2019届高考物理一轮复习练习：第16章 第1讲　光的折射、全反射(含解析)

板块三  限时规范特训

　　时间：45分钟　满分：100分

一、选择题(本题共8小题，每小题8分，共64分。其中1～5为单选，6～8为多选)

1.如图所示，一束光从空气垂直射到直角三棱镜的界面AB上，棱镜材料的折射率为1.414，这束光线从BC边射出棱镜后与界面BC的夹角为 (　　)

A．90°  B．60°  C．30°  D．45°

答案　D

解析　由sinC＝＝得C＝45°，如图所示，则光在AC界面射向真空时发生全反射。由几何关系可求得在BC面的入射角i＝30°，由折射定律n＝得sinr＝nsini＝·sin30°＝，所以r＝45°，则这束光线从BC边射出棱镜后与界面BC的夹角为45°，故D正确。

2．如图，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是   (　　)

答案　A

解析　光沿玻璃砖截面半径射向O点，在界面处，入射角大于临界角时，发生全反射，小于临界角时，在空气中的折射角大于入射角，A正确，C错误；光由空气射向玻璃砖时，不会发生全反射，在玻璃中的折射角应小于入射角，B、D错误。

3．空气中悬浮着一颗球形小水珠，一缕阳光水平射入其中，如图所示。n甲、n乙和n丙分别表示水对甲光、乙光和丙光的折射率。则以下表述正确的是(　　)

A．n甲>n乙>n丙

B．波长λ的关系λ甲<λ乙<λ丙

C．频率ν的关系ν甲>ν乙>ν丙

D．光由水珠出射到空气的折射角关系θ甲＝θ乙＝θ丙

答案　D

解析　由题图可知，丙光的偏折最大，折射率最大，甲光的偏折最小，折射率最小，A错误；根据频率与波长的关系，丙光的波长最小，甲光的波长最大，B错误；根据折射率与频率的关系，频率越大，折射率越大，知丙光的频率最大，甲光的频率最小，C错误；如图所示，由几何知识可知，光从水珠到空气的入射角i′与光从空气到水珠的折射角r相等，又n＝＝，故θ＝i，三种光从空气到水珠的入射角i相同，所以由水珠出射到空气的折射角关系θ甲＝θ乙＝θ丙，D正确。

4．图甲为某同学利用半圆形玻璃砖测定玻璃折射率n的装置示意图。他让光从空气射向玻璃砖，在正确操作后，他利用测出的数据作出了图乙所示的折射角正弦(sinr)与入射角正弦(sini)的关系图象。则下列说法正确的是(　　)

A．该玻璃的折射率n＝

B．该玻璃的折射率n＝1.5

C．光由空气进入该玻璃砖中传播时，光波频率变为原来的倍

D．光由空气进入该玻璃砖中传播时，光波波长变为原来的1.5倍

答案　B

解析　由折射定律n＝可知，折射角正弦(sinr)与入射角正弦(sini)的关系图象的斜率的倒数表示折射率，所以n＝＝1.5，A错误，B正确；光由空气进入该玻璃砖中传播时，光波频率不变，由n＝＝可知，光波波长变为原来的，C、D错误。

5．[2016·四川高考]某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n。如图甲所示，O是圆心，MN是法线，AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径。该同学测得多组入射角i和折射角r，作出sini­sinr图象如图乙所示。则(　　)

A．光由A经O到B，n＝1.5

B．光由B经O到A，n＝1.5

C．光由A经O到B，n＝0.67

D．光由B经O到A，n＝0.67

答案　B

解析　在本题中，介质折射率为空气中角度的正弦和介质中角度的正弦之比，则n＝＝＝1.5。由题给信息知入射角为i，i<r，故光线是从B经O到A，B正确。

6.[2017·乐山二模]如图所示，一束光包含两种不同频率的单色光，从空气射向两面平行的玻璃砖的上表面，玻璃砖下表面有反射层，光束经两次折射和一次反射后，在玻璃砖上表面分为a、b两束单色光射出。下列说法正确的是(　　)

A．a光的频率大于b光的频率

B．光束a在空气中的波长较大

C．出射光束a、b一定相互平行

D．a、b两色光从同种玻璃射向空气时，a光发生全反射的临界角大

答案　AC

解析　作出光路图如图所示，可知光从空气射入玻璃时a光的偏折程度较大，则a光的折射率较大，频率较大，A正确；λ＝，a光的频率较大，则波长较小，B错误；根据几何知识可知a、b两色光在玻璃砖上表面的折射角与经反射层反射后在上表面的入射角分别相等，介质对两色光的折射率均不变，故两色光在玻璃砖上表面出射时的折射角与开始时从空气中入射时的入射角相等，故出射光束一定相互平行，C正确；因为a光的折射率较大，由临界角公式sinC＝知，a光的临界角较小，D错误。

7.如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点。已知入射方向与AB边的夹角为θ＝30°，E、F分别为边AB、BC的中点，则(　　)

A．该棱镜的折射率为

B．光在F点发生全反射

C．光从空气进入棱镜，波长变小

D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行

答案　AC

解析　在E点作出法线可知入射角为60°，由几何知识可知，折射角为30°，故折射率为n＝＝，A正确；由光路的可逆性可知，在BC边上的入射角为30°，小于临界角，不会发生全反射，B错误；根据公式v＝和v＝λf可得λ空>λ介，C正确；三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折，不会与入射到E点的光束平行，D错误。

8.如图所示，实线为空气和水的分界面，一束蓝光从空气中的A点沿AO1方向(O1点在分界面上，图中O1点和入射光线都未画出)射向水中，折射后通过水中的B点。图中O点为A、B连线与分界面的交点。下列说法正确的是 (　　)

A．O1点在O点的右侧

B．蓝光从空气中射入水中时，速度变小

C．若沿AO1方向射向水中的是一束紫光，则折射光线有可能通过B点正下方的C点

D．若沿AO1方向射向水中的是一束红光，则折射光线有可能通过B点正上方的D点

E．若蓝光沿AO方向射向水中，则折射光线有可能通过B点正上方的D点

答案　BCD

解析　根据折射定律可知，光由空气斜射入水中时入射角大于折射角，则画出光路图如图所示，可知O1点应在O点的左侧，故A错误。光从光疏介质(空气)进入光密介质(水)中时，速度变小，故B正确。紫光的折射率大于蓝光，所以入射角相同时，折射角要小于蓝光的，则可能通过B点正下方的C点，故C正确。若是红光，折射率小于蓝光，入射角相同时，折射角大于蓝光的，则可能通过B点上方的D点，故D正确。若蓝光沿AO方向射入，根据折射定律可知，折射光线应该在O1B线的右侧，不能通过B点正上方的D点，故E错误。

二、非选择题(本题共5小题，共36分)

9.(4分)如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率。在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线，并让入射光线过圆心O，在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，连接OP3，图中MN为分界线，虚线半圆与玻璃砖对称，B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点，AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点。

(1)设AB的长度为l1，AO的长度为l2，CD的长度为l3，DO的长度为l4，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量________，则玻璃砖的折射率可表示为________。

(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将________(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

答案　(1)l1和l3　n＝　(2)偏大

解析　(1)sinθ1＝，sinθ2＝，玻璃砖的折射率n＝＝＝，因此只需测量l1和l3即可。

(2)当玻璃砖顺时针转过一个小角度时，入射角增大，折射角也增大，但增大较小，折射光线顺时针偏转一个小角度，在处理数据时，认为玻璃砖没有转动，原法线AD位置不变，因此，由于入射光线与AD夹角没变，圆形玻璃砖半径不变，所以l1不变，而折射光线与AD夹角变小，所以l3减小，所以测量值n＝将偏大。

10.[2017·陕西宝鸡一模](8分)有一个上、下表面平行且足够大的玻璃平板，玻璃平板的折射率为n＝、厚度为d＝12 cm。现在其上方的空气中放置一点光源S，点光源距玻璃板的距离为l＝18 cm，从S发出的光射向玻璃板，光线与竖直方向夹角最大为θ＝53°，经过玻璃板后从下表面射出，形成一个圆形光斑，如图所示。求玻璃板下表面圆形光斑的半径(sin53°＝0.8)。

答案　33 cm

解析　由题意可知光在玻璃板上表面发生折射时的最大入射角为θ，设其折射角为r，由折射定律可得n＝，代入数据可得r＝37°。光在玻璃板下表面发生折射时，由于最大入射角为r＝37°，sin37°＝<，故r小于玻璃板的临界角，所以不会发生全反射。光在玻璃板中传播的光路图如图所示。

光从玻璃板下表面射出时形成一个圆形发光面，设其半径大小为R，则R＝ltanθ＋dtanr，代入数据可得R＝33 cm。

11.[2017·广西南宁一模](8分)半径为R的固定半圆形玻璃砖的横截面如图所示，O点为圆心，OO′与直径AB垂直。足够大的光屏CD紧靠在玻璃砖的左侧且与AB垂直。一光束沿半径方向与OO′成θ＝30°射向O点，光屏CD区域出现两个光斑，两光斑间的距离为(＋1)R。求：

(1)此玻璃的折射率；

(2)当θ变为多大时，两光斑恰好变为一个。

答案　(1)　(2)45°

解析　(1)光束在AB界面，一部分发生反射，另一部分发生折射，设折射角为β，光路图如图所示。

由几何关系得：

l1＝＝＝R。

根据题意两光斑间的距离为l1＋l2＝(＋1)R，所以l2＝R，所以∠AOD＝45°，则β＝45°。

根据折射定律，折射率n＝＝＝。

(2)若光屏CD上恰好只剩一个光斑，则说明该光束恰好发生全反射。由sinC＝得临界角为C＝45°，即当θ≥45°时，光屏上两个光斑恰好变为一个光斑。

12.[2017·广东梅州一模](8分)如图所示，一玻璃球体的半径为R，O为球心，AB为直径。来自B点的光线BM在M点射出，出射光线平行于AB，另一光线BN恰好在N点发生全反射。已知∠ABM＝30°。求：

(1)玻璃的折射率；

(2)球心O到BN的距离。

答案　(1)　(2)R

解析　(1)设光线BM在M点的入射角为θ2，折射角为θ1，由几何知识可知θ2＝30°，θ1＝60°，

根据折射定律得n＝，代入数值得n＝。

(2)光线BN恰好在N点发生全反射，则∠BNO为临界角C，sinC＝

设球心到BN的距离为d，由几何知识可知

d＝RsinC＝＝R。

13.[2017·威海二模](8分)如图所示，半径为R的透明半球体对某种光的折射率为，在离透明半球体2.8R处有一与透明半球体平面平行的光屏。该种平行光垂直透明半球体的平面射入，在光屏上形成一个圆形亮斑。

(1)求光屏上亮斑的直径；(不考虑光线在半球体内的多次反射)

(2)若入射光的频率变大，则亮斑的直径如何变化？

答案　(1)6.8R　(2)光斑直径变大

解析　(1)sinC＝＝0.6，C＝37°

AB＝2RsinC

FM＝tanC＝RsinCtanC，

OM＝

O′M＝OO′－OM＝R

设光斑直径为D，根据三角形相似得：＝

解得：D＝·O′M＝(3.8cosC－1)，

代入数值得，D＝6.8R。

(2)D＝(3.8cosC－1)，入射光的频率增大，则折射率增大，临界角C减小，sinC减小，cosC增大，故D增大，即光屏上光斑直径变大。