新高考物理一輪復習重難點練習專題31 光的折射、全反射（原卷版）

專題31光的折射、全反射1.理解折射率的概念，掌握光的折射定律.2.掌握發(fā)生全反射的條件并會用全反射的條件進行相關計算．考點一折射定律折射率1．折射定律(1)內(nèi)容：如圖所示，折射光線與入射光線、法線處在同一平面內(nèi)，折射光線與入射光線分別位于法線的兩側(cè)；入射角的正弦與折射角的正弦成正比．(2)表達式：eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n12(n12為比例常數(shù))．2．折射率(1)定義式：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2).(2)計算公式：n＝eq\f(c,v).因為v<c，所以任何介質(zhì)的折射率都大于1.1．對折射率的理解(1)折射率的大小不僅反映了介質(zhì)對光的折射本領，也反映了光在該介質(zhì)中傳播速度的大小v＝eq\f(c,n).(2)折射率的大小不僅與介質(zhì)本身有關，還與光的頻率有關．①同一種介質(zhì)中，頻率越大的光折射率越大，傳播速度越?。谕环N光，在不同介質(zhì)中雖然波速、波長不同，但頻率相同．2．光路的可逆性在光的折射現(xiàn)象中，光路是可逆的．如果讓光線逆著原來的折射光線射到界面上，光線就會逆著原來的入射光線發(fā)生折射．3．平行玻璃磚、三棱鏡和圓柱體(球)對光路的控制特點平行玻璃磚三棱鏡圓柱體(球)對光線的作用通過平行玻璃磚的光線不改變傳播方向，但要發(fā)生側(cè)移通過三棱鏡的光線經(jīng)兩次折射后，出射光線向棱鏡底面偏折圓界面的法線是過圓心的直線，光線經(jīng)過兩次折射后向圓心偏折【典例1】（2022·山東·高三學業(yè)考試）如圖所示是一束復色光進入水珠后的傳播示意圖，最終出射時分為兩束光a、b，則a光與b光相比（）A．b光在水珠中的傳播速度較大B．a(chǎn)光的光子動量比b光的小C．通過同一雙縫干涉裝置，a光的干涉條紋間距比b光的小D．若b光照射某金屬表面恰好有光電子逸出，則用a光照射該金屬表面一定有光電子逸出【典例2】（2022·遼寧·大連二十四中模擬預測）如圖所示，甲、乙兩塊透明介質(zhì)，折射率不同（均大于1），截面為SKIPIF1<0圓周，半徑均為R，對接成半圓。一細光束從a點垂直射入甲中，在甲的邊界b點發(fā)生全反射，在乙的邊界d點同時發(fā)生反射和折射。不考慮光線在SKIPIF1<0界面上的反射，SKIPIF1<0，則（）A．介質(zhì)甲的折射率小于乙的 B．光在甲中的頻率大于在乙中的C．光在甲中的速度小于在乙中的 D．光在甲中的波長大于在乙中的考點二全反射1．光密介質(zhì)與光疏介質(zhì)介質(zhì)光密介質(zhì)光疏介質(zhì)折射率大小光速小大相對性若n甲＞n乙，則甲相對乙是光密介質(zhì)若n甲＜n丙，則甲相對丙是光疏介質(zhì)2.全反射(1)定義：光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時，當入射角增大到某一角度，折射光線消失，只剩下反射光線的現(xiàn)象．(2)條件：①光從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)．②入射角大于或等于臨界角．(3)臨界角：折射角等于90°時的入射角．若光從介質(zhì)(折射率為n)射向真空或空氣時，發(fā)生全反射的臨界角為C，由n＝eq\f(sin90°,sinC)，得sinC＝eq\f(1,n).介質(zhì)的折射率越大，發(fā)生全反射的臨界角越?。?．光導纖維光導纖維的原理是利用光的全反射(如圖)．分析綜合問題的基本思路(1)判斷光線是從光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì)還是從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)．(2)判斷入射角是否大于或等于臨界角，明確是否會發(fā)生全反射現(xiàn)象．(3)畫出反射、折射或全反射的光路圖，必要時還可應用光路的可逆原理畫出光路圖，然后結合幾何知識推斷和求解相關問題．【典例3】（2022·全國·高三課時練習）如圖所示，a、b和c是三塊平行玻璃磚，它們相互之間也平行，折射率大小為SKIPIF1<0，厚度之比ha:hb:hc=3:2:1。一束單色光從空氣以入射角i射到a的上表面，其中光線的側(cè)移量（入射光線與出射光線間的距離）分別為da、db、dc。下列說法正確的是（）A．逐漸增大i，從c下表面射出的光線將消失B．逐漸減小i，從c下表面射出的光線將消失C．在i一定時，da:dc<3:1D．在i一定時，db:dc>2:1【典例4】（2022·浙江·高三專題練習）科學家早在1966年就研究發(fā)現(xiàn)藍光可引起視網(wǎng)膜細胞的損傷，其中波長400~450納米的藍光對視網(wǎng)膜危害程度最大，生活中的電視、電腦、手機等各類LED發(fā)光屏為了畫面靚麗卻往往會提升藍光強度。如圖所示，人們可用防藍光眼鏡減小藍光對眼睛的損害，關于防藍光鏡片制作的原理可能正確的是（）A．用偏振片作為鏡片，利用光的偏振將藍光過濾B．把鏡片制作得很薄，利用光的衍射將藍光過濾C．在鏡片上涂一層膜，利用光的干涉將藍光過濾D．用折射率較大的材料做鏡片，利用光的全發(fā)射將藍光過濾考點三光的折射和全反射的綜合應用1．光在三角形玻璃磚中的折射和全反射問題如圖，一折射率為eq\r(3)的材料制作的三棱鏡，其橫截面為直角三角形ABC，∠A＝90°，∠B＝30°.一束平行光平行于BC邊從AB邊射入棱鏡，不計光線在棱鏡內(nèi)的多次反射，求AC邊與BC邊上有光出射區(qū)域的長度的比值．2．光在球形玻璃磚中的折射和全反射問題如圖，一半徑為R的玻璃半球，O點是半球的球心，虛線OO′表示光軸(過球心O與半球底面垂直的直線)．已知玻璃的折射率為1.5.現(xiàn)有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光線能從球面射出(不考慮被半球的內(nèi)表面反射后的光線)．求：(1)從球面射出的光線對應的入射光線到光軸距離的最大值；(2)距光軸eq\f(R,3)的入射光線經(jīng)球面折射后與光軸的交點到O點的距離．(2)如圖乙，設與光軸相距eq\f(R,3)的光線在球面B點發(fā)生折射時的入射角和折射角分別為i1和r1，【典例5】（2022·河北·模擬預測）如圖所示，在真空環(huán)境中有一個半徑為R，質(zhì)量分布均勻的玻璃球。一束復色光沿直線BC方向射入玻璃球，在C點分成兩束單色光a、b，入射角為SKIPIF1<0。a光和b光分別在玻璃球表面的E點和D點射出。已知SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，真空中的光速為c，則下列說法中正確的是（）A．若改變?nèi)肷浣堑拇笮?，SKIPIF1<0光束可能在玻璃球的內(nèi)表面發(fā)生全反射B．若SKIPIF1<0、SKIPIF1<0光分別照射同一光電管都能發(fā)生光電效應，則SKIPIF1<0光的遏止電壓低C．SKIPIF1<0光在射入玻璃球后，傳播速度變小，光的波長變大D．若SKIPIF1<0光的頻率為SKIPIF1<0，則SKIPIF1<0光束在玻璃中的波長為SKIPIF1<0【典例6】（2022·全國·高三課時練習）有一種稱為手性材料的光介質(zhì)，當激光從空氣射入這種材料的時候，將會分離出兩種光，一種是左旋圓偏振光，其折射率為SKIPIF1<0；另一種是右旋圓偏振光，其折射率為SKIPIF1<0，其中ne為選定材料的折射率，k為大于零的參數(shù)（nL和nR均大于1），則（）A．在這種介質(zhì)中左旋光的速度小于右旋光的速度B．入射角一定的情況下（大于零），左旋光的偏折程度比右旋光大C．入射角一定的情況下（大于零），k越大，左旋光與右旋光分離的現(xiàn)象越明顯D．當左、右旋光從該材料射向空氣時，左旋光的臨界角小于右旋光的臨界角一、單選題1．（2022·全國·高三課時練習）關于光的傳播現(xiàn)象及應用，下列說法正確的是（）A．一束白光通過三棱鏡后形成了彩色光帶，是因為三棱鏡對各種顏色光的折射率不同B．光導纖維內(nèi)芯材料的折射率比外套材料的折射率小C．海面上的海市蜃樓將呈現(xiàn)倒立的像，位置在實物的上方D．一束色光從空氣進入水中，波長將變短，色光的顏色也將發(fā)生變化2．（2022·全國·高三課時練習）關于生活中常見的光學現(xiàn)象及相關的知識，下列說法正確的是（）A．在水中，紅光的傳播速度小于藍光的傳播速度B．對于相同的障礙物，紅光在水中比在空氣中更容易發(fā)生明顯的衍射現(xiàn)象C．太陽光通過盛滿水的玻璃杯，形成彩色光譜，這是光干涉的結果D．在雙縫干涉實驗中，若僅將屏幕向雙縫的位置移動，則相鄰亮條紋的間距減小3．（2022·江蘇省昆山中學模擬預測）如圖所示，P、Q是兩種透明材料制成的兩塊直角梯形的棱鏡，疊合在一起組成一個長方體。某單色光沿與P的上表面成θ角的方向斜射向P，其折射光線正好垂直通過兩棱鏡的界面。已知材料的折射率nP<nQ，則下列說法正確的是（）A．一定有光線從Q的下表面射出B．從Q的下表面射出的光線一定與入射到P的上表面的光線平行C．光線在P中的波長小于在Q中的波長D．如果光線從Q的下表面射出，出射光線與下表面所夾的銳角一定小于θ4．（2022·北京·高三）如圖，A和B兩單色光，以適當?shù)慕嵌认虬雸A形玻璃磚射入，出射光線都從圓心O沿SKIPIF1<0方向射出，且這兩種光照射同種金屬，都能發(fā)生光電效應。那么在光電效應實驗中，先后用不同光強的這兩束光照射同一個光電管。若實驗a中所用的A光的光強大于實驗b中所用的B光的光強，實驗所得光電流I與光電管兩端所加電壓U間的關系曲線分別以a、b表示，則下列4圖中可能正確的是哪些？（）A． B．C． D．5．（2022·浙江·高三專題練習）大量處于n=5能級的氫原子向低能級躍遷時產(chǎn)生的a、b兩種單色光照射某光電管的陰極時，測得遏止電壓之比為2:1，根據(jù)該信息下列說法正確的是（

）A．在同種介質(zhì)中，b光的傳播速度是a光的SKIPIF1<0倍B．若b光是躍遷到n=3能級產(chǎn)生的，則a光可能是躍遷到n=4能級產(chǎn)生的C．用同樣的裝置做雙縫干涉實驗，b光束的條紋間距是a光束的兩倍D．當兩種光從水中射向空氣時，a光的臨界角小于b光的臨界角6．（2022·天津·模擬預測）如圖所示，光束沿SKIPIF1<0方向從某種介質(zhì)射向空氣，折射光線沿SKIPIF1<0方向。下列說法正確的是（）A．此介質(zhì)的折射率為SKIPIF1<0B．這束光從介質(zhì)進入空氣后頻率會增大C．這束光從介質(zhì)進入空氣后波長會增大D．隨著入射角SKIPIF1<0增加，光線SKIPIF1<0的強度逐漸增強7．（2022·湖北·荊州中學三模）如圖所示，圖中陰影部分ABC為一透明材料做成的柱形光學元件的橫截面，該種材料對紅光的折射率n=2，AC為一半徑為R的四分之一圓弧，D為圓弧的圓心，ABCD構成正方形。在D處有一紅色點光源，在紙面內(nèi)照射弧線AC，若只考慮首次從圓弧AC直接射向AB、BC的光線，已知光在真空中速度為c，則以下說法正確的是（）A．紅光在該材料中傳播的速度為2cB．點光源發(fā)出的光射到AB面上的最長時間為SKIPIF1<0C．照射在AC圓弧上的入射光，有弧長為SKIPIF1<0區(qū)域的光不能從AB、BC邊直接射出D．將點光源換成紫光，則AB邊上有光射出的長度增大8．（2022·山東·高三專題練習）雨后彩虹是一種光學現(xiàn)象。當陽光照射到半空中的雨滴時，光線被折射及反射，在天空形成拱形的七彩光譜。設雨滴是球形的，圖中的圓代表雨滴過球心的截面，入射光線在此截面內(nèi)，a、b代表兩條不同顏色的出射光線，則下列說法正確的是（）A．b光的頻率大于a光的頻率B．在同種介質(zhì)中，a光傳播速度大于b光傳播速度C．通過相同的單縫，b光的衍射現(xiàn)象比a光更明顯D．a(chǎn)、b光通過同一雙縫干涉裝置，則屏上a光的條紋間距比b光寬9．（2022·天津南開·三模）如圖所示，一束由兩種單色光組成的細光束沿PO方向由空氣射向平行玻璃磚，通過玻璃磚后分成兩條單色細光束A、B。下列說法正確的是（）A．若增大入射角i，則B光先消失B．在玻璃中A光的速度比B光的小C．無論如何改變?nèi)肷浣?，光束A、B始終是平行的D．用同一雙縫干涉實驗裝置分別用A、B光做實驗，A光的干涉條紋間距比B光的小10．（2022·江蘇省丹陽高級中學三模）如圖所示，OBCD為半圓柱體玻璃的橫截面，OD為直徑，一束由紫光和紅光組成的復色光沿AO方向從真空射入玻璃，紫光和紅光分別從B、C點射出。下列說法中正確的是（）A．紫光在半圓柱體玻璃中傳播速度較大B．紫光先從半圓柱體玻璃中射出C．逐漸減小入射角i，紫光先發(fā)生全反射D．逐漸減小入射角i，紅光先發(fā)生全反射二、填空題11．（2022·廣東·茂名市第一中學模擬預測）一束復色光從空氣射入光導纖維后分成a、b兩束單色光，光路如圖所示。由此可知，光導纖維對a光的折射率___________（填“大于”或“小于”）對b光的折射率，在該光導纖維中，a光的傳播速度____________（填“大于”或“小于”）b光的傳播速度。12．（2022·內(nèi)蒙古·一模）如圖所示，容器中盛有某種液體，SKIPIF1<0為液面，從A點發(fā)出一束復色光射到液面上的O點，在O點經(jīng)液面折射后分為a、b兩束單色光。將O點右移，__________（選填“a”或“b”）光先在液面SKIPIF1<0上發(fā)生全反射；用a光和b光分別在同一雙縫干涉實驗裝置上做實驗，a光的條紋間距________（選填“大于”、“小于”或“等于”）b光的條紋間距。13．（2022·廣東茂名·二模）如圖，一細束白光通過玻璃三棱鏡折射后分為各種單色光，取其中a、b、c三種色光，則a、b、c三色光在玻璃三棱鏡中傳播，__________（選填“a”“b”或“c”）光速度最大。若這三種色光在三棱鏡發(fā)生全反射，___________（選填“a”“b”或“c”）光的臨界角最小。14．（2022·福建·模擬預測）有兩束光線以相同入射角SKIPIF1<0通過狹縫射入玻璃磚中，已知A光在玻璃磚中的折射率SKIPIF1<0光在玻璃磚中的折射率SKIPIF1<0，兩種光在玻璃磚中傳播時間分別為SKIPIF1<0和SKIPIF1<0，兩種光從狹縫S中射出時跟入射方向間的夾角分別為SKIPIF1<0和SKIPIF1<0，則SKIPIF1<0_________SKIPIF1<0，SKIPIF1<0________SKIPIF1<0（兩空均填“>”“<”或“=”）。三、解答題15．（2022·全國·高三專題練習）一細束單色光在三棱鏡SKIPIF1<0的側(cè)面SKIPIF1<0上以大角度由D點入射（入射面在棱鏡的橫截面內(nèi)），入射角為i，經(jīng)折射后射至SKIPIF1<0邊的E點，如圖所示，逐漸減小i，E點向B點移動，當SKIPIF1<0時，恰好沒有光線從SKIPIF1<0邊射出棱鏡，且SKIPIF1<0。求棱鏡的折射率。16．（2022·廣東·模擬預測）如圖所示，一半徑為R，球心為O的玻璃半球，A、B為半球的底面直徑上的兩端點?，F(xiàn)有一光線從AB連線上距離O點SKIPIF1<0R的M點垂直底面射入玻璃半球，光線恰好在玻璃球面發(fā)生全反射。求玻璃半球的折射率n。17．（2