2021年高考物理一轮复习考点46光的折射全反射课件

光的折射、全反射实验：测定玻璃的折射率考点46第1步狂刷小题·夯基础题组一基础小题1．(多选)关于光的传播现象及应用，下列说法正确的是()A．一束白光通过三棱镜后形成的彩色光带是光的色散现象B．光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大C．海面上的海市蜃楼将呈现倒立的像，位置在实物的上方，又称上现蜃景D．一束色光从空气进入水中，波长将变短，色光的颜色也将发生变化E．一束白光从空气斜射进入水中，也将发生色散答案解析一束白光通过三棱镜后形成的彩色光带是光的色散现象，A正确；由全反射的条件可知，光导纤维内芯材料的折射率比外套材料的折射率大，故B正确；海面上的海市蜃楼将呈现正立的像，位置在实物的上方，又称上现蜃景，C错误；色光进入水中，光的频率不变，颜色不变，D错误；白光斜射入水中，由于水对不同色光的折射率不同，各种色光将分开，即发生色散，故E正确。解析2．(多选)如图所示，光在真空和介质的界面MN上发生偏折，那么下列说法正确的是()A．光是从真空射向介质B．介质的折射率约为1.73C．光在介质中的传播速度为1.73×108m/sD．反射光线与折射光线成60°角E．反射光线与折射光线成90°角答案解析因为折射角大于入射角，所以光是从介质射向真空，A错误；根据折射率公式n＝sin60°sin30°≈1.73，B正确；由公式n＝cv，代入数据得光在介质中的传播速度v≈1.73×108m/s，C正确；结合光的反射定律可知，反射光线与折射光线成90°角，D错误，E正确。解析3．(多选)如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABM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、BM的中点，则()A．该三棱镜对该单色光的折射率为3B．光在F点发生全反射C．光从空气进入棱镜，波长变短D．从F点出射的光束与入射到E点的光束可能平行E．从F点出射的光束与入射到E点的光束偏向角为60°答案解析在E点作出法线可知入射角为i＝60°，折射角为r＝30°，由折射定律可知该三棱镜的折射率n＝sinisinr＝3，A正确；由sinC＝1n可知全反射的临界角大于30°，由光路可知，在边BM上的入射角等于30°，小于全反射的临界角，故光在F点不会发生全反射，B错误；根据公式n＝cv＝λ空fλ介f＝λ空λ介，得λ介＝λ空n，可知光从空气进入棱镜，波长变短，C正确；三棱镜两次折射使得光线都向AM边偏折，故从F点出射的光束不会与入射到E点的光束平行，D错误；从F点出射的光束与入射到E点的光束偏向角为2(i－r)＝60°，E正确。解析4．虹和霓是太阳光在水球内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球来说明。两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带，光路如图所示，M、N、P、Q点的颜色分别为()A．紫、红、红、紫B．红、紫、红、紫C．红、紫、紫、红D．紫、红、紫、红答案解析对同一种介质，红光的折射率最小，偏折程度最小，由图可知，N、P为红色，M、Q为紫色，A正确。解析5．实验表明，可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随波长λ的变化符合科西经验公式：n＝A＋Bλ2＋Cλ4，其中A、B、C是正的常量。太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图所示。则()A．屏上c处是紫光B．屏上d处是红光C．屏上b处是紫光D．屏上a处是红光答案解析由科西经验公式可知，光的波长越长，折射率越小。太阳光经三棱镜发生色散，从红光到紫光的波长越来越短，即折射率越来越大，所以a处是红光，d处是紫光，A、B、C错误，D正确。解析6．(多选)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，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，所以若沿AO1方向射向水中的是一束紫光，折射角要小于蓝光的折射角，则折射光线可能通过B点正下方的C点，故C正确；红光的折射率小于蓝光，所以若沿AO1方向射向水中的是一束红光，折射角大于蓝光的折射角，则折射光线可能通过B点正上方的D点，故D正确；若蓝光沿AO方向射入，根据折射定律，可知折射光线会从B点下方通过，故E错误。解析7．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＝1.5B．光由B经O到A，n＝1.5C．光由A经O到B，n＝0.67D．光由B经O到A，n＝0.67答案解析由sini­sinr图象可知，同一光线sinrsini，即ri，故r为光线在空气中传播时与法线的夹角，则BO为入射光线，OA为折射光线，即光由B经O到A，折射率n＝sinrsini＝0.90.6＝1.5，故B正确，A、C、D错误。解析8．如图所示，一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上，经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气。当出射角i′和入射角i相等时，出射光线相对于入射光线偏转的角度为θ。已知棱镜的顶角为α，则计算棱镜对该色光的折射率表达式为()A．sinα＋θ2sinα2B．sinα＋θ2sinθ2C．sinθsinθ－α2D．sinαsinα－θ2答案解析设光线在AB面上的折射角为r，由几何关系有θ＝2(i－r)，α＝2r，从而求出i＝α＋θ2，r＝α2，由折射定律n＝sinisinr＝sinα＋θ2sinα2，A正确。解析9．(多选)如图是不平行玻璃砖的截面，a、b两束单色光从空气垂直玻璃砖上表面射入，在下表面上反射和折射情况如图所示，则a、b两束光()A．在同种均匀介质中传播时，b光的传播速度大B．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较大C．在真空中，a光的波长大于b光波长D．在玻璃中，nanbE．让b光以入射点为轴，逆时针转动，则b光会在玻璃砖的下表面发生全反射答案解析由图可知，a光发生了全反射，b光没有发生全反射，即a光发生全反射的临界角小于b光发生全反射的临界角，由sinC＝1n，知b光的折射率小，即nanb，故D错误；根据n＝cv，知vavb，A正确；根据n＝sinθ1sinθ2，当θ1相等时，b光的折射角较大，B正确；由于nanb，则fafb，由c＝fλ知λaλb，C错误；当b光逆时针转动时，b光在玻璃砖下表面的入射角会增大，当该角大于b光的临界角时，b光就会发生全反射，E正确。解析10．(多选)国内最长的梅溪湖激光音乐喷泉采用了世界一流的喷泉、灯光和音响设备。假设喷泉的水池中某一彩灯发出的一条光线在水面的入射角为30°，从水面上射出时的折射角是45°。则下列说法正确的是()A．光在水面发生全反射的临界角为45°B．光在水面发生全反射的临界角为60°C．被水池中7m深处的一彩灯(视为点光源)照亮的水面面积约为25m2D．被水池中7m深处的一彩灯(视为点光源)照亮的水面面积约为22m2答案解析由折射定律有n＝sin45°sin30°＝2，又n＝1sinC＝2，得该光的全反射临界角C＝45°，故A正确，B错误；作出光路图，由几何关系有R＝htanC，又S＝πR2，解得S≈22m2，故C错误，D正确。解析11.如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球。则()A．小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球B．小球所发的光能从水面任何区域射出C．小球所发的光从水中进入空气后频率变大D．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大答案解析小球在缸底的其他位置也能从侧面看到小球，A错误；光线由水射向空气时，有可能发生全反射，B错误；光在不同介质中的频率是不变的，C错误；由v＝cn可知，光在水中的速度小于在空气中的速度，D正确。解析12.如图所示，一条圆柱形的光导纤维，长为L，它的内芯的折射率为n1，内部敷层的折射率为n2，光在空气中的传播速度为c，若光从它的一端射入经全反射后从另一端射出所需的最长时间为t，这时全反射的临界角C，满足sinC＝n2n1，则下列说法中正确的是()A．n1n2，t＝n1Ln2cB．n1n2，t＝n1Ln2cC．n1n2，t＝n21Ln2cD．n1n2，t＝n21Ln2c答案解析欲使光在折射率为n1和n2介质的界面上发生全反射，需有n1n2。光在内芯中传播的最长路程为s＝LsinC，传播速度为v＝cn1，故最长时间t＝sv＝n1LcsinC＝n21Ln2c。C正确。解析13.如图所示是一个透明圆柱体的横截面，一束单色光平行于直径AB射向圆柱体，光线经过折射后恰能射到B点。已知入射光线到直径AB的距离为32R，R是圆柱体的半径。已知光在真空中的传播速度为c，则()A．该透明圆柱体的折射率为2B．该单色光从C点传播到B点的时间为3RcC．折射光线过B点时可能发生全反射D．改变入射光线到直径AB的距离，折射光线仍然能够射到B点答案解析如图所示cosθ1＝32RR＝32，即θ1＝30°，分析可得：θ2＝30°，r＝30°，i＝60°，折射率n＝sinisinr＝3，故A错误；该单色光从C到B的时间t＝CBv＝3Rcn＝3Rc，故B正确；因为sinθ2＝12sinC＝1n＝33，即θ2C，所以折射光线过B点时不能发生全反射，C错误；改变光线到直径AB的距离，i改变，假设折射光线仍能射到B点，则i＝r＋θ2＝2r，则n＝sinisinr＝sinisini2＝2cosi2变化，故假设不成立，即折射光线不能射到B点，D错误。解析14.(多选)如图，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a、b两束光线。则()A．在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度B．在真空中，a光的波长小于b光的波长C．玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D．若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，则折射光线a首先消失E．分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距答案解析由题图知，从玻璃砖射出时，入射角相同，a光的折射角大于b光的折射角，玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率，a光在玻璃中的传播速度比b光的小，a光的频率比b光的大，在真空中，a光的波长较短，a光形成的干涉条纹间距较小，A、B正确，C、E错误；a光的全反射临界角较小，当入射角θ增大时，a光先发生全反射，折射光线先消失，D正确。解析15．以往，已知材料的折射率都为正值(n0)。现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值(n0)，称为负折射率材料。位于空气中的这类材料，入射角i与折射角r依然满足sinisinr＝n，但是折射光线与入射光线位于法线的同一侧(此时折射角取负值)。现空气中有一上下表面平行的负折射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出。若该材料对此电磁波的折射率n＝－1，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是()答案解析折射光线与入射光线应位于法线的同一侧，故A、D错误。因为材料的折射率n＝－1，故在电磁波由空气进入介质时，sini＝－sinr，得i＝－r，则C错误。故选B。解析16.如图，一束白光沿半径方向从A点射入半圆形玻璃砖，在O点发生反射和折射，折射光照在光屏上，a、b为折射光的上下边界，c为反射光。若入射点由A向B缓慢移动，并保持白光沿半径方向入射到O点，可以