2025版高中物理第十三章專題突破與題型專練光的折射與全反射練習含解析新人教版選修3-4

PAGE7-專題突破與題型專練光的折射與全反射題型一折射定律和折射率的理解及應用1.一束單色光從空氣射向某種介質的表面,光路如圖所示.則該介質的折射率為(B)A.2.00 B.1.73C.0.58 D.0.50解析:題中單色光從空氣射向該介質時,入射角i=60°,折射角r=30°,則該介質的折射率為n=sinisinr=2.一束復色光由空氣射向一塊平行平面玻璃磚,經(jīng)折射后分成兩束單色光a,b.已知a光的頻率大于b光的頻率.下列光路圖可能正確的是(A)解析:光線經(jīng)平行平面玻璃磚兩次折射后,依據(jù)折射定律和光路可逆性原理可知出射光線與入射光線平行.a光的頻率大于b光的頻率,則玻璃磚對a光的折射率大于b光的折射率,當入射角相同時,由折射定律分析得知a光的折射角小于b光的折射角,在玻璃磚內(nèi)部,a光在b光左側,a,b光線從玻璃射向空氣的折射角相等,即通過玻璃磚后兩光線平行,故A正確.3.某探討性學習小組在探究光的折射過程中,探討折射角與入射角之間的關系,當光由空氣斜射入玻璃中時,測得試驗數(shù)據(jù)如表:序號入射角θ1折射角θ2θsinθ1-θ2sinθ1-sinθ2110°6.7°1.501.493.3°0.057220°13.3°1.501.496.7°0.112330°19.6°1.531.4910.4°0.165440°25.2°1.591.5114.8°0.217550°30.7°1.631.5019.3°0.256660°35.1°1.711.5124.9°0.291770°38.6°1.811.5031.4°0.316880°40.6°1.971.5139.4°0.334由此試驗數(shù)據(jù)可以初步得到的結論是(B)A.在誤差允許范圍內(nèi),入射角與折射角之比總是定值B.在誤差允許范圍內(nèi),入射角正弦值與折射角正弦值之比總是定值C.在誤差允許范圍內(nèi),入射角與折射角之差總是定值D.在誤差允許范圍內(nèi),入射角正弦值與折射角正弦值之差總是定值解析:由表中數(shù)據(jù)可得,在誤差允許范圍內(nèi),入射角正弦值與折射角正弦值之比總是定值.故B正確.4.如圖所示,將筷子豎直插入盛水玻璃杯內(nèi),從俯視圖中的P點沿水平方向看到的應當是下列圖中的哪個圖形(D)解析:筷子在水中部分反射的光到達P點后折射,如圖所示.筷子的上半部分偏左,下半部分更偏左,由于圓柱形盛水部分玻璃杯有放大作用,故下半部分會變粗.故選D.5.如圖所示,發(fā)出白光的細線光源ab,長度為l0,豎直放置,上端a恰好在水面以下,如圖.現(xiàn)考慮線光源ab發(fā)出的靠近水面法線(圖中的虛線)的細光束經(jīng)水面折射后所成的像,由于水對光有色散作用,若以l1表示紅光成的像的長度,l2表示藍光成的像的長度,則(D)A.l1<l2<l0 B.l1>l2>l0C.l2>l1>l0 D.l2<l1<l0解析:由視深公式h′=hn可知,線光源ab的像長l=l0因為介質的折射率n大于1,所以像長l<l0.由光的色散學問可知,水對紅光的折射率n1小于水對藍光的折射率n2,由l1=l0n1和l2=l0n6.一等腰三角形玻璃磚放在某液體中,其截面如圖所示,三個頂點分別為A,B,C,∠ABC=∠ACB=75°.AC面鍍一層反光膜.CB的延長線上有一D點,從D點放射一束光線射到AB面上的E點,從E點進入玻璃磚的光在AC面經(jīng)過第一次反射后沿原路返回.已知∠EDB=45°.求液體相對于玻璃磚的折射率.解析:過E點作AB的垂線,交AC于F,設折射光線射到AC面上的為點G,因折射進玻璃磚的光在AC面經(jīng)過第一次反射后原路返回.則可得到折射光線與AC面垂直.可得折射角∠GEF=30°由幾何關系可得入射角θ=60°依據(jù)光路可逆知,液體相對于玻璃的折射率為n=sin∠GEFsin答案:37.如圖所示,半圓形玻璃磚的半徑為R,AB邊豎直,一紙面內(nèi)的單色光束從玻璃磚的某確定點射入,入射角θ可以隨意變更,現(xiàn)要求只考慮能從AB邊折射的狀況(不考慮從AB上反射后的狀況),已知:α=45°,玻璃磚對該單色光的折射率n=2,光在真空中的速度為c.求:(1)光在玻璃磚中傳播的最短時間t;(2)能從AB邊出射的光線與AB交點的范圍寬度d.解析:(1)光在玻璃磚中傳播的速度為v=cn=2光在玻璃磚中傳播的最短距離為x=22所以最短時間為t=xv=R(2)能從AB邊出射的光線與AB交點的范圍寬度d=22答案:(1)Rc(2)2題型二全反射與折射定律的綜合應用1.夏天雨后荷葉上的水珠看起來特別透亮,晶瑩剔透,對這一現(xiàn)象有下列不同的說明,其中正確的是(C)A.水珠對光有聚集作用,起到了類似凸透鏡的作用,所以人看到的光很強,感覺很亮B.水珠對光有發(fā)散作用,所以人看到的光增多,感覺很亮C.光從水珠射向底下的荷葉時,在到達水與空氣膜的交界處,一部分光發(fā)生了全反射D.從空氣射向水珠時,在空氣與水交界處一部分光發(fā)生了全反射解析:水珠看起來特別透亮,晶瑩剔透,確定是進入人眼的光線較多,這是因為光從水珠射向底下的荷葉時,在到達水與空氣膜的交界處,一部分光發(fā)生了全反射.故C正確.2.如圖所示,置于空氣中的厚玻璃磚,AB,CD分別是玻璃磚的上、下表面,且AB∥CD,光線經(jīng)AB表面射向玻璃磚時,折射光線射到CD表面時,下列說法正確的是(A)A.不行能發(fā)生全反射B.有可能發(fā)生全反射C.只要入射角θ1足夠大就能發(fā)生全反射D.不知玻璃的折射率,無法推斷解析:據(jù)光路可逆原理可知A正確,B,C,D錯誤.3.(多選)在沒有月光的夜里,澄澈透亮寬大而安靜的水池底部中心,有一盞點亮的燈(可視為點光源).小鳥在水面上方飛,小魚在水中游,關于小鳥、小魚所見,下列說法正確的是(BD)A.小魚向上方看去,看到水面到處都是亮的B.小魚向上方看去,看到的是一個亮點,它的位置與魚的位置無關C.小鳥向下方水面看去,看到水面中部有一個圓形區(qū)域是亮的,四周是暗的D.小鳥向下方水面看去,看到的是一個亮點,它的位置與鳥的位置有關解析:畫出光路圖,由光路圖可知,距離圓心越遠越簡單發(fā)生全反射,所以只有中間圓形是亮的,池底光源發(fā)出的光線經(jīng)過水面反射后進入魚眼,交水面于O點,它的位置與魚的位置無關,故A錯誤,B正確;小鳥看燈是折射現(xiàn)象,小鳥在不同位置射入小鳥眼中的折射光線不同,折射光線的延長線在不同位置交于不同點,故C錯誤,D正確.4.現(xiàn)在高速馬路上的標記牌都用“回來反光膜”制成.夜間行車時,它能把車燈射出的光逆向返回,標記牌上的字特殊醒目.這種“回來反光膜”是用球體反射元件制成的,反光膜內(nèi)勻稱分布著一層直徑為10μm的細玻璃珠,所用玻璃的折射率為3,為使入射的車燈光線經(jīng)玻璃珠折射——反射——折射后恰好和入射光線平行,如圖所示,那么第一次入射的入射角應是(D)A.15° B.30°C.45° D.60°解析:作光路圖如圖所示,設入射角為θ,折射角為α,則θ=2α,n=sinθsinαcosα=n2=32,α=30所以θ=60°,故選項D正確.5.如圖所示,ABC是半徑為R的圓弧形光屏,ADC則是半徑為R的圓弧形軌道,它們的圓心均為O,直線AOC是它們的直徑.在光屏和軌道的中心安裝半圓形玻璃磚,玻璃磚的平直面與直徑AOC重合,在軌道ADC上安裝光源P,從光源射出的光線沿著半圓形玻璃磚的半徑射到它平直面上的中點O,在軌道上移動光源P可以變更入射光線PO與CO之間的夾角θ.現(xiàn)有兩塊尺寸相同,折射率不同的玻璃磚,在保持θ角相同時,分別安裝甲、乙玻璃磚,折射光線分別射至光屏上M點和N點,則下列說法中正確的是(C)A.甲玻璃磚的折射率小于乙玻璃磚的折射率B.光在OM段的傳播速度大于光在ON段的傳播速度C.光線沿P→O→M的傳播時間大于光線沿P→O→N的傳播時間D.移動光源P漸漸增大θ角,則折射光線將會從光屏上消逝解析:在保持θ角相同時,分別安裝甲、乙玻璃磚,折射光線分別射至光屏上M點和N點,可以看出M的偏折程度較大,即甲玻璃磚的折射率較大,則光在甲玻璃中的傳播速度v=cn較小,則在甲玻璃磚中的傳播時間較長,故A,B錯誤,C正確;移動光源P漸漸增大θ6.如圖所示,空氣中有一折射率為2的玻璃柱體,其橫截面是圓心角為90°、半徑為R的扇形OAB.一束平行光平行于橫截面,以45°入射角照耀到OA上,OB不透光.若只考慮首次入射到圓弧AB上的光,則AB上有光透出部分的弧長為(B)A.16πR B.14C.13πR D.512解析:由sinC=1n可知光在玻璃柱中發(fā)生全反射的臨界角C=45°.據(jù)折射定律可知全部光線從AO進入玻璃柱后的折射角均為30°.從O點入射后的折射光線將沿半徑從C點射出.假設從E點入射的光線經(jīng)折射后到達D點時剛好發(fā)生全反射,則∠ODE=45°.如圖所示,由幾何關系可知θ=45°,故弧長DC=147.某種透亮材料制成的空心球體的外徑是內(nèi)徑的2倍,其過球心的某截面(紙面內(nèi))如圖所示.一束單色光(紙面內(nèi))從外球面上A點入射,入射角為45°時,光束經(jīng)折射后恰好與內(nèi)球面相切.(1)求該透亮材料的折射率n;(2)欲使光束從A點入射后,恰好在內(nèi)球面上發(fā)生全反射,則應將入射角變?yōu)槎嗌俣?解析:(1)如圖1,設光束經(jīng)折射后到達內(nèi)球面上的B點,由題意知,入射角i=45°,折射角r=∠BAO由幾何關系有sinr=BOAO由折射定律有n=sin代入數(shù)據(jù)解得n