高考物理一轮复习课时分层作业（二十四）光的折射全反射含答案

课时分层作业(二十四)　光的折射　全反射

基础性题组

1．(多选)近几年，“半潜艇”旅游发展迅速．“半潜艇”船体主要部分半浸入水中，而甲板始终会浮出水面，不能完全潜航，机舱的游客处在低于海平面的高度，可以通过玻璃窗观察水中的场景，原理图如图，已知该处水的折射率为1.44，潜艇玻璃表面和水面垂直，且玻璃的厚度可以忽略．若不考虑反射光线，则以下说法正确的是(　　)

A．游客在潜艇内部看到正前方的鱼比实际位置要近一些

B．潜艇正前方的鱼看到潜艇中的人比实际的位置要近一些

C．游客在潜艇内部用手电筒朝水中照射时，水面上的人可能看到手电筒发出的光

D．水面上方射入水中的光线不能照射到潜艇内部

2．[2022·滨州模拟]某玻璃三棱镜的截面如图所示，其折射率为，该三棱镜的AB边竖直放置，∠BAC＝60°，∠B＝45°，当一束水平单色光照射在三棱镜AB边上时，光在AC边上的折射角为(不考虑光在玻璃中的多次反射) (　　)

A．30°　　 B．45°    C．60°　　 D．75°

3.

[2022·山东滨州模拟](多选)某容器中盛有水，底部O处发出的光束中含有a、b两种色光，在水与空气界面的折射情况如图所示．以下判断正确的是(　　)

A．水对a光折射率比水对b光折射率小

B．在水中a光的速度比b光速度小

C．在真空中，a光的波长比b光的波长小

D．增大光束在水中的入射角，界面处折射光先消失的是b光

4．水下一点光源，发出a、b两单色光．人在水面上方向下看，水面中心Ⅰ区域有a光、b光射出，Ⅱ区域只有a光射出，如图所示．下列判断不正确的是(　　)

A．a、b光从Ⅰ区域某点倾斜射出时，a光的折射角小

B．在真空中，a光的波长大于b光的波长

C．水对a光的折射率大于对b光的折射率

D．水下a、b光能射到图中Ⅰ区域以外区域

5．光刻机是生产大规模集成电路的核心设备，光刻机的曝光波长越短，分辨率越高．“浸没式光刻”是一种通过在光刻胶和投影物镜之间加入浸没液体，从而减小曝光波长、提高分辨率的技术．如图所示，若浸没液体的折射率为1.44，当不加液体时光刻胶的曝光波长为193 nm，则加上液体时光刻胶的曝光波长变为(　　)

A．161 nm     B．134 nm

C．93 nm     D．65 nm

6．如图，△ABC是一直角三棱镜的横截面，∠A＝90°，AB长0.2 m，AC长0.1 m．一细光束沿平行于BC边的方向从AB边入射后直接射到AC边，恰好在AC边发生全反射，则棱镜的折射率为(　　)

A．      B．

C．      D．

7．如图所示，内径为R、外径为R′＝R的环状玻璃砖的圆心为O，折射率为n＝.一束平行于对称轴O′O的光线由A点进入玻璃砖，到达B点(未标出)刚好发生全反射．求：

(1)玻璃砖的临界角；

(2)A点处光线的入射角和折射角．

8.

如图所示，平静湖面岸边有一垂钓爱好者，他的眼睛恰好位于岸边B点正上方的A点，竿梢处于水面上的C点，浮标处于水面上的D点，鱼饵灯处于浮标正下方的F点．已知水面与B点等高，A、B间的距离h＝0.9 m，A、C间的距离l＝4.5 m，C、D间的距离x＝2 m，此时垂钓者发现鱼饵灯刚好被竿梢挡住，鱼饵灯发出的单色光对湖水的折射率为n＝.

(1)求鱼饵灯的深度；

(2)若鱼饵灯缓慢竖起上浮，当它离水面多深时，鱼饵灯发出的光恰好无法从水面BC间射出？

综合性题组

9．[2022·泰安模拟]空气中放一折射率n＝2透明的玻璃球，在玻璃球内有一离球心距离为d＝4 cm的点光源S可向各个方向发光，点光源发出的所有光都能够射出玻璃球．则玻璃球半径R一定满足(　　)

A．R>4 cm     B．R>4 cm

C．R>8 cm      D．R>10 cm

10．(多选)为了研究某种透明新材料的光学性质，将其压制成半圆柱形，如图甲所示．一束激光由真空沿半圆柱体的径向与其底面过O的法线成θ角射入．CD为光学传感器，可以探测光的强度．从AB面反射回来的光强随角θ变化的情况如图乙所示．现在将这种新材料制成的一根光导纤维束弯成半圆形，暴露于空气中(假设空气中的折射率与真空相同)，设半圆形外半径为R，光导纤维束的半径为r，如图丙所示．下列说法正确的是(　　)

A．该新材料的折射率n>1

B．该新材料的折射率n<1

C．图甲中若减小入射角θ，则反射光线和折射光线之间的夹角也将变小

D．用同种激光垂直于光导纤维束端面EF射入，如图丙．若该束激光不从光导纤维束侧面外泄，则弯成的半圆形半径R与纤维束半径r应满足的关系为R≥10r

11．一个半径为R的透明介质球体如图所示，M、N两点关于球心O对称，且与球心的距离均为2R.一细束单色光从M点射向透明介质球体，穿过后到达N点，真空中的光速为c.

(1)若介质的折射率为n0，光线沿MON传播到N点，光传播的时间t为多少？

(2)已知球面上的P点到MN的距离为PA＝R，若光束从M点射向P点，经过球体折射后传播到N点，那么球体的折射率n等于多少？(取sin 37°＝0.6，cos 37°＝0.8)

课时分层作业(二十四)　光的折射　全反射

1．解析：人眼看到的折射光线的反向延长线的交点比鱼的实际位置偏近，所以人看到的鱼比实际位置要近一些，A正确；鱼看到的折射光线的反向延长线的交点比人的实际位置偏远，所以鱼看到的人比实际位置要远一些，B错误；光线从潜艇中射入水中时，最大的折射角小于45°，因此光线射到水面时最小的入射角大于45°，一定会发生全反射，所以光线不能从水面射出，同理可知，水面上方射入水中的光线也不能照射到潜艇内部，C错误，D正确．

答案：AD

2.

解析：三棱镜的折射率为n＝，根据sin C＝得全反射临界角C＝45°，而光在BC边上的入射角等于45°，故光在BC边恰好发生全反射，其光路图如图所示．

光线在AC边的入射角i＝30°，根据n＝可得光在AC边的折射角r＝45°，故A、C、D错误，B正确．

答案：B

3．解析：由图可知水对a光折射率比水对b光折射率小，故选项A正确；由v＝可知在水中a光的速度比b光速度大，故选项B错误；a光频率比b光频率小，在真空中，a光的波长比b光的波长大，故选项C错误；由临界角公式sin C＝可知b光的临界角小于a光的临界角，增大光束在水中的入射角，界面处折射光先消失的是b光，故选项D正确．

答案：AD

4．解析：由题分析可知，b光在Ⅰ区域边缘发生了全反射，a光在Ⅱ区域边缘发生了全反射，则知a光的临界角比b光的临界角大，由sin C＝知，水对a光的折射率小于对b光的折射率，由折射定律知：a、b光从Ⅰ区域某点倾斜射出时，a光折射角小，故A正确，不符合题意，C错误，符合题意；水对a光的折射率小于对b光的折射率，则a光的频率小于b光的频率，由c＝λf知，在真空中，因光速c不变，则有a光的波长大于b光的波长，故B正确，不符合题意；水下a、b光均能射到图中Ⅰ区域以外区域，故D正确，不符合题意．故选C.

答案：C

5．解析：加上液体时光刻胶的曝光波长λ＝，光在液体中的传播速度为v＝，不加液体时c＝λ0f，联立得λ＝＝＝＝ nm≈134 nm，故B正确．

答案：B

6.

解析：光路图如图所示，根据几何知识有sin i＝＝，根据折射定律有n＝，又因为sin β＝，且α＋β＝90°，联立解得n＝，故A、B、D错误，C正确．

答案：C

7．解析：(1)由题给条件画出光路图，如图所示，因在B点刚好发生全反射，则

sin C＝＝，得C＝45°

(2)在△OAB中，OA＝R，OB＝R，由正弦定理得

＝

得sin r＝，r＝30°

由＝n，得i＝45°.

答案：(1)45°　(2)45°　30°

8．解析：(1)由题意知sin i＝＝

sin r＝

由折射定律得n＝

解得h′＝1.5 m

(2)鱼饵灯与竿梢的连线和竖直方向的夹角恰好为临界角C时，鱼饵灯发出的光恰好无法从水面BC间射出，有sin C＝

由几何关系得sin C＝

解得h″＝ m

答案：(1)1.5 m　(2) m

9．解析：光路如图，光源S发出的一条光线射到球面上的P点有＝，可得：sin α＝，对于位置已固定的光源，d与R都是定值，当sin θ越大时，光线射到玻璃球的入射角α就越大，光线越容易发生全反射，要求所有的光线都不会全反射，就是要求当sin θ最大(θ＝90°)时，不会发生全反射，即：sin α<sin C，全反射临界角C的正弦为：sin C＝，在P点不发生全反射的光线，以后再次反射也不会发生全反射，联立解得：玻璃球半径R应满足的要求为R>nd＝2×4 cm＝8 cm，故A、B、D错误，C正确．

答案：C

10．解析：由题图乙知，当θ＝53°时发生全反射，则有n＝＝＝1.25，故选项A符合题意，B不符合题意；图甲中若减小入射角θ，根据反射定律和折射定律可知反射角和折射角都减小，则反射光线和折射光线之间的夹角将变大，故选项C不符合题意；激光不从光导纤维束侧面外泄的临界条件是入射光在外侧面处发生全反射，临界光路如图所示，可得：sin C＝解得：R＝10r，所以该束激光不从光导纤维束侧面外泄，则弯成的半圆形半径R与纤维束半径r应满足的关系为R≥10r，故选项D符合题意．故选AD.

答案：AD

11．解析：(1)光在介质球外的传播时间为t1＝

光在介质球中的传播速度为v＝

则光在介质球中的传播时间为t2＝

光传播的时间为t＝t1＋t2＝(n0＋1)

(2)光路图如图所示，其中sin θ＝

又MA＝MO－AO＝2R－R cos θ＝R

MP＝＝R

sin α＝＝

可得α＝30°

又β＝θ＋α＝90°

根据折射定律sin β＝n sin θ

解得n＝

答案：(1)(n0＋1)　(2)