高中物理选修3-4光的折射和全反射

第I卷（选择题）请点击修改第I卷的文字说明评卷人得分一、选择题（题型注释）1.（单选）如图，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60°，已知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行。此玻璃的折射率为（）A.2B.1.5C.3D.22.如图所示是一种折射率3n的棱镜。现有一束光线沿MN方向射到棱镜的AB面上，入射角的大小i＝60°，求：（1）光在棱镜中传播的速率；（2）画出此束光线进入棱镜后又射出棱镜的光路图，要求写出简要的分析过程。3.（多选）一束光从空气射向折射率n=2的某种玻璃的表面，则下列说法正确的是:（）A．当入射角大于450时会发生全反射B．无论入射角多大，折射角都不会超过450C．入射角为450时，折射角为300D．当入射角为arctan2时，反射光线跟折射光线恰好垂直第II卷（非选择题）请点击修改第II卷的文字说明评卷人得分二、填空题（题型注释）4.直角玻璃三棱镜的截面如图所示，一条光线从AB面入射，ab为其折射光线，ab与AB面的夹角α=60°．已知这种玻璃的折射率n=2，则：①这条光线在AB面上的的入射角为；②图中光线ab（填“能”或“不能”）从AC面折射出去．5.如图所示，一个用透明材料制成的截面为直角三角形的三棱镜ABC．现在有一束单色光从空气中以θ=45°的入射角自直角边AB射入，折射时的偏转角为15°，然后光线射到AC面而刚好发生了全反射，则这种透明材料的折射率为________，全反射的临界角为_________，角∠A=________.6.如图所示，用某种透光物制成的直角三棱镜ABC；在垂直于AC面的直线MN上插两枚大头针P1、P2，在AB面的左侧透过棱镜观察大头针P1、P2的像，调整视线方向，直到P1的像__________________，再在观察的这一侧先后插上两枚大头针P3、P4，使P3________，P4________.记下P3、P4的位置，移去大头针和三棱镜，过P3、P4的位置作直线与AB面相交于D，量出该直线与AB面的夹角为45°.则该透光物质的折射率n＝________，并在图中画出正确完整的光路图．评卷人得分三、实验题（题型注释）评卷人得分四、计算题（题型注释）7.如图所示，一束光从空气垂直射到直角棱镜的AB面上，已知棱镜材料的折射率为1.4，画出这束光进入棱镜后的光路图（要求必须有计算步骤）8.知光线自空气射入甲介质中，入射角为60°，折射角为30°；光线从乙介质射入空气，入射角为45°，折射角为60°，求：（1）甲、乙两种介质的折射率之比n甲∶n乙；（2）光在甲、乙两种介质中的光速之比v甲∶v乙9.如图所示，真空中有一个半径为R，折射率为n＝2的透明玻璃球．一束光沿与直径成θ0＝45°角的方向从P点射入玻璃球，并从Q点射出，求光线在玻璃球中的传播时间．10.如图所示，真空中有一个半径为R，折射率为n＝2的透明玻璃球．一束光沿与直径成θ0＝45°角的方向从P点射入玻璃球，并从Q点射出，求光线在玻璃球中的传播时间．11.一棱镜的截面为直角三角形ABC，∠A=30o，斜边AB=a。棱镜材料的折射率为2n。在此截面所在的平面内，一条光线以45o的入射角从AC边的中点M射入棱镜(如图所示)。画出光路图，并求光线从棱镜射出的点的位置（不考虑光线沿原来路返回的情况）。12.如图所示，是一透明的圆柱体的横截面，半径R=2cm，折射率n=3。真空中一束光线沿平行于直径AB的方向从D点射人圆柱体，折射光线恰好通过B点。真空中光速c=3．0×108m/s，求：①光在圆柱体中的传播速度v0。②入射点D与AB间的距离d。13.如图所示，为某种透明介质的截面图，△AOC为等腰直角三角形，BC为半径R=12cm的四分之一圆弧，AB与水平屏幕MN垂直并接触于A点．由红光和紫光两种单色光组成的复色光射向圆心O，在AB分界面上的入射角i=45°，结果在水平屏幕MN上出现两个亮斑．已知该介质对红光和紫光的折射率分别为3321n，22n．①判断在AM和AN两处产生亮斑的颜色；②求两个亮斑间的距离．14.图示为半径R=3m的半球形介质截面，O为圆心，相互平行的单色光a和b从不同位置进入介质．光线a在O点恰好发生全反射。光线b的入射角为α=15°．入射点为M，出射点为N．求：（光的速度c=3.0×108m/s）①介质的折射率。②光线b从M传播到N的时间。（结果保留两位有效数字）15.有一顶角为直角的玻璃砖，放在空气中，一光束斜射入玻璃砖的一个侧面，如图所示，然后投射到它的另一个侧面．若该玻璃砖全反射临界角为42°，问：①这束光线能否从另一侧面射出？并说明理由②若光线能从侧面射出，玻璃砖折射率应满足何条件？16.如图所示，直角三棱镜的折射率n＝3，∠A＝30°。一束与OB面成30°角的光线射向OB面，从AB面上的C点射出。若不考虑光在OB面上的反射，求能从C点射向空气的光的方向。17.如图所示，直角玻璃三棱镜置于空气中，已知∠A＝60°，∠C＝90°，一束极细的光于AC的中点D垂直AC面入射，AD＝a，棱镜的折射率为n＝2，求：①求此玻璃的临界角；②光从棱镜第一次射入空气时的折射角；③光从进入棱镜到它第一次射入空气所经历的时间(设光在真空中的传播速度为c)。18.一半径为R的1/4球体放置在水平面上，球体由折射率为3的透明材料制成。现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线，平行于桌面射到球体表面上，折射入球体后再从竖直表面射出，如图所示。已知入射光线与桌面的距离为2/3R。求出射角。19.如图所示，一个半径为R的14透明圆柱体放置在水平面上，一束蓝光从A点沿水平方向射入圆柱体后经B点射出，最后射到水平面上的C点。已知OA＝R2，该圆柱体对蓝光的折射率为3，则：①它从圆柱面射出时的出射角β为多大？②若换用一束红光同样从A点射向该圆柱体，则它从圆柱体射出后在水平面上形成的光点在C点的哪侧？20.图示为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图，玻璃丝长为L，折射率为n，AB代表端面。已知光在真空中的传播速度为c.（1）为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光线在端面AB上的入射角应满足的条件；（2）求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所用的最长时间。21.一棱镜的截面为直角三角形ABC，∠A=30o，斜边AB＝a。棱镜材料的折射率为2n。在此截面所在的平面内，一条光线以45o的入射角从AC边的中点M射入棱镜射出的点的位置（不考虑光线沿原来路返回的情况）。（13分）22.（2）（10分）如图所示，半圆玻璃砖的半径R=10cm，折射率为n=3，直径AB与屏幕垂直并接触于B点．激光a以入射角i=30°射向半圆玻璃砖的圆心O，结果在水平屏幕MN上出现）画出如图光路图23.如图是一个透明圆柱介质的横截面，B、C为圆上两点。一束单色光沿AB方向入射，从c点射出，已知∠ABO＝∠BOC=1200，真空中光速c=3×108m/s。求：①光在介质中的折射率n②光在介质中传播速度v24.如图所示，玻璃棱镜ABCD可以看成是由ADE、ABE、BCD三个直角三棱镜组成．一束频率为5.3×1014Hz的单色细光束从AD面入射，在棱镜中的折射光线如图中ab所示，ab与AD面的夹角α＝60°.已知光在真空中的速度c＝3×108m/s，玻璃的折射率n＝1.5，求：(1)这束入射光线的入射角多大？(2)光在棱镜中的波长是多大？(3)该束光线第一次从CD面出射时的折射角．(结果可用三角函数表示)25.半径为R的玻璃半圆柱体,横截面如图所示,圆心为O,两条平行单色红光沿截面射向圆柱面,方向与底面垂直光线①的入射点A为圆柱面的顶点,光线②的入射点为B,∠AOB=60°,已知该玻璃对红光的折射率n=3求：(1)求两条光线经柱面和底面折射后的交点与O点的距离d；(2)若入射的是单色蓝光,则距离d比上面求得的结果是大是小?26.如图所示,直角三棱镜ABC的折射率为3,棱镜的角B为300,今有一束平行于BC边从斜边D点入射的单色光，在BC上某点E发生全反射后,从AC边上F点射出.已知BC边的长度为23d,BD的长度为d,光在真空中的传播速度为C.要求:作出光在三棱镜中的光路图;求发生全反射的点E与B点的距离;求光在三棱镜中传播的时间.27.如图所示，等腰直角三角形ABC为一个三棱镜的截面，折射率为n（n1.5），直角边AB的长为a．一束很细的单色光从AB中点垂直入射，光在真空中的传播速度为c．①在图上画出该光束在棱镜中的光路图；②求该单色光通过三棱镜的时间为多少？评卷人得分五、简答题（题型注释）评卷人得分六、作图题（题型注释）28.如图所示，一束光从空气垂直射到直角棱镜的AB面上，已知棱镜材料的折射率为1.4，画出这束光进入棱镜后的光路图（要求必须有计算步骤）评卷人得分七、辨析题（题型注释）评卷人得分八、估算题（题型注释）评卷人得分九、判断题（题型注释）评卷人得分十、证明题（题型注释）试卷答案1.C据题意，由于岀射光线和入射光线平行，则光线AB和光线BC关于法线B0对称，则法线与岀射光线和入射光线平行，所以∠ABO=30°，则折射角r=∠OAB=30°，据折射定律有：n=sin60°/sin30°=3，所以C选项正确。2.3.BCD4.①45°(2分)②不能5.6.让P2的像挡住(1分)挡住P1、P2的像(1分)挡住P3以及P1、P2的像(1分)2(2分)见解析图(2分)7.8.9.设光线在玻璃球中的折射角为θ，由折射定律得sinθ0/sinθ＝n＝2解得：θ＝30°由几何知识可知光线在玻璃球中路径的长度为L＝2Rcosθ＝3R光在玻璃的速度为v＝c/n＝2/2c光线在玻璃球中的传播时间t＝L/v＝6R/c.10.设光线在玻璃球中的折射角为θ，由折射定律得sinθ0/sinθ＝n＝2解得：θ＝30°由几何知识可知光线在玻璃球中路径的长度为L＝2Rcosθ＝3R光在玻璃的速度为v＝c/n＝2/2c光线在玻璃球中的传播时间t＝L/v＝6R/c.11.光路图如图所示（2分）设折射光线与AB的交点为D设入射角为i，折射角为r，由折射定律得：sinsininr（1分）解得030r（1分）由几何关系可知，在D点的入射角060（1分）设全发射的临界角为c，则1sincn（1分）解得045c（1分）因此，光在D点全反射。设光线的出射点为E，由几何关系得：AFaBD2030sinBDBE（1分）解得：18BEa（1分）即出射点在BC边上离B点18a的位置。12.13.①设红光和紫光的临界角分别为1C、2C，231sin11nC，601C（1分）同理2245,45CiC＜1C所以紫光在AB成发生全反射，而红光在AB面一部分折射，一部分反射，（1分）且由几何关系可知，反射光线与AC垂直，所以在AM处产生的亮斑1P为红色，在AN处产生的亮斑2P为红色与紫色的混合色（2分）②画出如图光路图，（1分）设折射角为r，两个光斑分别为1P、2P，根据折射定律irnsinsin求得36sinr……………………（2分）由几何知识可得：1tanAPRr解得261APcm……………………（1分）由几何知识可得2OAP为等腰直角三角形，解得2AP=12cm所以)22(621PPcm．……………………（2分）14.15.16.解：设临界角为C，则13sin3Cn，即45C由折射定律11sinsininr，所以130r＝1分219060irC，所以光在AO面上发生全反射。1分ⅰ．光线在AB面折射，330i1分33sin1sininr1分解得360r1分ⅱ．光线在AB面折射，垂直射向AO面，再次反射，之后光在AB面再次折射，有43ii1分由对称性4360rr1分综上所述：有两束光从AB面射出，分别为与AB面成30°角向右，与AB面成30°角斜向左上方，如图所示。17.解析：(1)设玻璃对空气的临界角为C，则sinC＝1n＝12，C＝45°.(2)如图所示，i1