高考物理一輪復習 專題52 光的折射 全反射 光導纖維練含解析1

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1、 專題52 光的折射 全反射 光導纖維(練) 1.如圖,一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚,在玻璃磚底面上的入射角為,經(jīng)折射后射出a、b兩束光線。則:() A.在玻璃中,光的傳播速度大于b光的傳播速度 B.在真空中,光的波長大于b光的波長 C.玻璃磚對光的折射率小于b光的折射率 D.若改變光束的入射方向使角逐漸變大,則折射光線首先消失 【答案】D 【解析】 【名師點睛】本題綜合考查了光的折射、全反射和干涉,關鍵是記住幾個公式:折射率定義公式、光速公式。 2.(多選)如圖所示,空氣中有橫截面為半圓環(huán)的均勻透明柱體,其內(nèi)圓半徑為r,外圓半徑為R,。現(xiàn)有一束單

2、色光垂直于水平端面A射入透明柱體,只經(jīng)過兩次全反射就垂直于水平端面B射出,設透明柱體的折射率為n,光在透明柱體內(nèi)傳播的時間為t,若真空中的光速為c,則:() A.n可能為 B.n可能為2 C.t可能為 D.t可能為 【答案】AB 【解析】 【名師點睛】由題意利用幾何關系作出光路圖可知第一次的入射角,即可判斷臨界角的大小,并能判斷出折射率的大小范圍;由光路圖即可得出運行時間。 3.自行車的尾燈采用了全反射棱鏡的原理,它雖然本身不發(fā)光,但在夜間騎行時,從后面開來的汽車發(fā)出的強光照到尾燈后,會有較強的光被反射回去,使汽車司機注意到前面有自

3、行車.尾燈的構造如圖所示。下面說法正確的是:() A.汽車燈光應從左面射過來,在尾燈的左表面發(fā)生全反射 B.汽車燈光應從左面射過來,在尾燈的右表面發(fā)生全反射 C.汽車燈光應從右面射過來,在尾燈的左表面發(fā)生全反射 D.汽車燈光應從右面射過來,在尾燈的右表面發(fā)生全反射 【答案】C 【解析】 汽車燈光應從右面射向自行車尾燈,光在尾燈內(nèi)部左表面發(fā)生全反射,使自行車后面的汽車司機發(fā)現(xiàn)前面有自行車,避免事故的發(fā)生;故選C。 【名師點睛】本題考查了全反射在生活中的應用,知道全反射的條件,分析清楚圖示情景即可正確解題,本題難度不大,是一道基礎題。 4.如圖甲所示是由透明材料制成的半圓

4、柱體,一束細光束由真空沿著徑向與 AB成角射入后對射出的折射光線的強度進行記錄,發(fā)現(xiàn)它隨著角的變化而變化,變化關系如圖乙所示;如圖丙所示是這種材料制成的玻璃磚,左側是半徑為 R的半圓,右側是長為4R,寬為2R的長方形,一束單色光從左側A'點沿半徑方向與長邊成45°角射入玻璃磚,求: ①該透明材料的折射率;②光線在玻璃磚中運動的總時間.(光在空氣中的傳播速度為c) 【答案】①② 【解析】 ②因為臨界角是45°,光線在玻璃磚中剛好發(fā)生5次全反射,光路圖如圖所示,則光程為:   光在器具中的傳播速度為:  光在玻璃磚中的傳播時間:

5、【名師點睛】解決本題關鍵要理解全反射現(xiàn)象及其產(chǎn)生的條件,并掌握臨界角公式,同時注意光在器具中的傳播速度與光在真空中傳播速度的不同。 5.如圖所示,某種透明材料做成的三棱鏡,其橫截面是邊長為a的等邊三角形,現(xiàn)用一束寬度為a的單色平行光束,以垂直于BC面的方向正好入射到該三棱鏡的AB及AC面上,結果所有從AB、AC面入射的光線進入后恰好全部直接到達BC面。求: A B C ①該材料對此平行光束的折射率; ②這些直接到達BC面的光線從BC面折射而出后,如果照射到一塊平行于BC面的屏上形成光斑,則當屏到BC面的距離d滿足什么條件時,此光斑分為兩條? 【答案】①;②d超過時,光斑分

6、為兩條 【解析】 ②如圖O為BC中點,緊靠B點從BC面射出的光線與直線AO交于D,由圖可知:當光屏放在D點右側時,根據(jù)對稱性,光屏上形成兩條光斑 由幾何關系有: 解得: 所以當光屏到BC距離d超過時,光斑分為兩條 【名師點睛】本題是幾何光學問題,作出光路圖是解題的關鍵之處,再運用幾何知識求出入射角和折射角,即能解決此類問題。 1.光線從真空中入射到一塊平行透明板上,入射角為40°,則反射光線和折射光線的夾角可能是:() A.小于40° B.在100°到140°之間 C.大于40°

7、 D.在40°到100°之間 【答案】B 【解析】 【名師點睛】解決本題的關鍵知道光從光疏介質(zhì)進入光密介質(zhì),折射角小于入射角,以及知道反射鏡與入射角相等。 2.如圖所示,一束白光通過玻璃棱鏡發(fā)生色散現(xiàn)象,下列說法正確的是:() A.紅光的偏折最大,紫光的偏折最小 B.紅光的偏折最小,紫光的偏折最大 C.玻璃對紅光的折射率比紫光大 D.玻璃中紫光的傳播速度比紅光大 【答案】B 【解析】 白色光經(jīng)過三棱鏡后產(chǎn)生色散現(xiàn)象,在光屏由上至下依次為紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫.由于紫光的折射率最大,所以偏折最大;紅光的折射率最小,則偏折程度最?。蔄錯誤,B

8、正確.根據(jù)折射定律得知,玻璃對紅光的折射率比紫光?。蔆錯誤.由分析可知,折射率大的在玻璃中傳播速度小,則紫光的傳播速度比紅光小.故D錯誤.故選B. 【名師點睛】從中發(fā)現(xiàn),可見光是復色光,同時得出在同一介質(zhì)中,紫光的折射率最大,紅光的折射率最小,紅光的速度最大,紫光的速度最小。 3.某同學通過實驗測定半圓形玻璃磚的折射率n。如圖甲所示,O是圓心,MN是法線,AO、BO分別表示某次測量時光線在空氣和玻璃磚中的傳播路徑。該同學測得多組入射角i和折射角r,做出sin i-sin r圖像如圖乙所示。則:() A.光由A經(jīng)O到B,n=1.5 B.光由B經(jīng)O到A,n=1.5 C.光由A經(jīng)

9、O到B,n=0.67 D.光由B經(jīng)O到A,n=0.67 【答案】B 【解析】 【名師點睛】此題是幾何光學問題,但是是用函數(shù)圖像表示的折射角和入射角正弦的關系,起碼要知道的是介質(zhì)的折射率都是大于1的,折射率等于“大角”的正弦與“小角”的正弦比值,而在空氣中的“角”比較大. 4.半徑為R的固定半圓形玻璃磚的橫截面如圖所示,O點為圓心,OO’與直徑AB垂直。足夠大的光屏CD緊靠在玻璃磚的左側且與AB垂直,一光束沿半徑方向與OO’成射向O點,光屏CD區(qū)域出現(xiàn)兩個光斑,已知玻璃的折射率為。求: (i)當變?yōu)槎啻髸r,兩光斑恰好變?yōu)橐粋€; (ii)當光束沿半徑方向與OO’成=30

10、76;射向O點時,光屏CD區(qū)域兩個光斑的距離。 【答案】(1)45°(2)(+1)R 【解析】 (1)光屏上的兩個光斑恰好變?yōu)橐粋€時,光線恰好在AB面恰好發(fā)生發(fā)全反射.則有: ;解得:θ=45° 則兩光斑間的距離為:PQ=AP+AQ=(+1)R 【名師點睛】對于幾何光學問題,關鍵要正確作出光路圖,運用折射定律和幾何知識結合進行處理;題目中兩光斑是由于光的反射和折射分別形成的,光屏上兩個光斑恰好變?yōu)橐粋€時,光線恰好在AB面恰好發(fā)生發(fā)全反射.根據(jù)臨界角公式求解。 5.李明為了測出玻璃的折射率,他在平整的白紙上放一半徑為R的半圓形玻璃磚,讓一束白光乙30&#

11、176;的入射角自圓心O射入玻璃磚,圓弧上分別有紅光和紫光射出,在白紙上標記截面MN、圓心O、兩光束的出射點A和B,移走玻璃磚,測得A、B兩點到法線的距離分別為,由此可得紫光在玻璃中的折射率為________;光在真空中的傳播速度為c,紅光在該玻璃磚中傳播時間為_________ 【答案】、 【解析】 【名師點睛】解決光學問題的關鍵要掌握全反射的條件、折射定律、臨界角公式、光速公式,運用幾何知識結合解決這類問題. 1.【2016·四川卷】某同學通過實驗測定半圓形玻璃磚的折射率n。如圖甲所示,O是圓心,MN是法線,AO、BO分別表示某次測量時光線在空

12、氣和玻璃磚中的傳播路徑。該同學測得多組入射角i和折射角r,做出sin i-sin r圖像如圖乙所示。則:() A.光由A經(jīng)O到B,n=1.5 B.光由B經(jīng)O到A,n=1.5 C.光由A經(jīng)O到B,n=0.67 D.光由B經(jīng)O到A,n=0.67 【答案】B 【名師點睛】此題是幾何光學問題,但是是用函數(shù)圖像表示的折射角和入射角正弦的關系,起碼要知道的是介質(zhì)的折射率都是大于1的,折射率等于“大角”的正弦與“小角”的正弦比值,而在空氣中的“角”比較大. 2.【2016·全國新課標Ⅰ卷】(10分)如圖,在注滿水的游泳池的池底有一點光源A,它到池邊的水平距離為3.0

13、m。從點光源A射向池邊的光線AB與豎直方向的夾角恰好等于全反射的臨界角,水的折射率為。 (i)求池內(nèi)的水深; (ii)一救生員坐在離池邊不遠處的高凳上,他的眼睛到地面的高度為2.0 m。當他看到正前下方的點光源A時,他的眼睛所接受的光線與豎直方向的夾角恰好為45°。求救生員的眼睛到池邊的水平距離(結果保留1位有效數(shù)字)。 【答案】(i)m≈2.6 m(ii)0.7 m 【解析】(i)如圖,設到達池邊的光線的入射角為i。依題意,水的折射率n=,光線的折射角θ=90°。 由折射定律有nsin i=sin θ① 由幾何關系有sin i=② 式中,l=3 m,

14、h是池內(nèi)水的深度。聯(lián)立①②式并代入題給數(shù)據(jù)得h=m≈2.6 m③ 【名師點睛】本題主要考查了光的折射定律的應用;解題關鍵是根據(jù)題意畫出完整的光路圖,然后根據(jù)光的折射定律結合幾何關系列出方程求解;此題意在考查考生應用數(shù)學處理物理問題的能力。 3.【2015·四川·3】直線P1P2過均勻玻璃球球心O,細光束a、b平行且關于P1P2對稱,由空氣射入玻璃球的光路如圖。a、b光相比:() A.玻璃對a光的折射率較大 B.玻璃對a光的臨界角較小 C.b光在玻璃中的傳播速度較小D.b光在玻璃中的傳播時間較短 【答案】C 【解析】由

15、于a、b光平行且關于過球心O的直線P1P2對稱,因此它們的入射角i相等,根據(jù)圖中幾何關系可知,b光在玻璃球中的光路偏離進入球之前方向較多,即b光的折射角γ較小,根據(jù)折射定律有:n=,所以玻璃對b光的折射率較大,故選項A錯誤;根據(jù)臨界角公式有:sinC=,所以玻璃對a光的臨界角較大,故選項B錯誤;根據(jù)折射率的定義式有:n=,所以b光在玻璃中的傳播速度v較小,故選項C正確;根據(jù)圖中幾何關系可知,a、b光進入玻璃球后,b光的光程d較大,根據(jù)勻速直線運動規(guī)律有:t=,所以b光在玻璃中的傳播時間較長,故選項D錯誤。 【名師點睛】正確求解本題的前提與關鍵是:首先要知道球面界面中,法線一定過球心,其次通過

16、作出光路圖,從圖中正確找出對應的入射角與折射角,再次熟記相應的物理規(guī)律和概念。 【方法技巧】熟記折射率定義式n=,折射定律n=、臨界角公式sinC=(前提是光由介質(zhì)進入真空或空氣中)、波長與波速和頻率(周期)間關系v(c)=λf或λ=vT 【規(guī)律總結】在光的折射中,光線便折程度越大,介質(zhì)對其折射率越大、臨界角越小、在介質(zhì)中的傳播速率越小、波長越短,值得注意的是,光(波)在進入介質(zhì)前后頻率不變。 4.【2015·重慶·11(1)】1.虹和霓是太陽光在水珠內(nèi)分別經(jīng)過一次和兩次反射后出射形成的,可用白光照射玻璃球來說明.兩束平行白光照射到透明玻璃球后,在水平的白色桌面上

17、會形成MN和PQ兩條彩色光帶,光路如題11圖1所示.M 、N、P、Q點的顏色分別為:() A.紫、紅、紅、紫 B.紅、紫、紅、紫 C.紅、紫、紫、紅 D.紫、紅、紫、紅 【答案】A 【解析】白光中的可見光部分從紅到紫排列,對同一介質(zhì)的折射率,由折射定律知紫光的折射角較小,由光路可知,紫光將到達M點和Q點,而紅光到達N點和P點,故選A。 【名師點睛】識記電磁波譜中的各種光具有三大(波長、同一介質(zhì)中的波速、臨界角)三小(頻率、能量、折射率),幾何光學部分的規(guī)律。 5.【2014·福建·13】如圖,一束光由空氣射向半圓柱體玻璃磚,O點為該玻璃磚截面的圓心,下圖能正確描述其光路圖的是:() 【答案】A 【方法技巧】幾何光學問題重點是畫出光路圖,全反射問題重點在發(fā)射全反射的條件,光密進入光梳,入射角大于或等于臨界角。 - 12 -

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