的夹角为β，该光线对该介质发生全反射的临界角为C，已知β－θ＝30°、C－θ＝15°，则α为( C )A．75°  B.60° C.45°  D.30°[解析]由几何关系可得β＋θ＝90°，由题意可得β－θ＝30°，C－θ＝15°，综合解得β＝60°，θ＝30°，C＝45°，由折射率定义可得n＝，n＝，综合解得α＝45°。故选C。5．(2023·湖北襄阳四中模拟预测)高速公路上的标志牌都使用“回归反光膜”，这种膜是用球体反射元件制成的。如图所示，反光膜内均匀分布着球形的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为1.6，入射的车灯光线经玻璃珠依次折射、反射、折射后，出射光线恰好和入射光线平行，则光进入玻璃珠后的折射角的正弦值为( B )A．0.30  B.0.60 C.0.80  D.0.90[解析]如图所示，根据对称性以及几何关系可知i＝2r，根据折射定律有＝1.6，联立以上两式可得sin r＝0.6。故选B。6．(2023·重庆阶段检测)关于光的传播现象及应用，下列说法正确的是( AB )A．一束白光通过三棱镜后形成彩色光带的原因是不同颜色的光在三棱镜中的折射率不同B．光导纤维内芯材料的折射率比外套材料的折射率大C．海面上的海市蜃楼呈现倒立的像，位置在实物的上方D．一束色光从空气进入水中，根据v＝λf可知波长将变短，频率变大，故色光的颜色也将发生变化[解析]一束白光通过三棱镜后形成彩色光带是由于不同颜色的光折射率不同，折射后折射角不同，故A正确；由全反射的条件可知，内芯材料的折射率比外套材料的折射率要大，故B正确；海市蜃楼呈现正立的像，位置在实物的上方，故C错误；色光进入水中，光的频率不变，根据v＝判断，光速变小，再根据v＝λf可知，波长变短，但颜色是由频率决定的，所以颜色不变，故D错误。7．(2023·山西高三专题练习)用如图所示的装置观察光的全反射现象，将半圆形玻璃砖固定在量角器上，量角器的圆心O与半圆形玻璃砖的圆心重合，半圆形玻璃砖可绕圆心O旋转。实验时将只含有红光和紫光的复色光沿半径方向从量角器30°的刻度线射入半圆形玻璃砖，复色光被分成a、b两光束，a沿180°刻度线方向射出，b沿150°刻度线方向射出。下列判断正确的是( AC )A．b是复色光B．玻璃对红光的折射率为2C．若半圆形玻璃砖顺时针旋转α角，a消失，b顺时针旋转2α角D．若半圆形玻璃砖逆时针旋转α角，a消失，b顺时针旋转2α角[解析]单色光从一种介质进入另一种介质，一部分光反射，一部分光折射，或全部光发生全反射，则b是反射的复色光，A正确；全反射的临界角sin C＝，紫光的折射率比红光的折射率大，其临界角小，紫光发生了全反射，红光的临界角为60°，红光的折射率n＝＝，B错误；半圆形玻璃砖顺时针旋转时，入射角变大，紫光和红光都发生了全反射，法线旋转α角，反射光旋转2α角，C正确，D错误。8．(2023·山东青岛高三开学考试)在光学仪器中，“道威棱镜”被广泛用来进行图形翻转。如图，ABCD是棱镜的横截面，截面是底角为45°的等腰梯形。现有与底面BC平行且频率相同的两束单色光a、b射入AB面，经折射反射，使从CD面射出的光线发生了翻转。已知棱镜材料对该色光的折射率n＝，下列说法正确的是( BCD )A．两束光中，有一束可能会从底面BC射出B．两束光都不能从底面BC射出，光将从CD面平行于BC射出C．若光a、b从CD面平行于BC射出，a光离底面BC更近D．两束光在棱镜中的传播时间相同[解析]光路图如图所示根据几何关系有i＝45°，根据折射定律n＝，解得r＝30°，所以θ＝75°>C＝arcsin ＝45°，说明光线在BC边发生全反射，故A错误；根据几何关系β＝30°<C，n＝，解得α＝45°。说明光线从CD面平行于BC射出，故B正确；由图可知，两束光在介质中的路程相等，且a光的出射光线离BC更近，故CD正确。二、非选择题9．(2022·全国乙卷)一细束单色光在三棱镜ABC的侧面AC上以大角度由D点入射(入射面在棱镜的横截面内)，入射角为i，经折射后射至AB边的E点，如图所示。逐渐减小i，E点向B点移动，当sin i＝时，恰好没有光线从AB边射出棱镜，且DE＝DA。求棱镜的折射率。[答案]　1.5[解析]如图所示，当折射光线在AB边恰好不能射出时，在AB边上的入射角等于全反射临界角C0，DA＝DE，各个角度如图中所示由几何关系可知α＝90°－C0，90°－r＋2α＝180°，解得r＝90°－2C0，由全反射知识得sin C0＝，由折射定律有n＝，代入sin i＝解得n＝1.5(n＝－舍去)。10．(2022·广东卷)一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体上方是空气，其截面如图所示。一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动，它所发出的光束始终指向圆心O点。当光束与竖直方向成45°角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束。已知光在空气中的传播速度为c，求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v。[答案]　　[解析]当光束与竖直方向的夹角为45°时，光束恰好不从液体表面射向空气，即光束刚好发生全反射，即临界角C＝45°，则液体的折射率为n＝，代入数据得n＝，由公式n＝得激光在液体中的传播速度为v＝，解得v＝。11．(2023·华中师大一附中模拟预测)如图所示，玻璃砖的截面是半径为R的四分之一圆，一光线从半径OA上到圆心O距离为R的D点沿截面射入玻璃砖，入射光线与OA的夹角α＝45°，折射光线射到AB弧上的E点，且光线在AB弧上的入射角β＝30°。光在真空中的传播速度为c。求：(1)玻璃砖对该光线的折射率n；(2)光线从D点传播E点的时间t。[答案]　(1)n＝　(2)t＝[解析](1)光线从D点射入玻璃砖的入射角为i＝90°－α＝45°，对△ODE，根据正弦定理有＝，解得∠ODE＝120°，光线从D点射入玻璃砖的折射角r＝∠ODE－90°＝30°，又n＝，解得n＝。(2)根据几何关系可知，D、E两点的距离为x＝R，光线在玻璃砖内传播的速度大小为v＝，又t＝，解得t＝。