高考物理一輪復(fù)習(xí) 專題52 光的折射 全反射 光導(dǎo)纖維測(cè)含解析1

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1、 專題52 光的折射 全反射 光導(dǎo)纖維(測(cè)) 【滿分:110分 時(shí)間:90分鐘】 一、選擇題(本大題共12小題,每小題5分,共60分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中. 1~8題只有一項(xiàng)符合題目要求; 9~12題有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對(duì)的得5分,選對(duì)但不全的得3分,有選錯(cuò)的得0分。) 1.一束單色光從真空斜射向某種介質(zhì)的表面,光路如圖所示。下列說法中正確的是: ( ) A.此介質(zhì)的折射率等于1.5 B.此介質(zhì)的折射率等于 C.入射角小于45時(shí)可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 D.入射角小于30時(shí)可能發(fā)生全反射現(xiàn)象 【答案】B 【名師點(diǎn)睛】根據(jù)折射定律求折射率,發(fā)生全反射的

2、條件是從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)。 2.如圖所示,兩束不同的單色光P和Q射向半圓形玻璃磚,其出射光線都是從圓心O點(diǎn)沿OF方向,由此可知: ( ) A.Q光穿過該玻璃磚所需的時(shí)間比P光短 B.P光的波長(zhǎng)比Q光的波長(zhǎng)小 C.P、Q兩束光以相同的入射角從水中射向空氣,若Q光能發(fā)生全反射,則P光也一定能發(fā)生全反射 D.如果讓P、Q兩束單色光分別通過同一雙縫干涉裝置,P光形成的干涉條紋間距比Q光的大 【答案】D 【名師點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵是通過光路圖比較出折射率的大小,要掌握折射率與光速、波長(zhǎng)的關(guān)系,知道折射率越大,相應(yīng)的光的頻率越大。 3.兩種單色光由水中射向空氣時(shí)發(fā)

3、生全反射的臨界角分別為,已知,用n1、n2分別表示水對(duì)兩單色光的折射率,v1、v2分別表示兩單色光在水中的傳播速度: ( ) A. B. C. D. 【答案】A 【解析】 根據(jù),結(jié)合可得,根據(jù)公式,結(jié)合可得,故A正確; 【名師點(diǎn)睛】解決光學(xué)問題的關(guān)鍵要掌握全反射的條件、折射定律、臨界角公式、光速公式,運(yùn)用幾何知識(shí)結(jié)合解決這類問題. 4.在水(假設(shè)水為透明均勻介質(zhì))下某深處,放一點(diǎn)光源,在水面上可見到一個(gè)圓形透光圓面,若發(fā)現(xiàn)透光圓面的半徑勻速減小,則點(diǎn)光源正在: ( ) A.加速上升 B.加速下車 C.勻速上升

4、 D.勻速下沉 【答案】C 【解析】 如圖所示,當(dāng)光從水中折射進(jìn)入空氣中且折射角等于90時(shí)對(duì)應(yīng)的半徑最大,即恰好發(fā)生全反射時(shí),透光水面對(duì)應(yīng)的半徑最大.由于發(fā)生全反射時(shí)入射角的大小不變,故對(duì)應(yīng)的入射光線的方向與原來的入射光線平行,如圖,根據(jù)相似三角形知:透光面的半徑R減小時(shí),光源S到水面的距離減小,故光源在上浮. 設(shè)臨界角為C,設(shè)透光圓面的半徑勻速速度大小為,光源上升的速度為.據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)知:,得,不變,則知也不變,所以光源將勻速上升,C正確。 【名師點(diǎn)睛】光由水傳播到水面時(shí),透光面邊緣的光剛好發(fā)生了全反射.根據(jù)折射率及數(shù)學(xué)知識(shí),可求出透光圓的半徑;當(dāng)此透光水面的直徑變小時(shí),根

5、據(jù)幾何知識(shí)分析光源正在上浮還是正在下沉。 5.半徑為R的玻璃半圓柱體,截面如圖所示,圓心為O,兩束平行單色光沿截面射向圓柱面,方向與底面垂直,∠AOB=60,若玻璃對(duì)此單色光的折射率n=,則兩條光線經(jīng)柱面和底面折射后的交點(diǎn)與O點(diǎn)的距離為 : ( ) A. B. C. D.R 【答案】B 由幾何知識(shí)得:CO=CB,所以 在△OCD中可得:所求距離,故選項(xiàng)B正確。 【名師點(diǎn)睛】先根據(jù)折射定律求出光線2在玻璃半圓柱體圓弧面上和底面上的折射角,再運(yùn)用折射定律求出光線1在底面上的折射角,根據(jù)幾何知識(shí)求解即可。 6.雨后太陽光入射到水滴中

6、發(fā)生色散而形成彩虹.設(shè)水滴是球形的,圖中的圓代表水滴過球心的截面,入射光線在過此截面的平面內(nèi),a、b、c、d代表四條不同顏色的出射光線,則它們可能依次是: ( ) A.紫光、黃光、藍(lán)光和紅光 B.紫光、藍(lán)光、黃光和紅光 C.紅光、藍(lán)光、黃光和紫光 D.紅光、黃光、藍(lán)光和紫光 【答案】B 【名師點(diǎn)睛】根據(jù)折射圖象可得出各光的偏折程度,即可得出折射率的大小,則可得頻率、波長(zhǎng)等的大小時(shí)關(guān)系,即可判斷各光可能的順序. 7.如圖所示,黃光和紫光以不同的角度,沿半徑方向射向半圓形透明的圓心O,它們的出射光線沿OP方向,則下列說法中正確的是:

7、 ( ) A.AO是黃光,穿過玻璃磚所需時(shí)間短 B.AO是紫光,穿過玻璃磚所需時(shí)間短 C.AO是黃光,穿過玻璃磚所需時(shí)間長(zhǎng) D.AO是紫光,穿過玻璃磚所需時(shí)間長(zhǎng) 【答案】D 【解析】 由圖看出兩光束的折射角r相同,因BO的入射角i較大,由折射定律,得知BO的折射率較小,故BO是黃光,AO是紫光;由知,黃光在玻璃磚中傳播較大,而在玻璃中兩光的光程相等,故BO(黃光)穿過玻璃磚所需時(shí)間短,AO(紫光)穿過玻璃磚所需時(shí)間長(zhǎng).故D正確,ABC錯(cuò)誤. 故選D. 【名師點(diǎn)睛】本題考查對(duì)光的色散的理解和掌握情況.關(guān)鍵要抓住玻璃對(duì)紅光的折射率最小,紫光的折射率最大。 8.下圖是一

8、個(gè)1/4圓柱體棱鏡的截面圖,圖中E、F、G、H將半徑OM分成5等份,虛線EE1、FF1、GG1、HH1平行于半徑ON,ON邊可吸收到達(dá)其上的所有光線.已知該棱鏡的折射率n=5/3,若平行光束垂直入射并覆蓋OM,則光線: ( ) A.不能從圓孤NF1射出 B.只能從圓孤NG1射出 C.能從圓孤G1H1射出 D.能從圓孤H1M射出 【答案】B 【名師點(diǎn)睛】此題是對(duì)光的折射及全反射的考查;解題時(shí)要畫出規(guī)范的光路圖,要知道當(dāng)光從介質(zhì)射向界面時(shí),要考慮光線在界面上是否發(fā)生全反射.本題比較容易。 9.一束光從空氣射向折射率為n=的某種玻璃

9、的表面,i 代表入射角,則: ( ) A.當(dāng)i >45時(shí),會(huì)發(fā)生全反射現(xiàn)象 B.無論入射角i多大,折射角都不會(huì)超過45 C.欲使折射角等于30,應(yīng)以i =45的角度入射 D.當(dāng)tan i = 3 時(shí),反射光線跟折射光線恰好互相垂直 【答案】BC 【解析】 因?yàn)楣馐菑目諝膺M(jìn)入玻璃,不可能發(fā)生全反射.故A錯(cuò)誤.當(dāng)入射角是90時(shí),根據(jù),則α=45,所以無論入射角i是多大,折射角r都不會(huì)超過45.故B正確.當(dāng)折射角r=30,由,解得i=45.故C正確.當(dāng)反射光線跟折射光線恰好互相垂直時(shí),設(shè)入射角為i,折射角為β,有i+β=90,.所以i=arctan.故D錯(cuò)誤.故選BC。

10、 【名師點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵掌握折射定律,以及掌握全反射的條件:一從光密介質(zhì)進(jìn)入光疏介質(zhì),二是入射角大于等于臨界角。 10.如圖所示,兩束平行的甲光和乙光,相距為d,斜射到置于空氣中的矩形玻璃磚上,若光線在玻璃磚內(nèi)部重疊,當(dāng)它們從玻璃磚的下表面射出時(shí): ( ) A、若甲為紫光,乙為紅光,則兩條出射光線間距離一定大于d B、若甲為紫光,乙為紅光,則兩條出射光線間距離可能小于d C、若甲為紅光,乙為紫光,則兩條出射光線間距離可能大于d D、若甲為紅光,乙為紫光,則兩條出射光線間距離一定小于d 【答案】AC 【名師點(diǎn)睛】本題根據(jù)折射定律和光路的可逆性理解平行玻璃磚的

11、光學(xué)特性.要知道:當(dāng)光由空氣斜射進(jìn)入水中或其它透明介質(zhì)中時(shí),折射光線向法線偏折,折射角小于入射角;當(dāng)光由水中或其它透明介質(zhì)斜射進(jìn)入空氣中時(shí),折射光線遠(yuǎn)離法線偏折,折射角大于入射角。 11.如圖所示,一段呈直線的光導(dǎo)纖維,當(dāng)光線射入光導(dǎo)纖維的入射角為i時(shí),這束光剛好能全部通過光導(dǎo)纖維從另一端面射出,則: ( ) A.當(dāng)入射角大于i時(shí),光也能全部從另一端面射出 B.當(dāng)入射角小于i時(shí),光也能全部從另一端面射出 C.光導(dǎo)纖維的折射率至少為 D.光導(dǎo)纖維的折射率至少為 【答案】BC 【名師點(diǎn)睛】解決光學(xué)問題的關(guān)鍵要掌握全反射的條件、折射定律、臨界角公式、光速公式,運(yùn)用幾

12、何知識(shí)結(jié)合解決這類問題. 12.如圖所示,一束由兩種色光混合的復(fù)色光沿PO方向射向一上、下表面平行且足夠大的厚玻璃平面鏡的上表面,得到三束光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ,則: ( ) A.光束Ⅰ仍為復(fù)色光,光束Ⅱ、Ⅲ為單色光,且三束光一定相互平行 B.增大角且,光束Ⅱ、Ⅲ會(huì)靠近光束Ⅰ C.玻璃對(duì)光束Ⅲ的折射率大于對(duì)光束Ⅱ的折射率 D.減小角且,光束Ⅲ可能會(huì)由于全反射而從上表面消失 E.光束Ⅲ比光束Ⅱ更容易發(fā)生明顯衍射 【答案】ABE 【名師點(diǎn)睛】本題由于光線在玻璃中的折射率不同,可通過光的折射而產(chǎn)生了色散.要掌握光的反射定律、折射定律和光的全反射條件,熟練運(yùn)用光路性原理分

13、析光路。 二、非選擇題(本大題共4小題,第13、14題每題10分;第15、16題每題15分;共50分) 13.(10分)如圖所示為安全防盜門上觀察孔(俗稱“貓眼”),直徑為d,為了擴(kuò)大向外觀察的范圍,在孔中完全嵌入折射率為n=的玻璃,玻璃由圓柱體和頂角為60的球冠組成,貓眼的平面部分正好和安全門內(nèi)表面平齊,球冠的邊緣恰好和防盜門外表面平齊。若要讓房間里的人能看到門外全部的景象,門的厚度不能超過多少? 【答案】 【解析】 若要讓房間里的人能看到門外全部的景象,則沿平行門方向射向C處的光線能夠折射經(jīng)過A點(diǎn)即可。光路如圖所示 根據(jù)光的折射原理 可得i=30 有幾何關(guān)系知

14、 則門的厚度最大為BC=ABtan30= 【名師點(diǎn)睛】此題考查光的折射定律;作出光路圖如圖,若要讓房間里的人能看到門外全部的景象,則沿平行門方向射向C處的光線能夠折射經(jīng)過A點(diǎn)即可.根據(jù)折射定律求出折射角,由幾何知識(shí)求門的厚度;正確畫出光路圖是解答的基礎(chǔ),同時(shí)要充分運(yùn)用幾何知識(shí),輔助求解。 14.(10分)單色細(xì)光束射到折射率n=的透明球面,光束在過球心的平面內(nèi),入射角i=45,研究經(jīng)折射進(jìn)入球內(nèi)后,又經(jīng)內(nèi)表面反射一次,再經(jīng)球面折射后射出的光線,如下圖所示(圖上已畫出入射光和出射光)。 ①在圖上大致畫出光線在球內(nèi)的路徑和方向。 ②求入射光與出射光之間的夾角α 【答案】①光路如圖;②30

15、 由幾何關(guān)系及對(duì)稱性,有r=(i-r)+ α/2 (其他幾何關(guān)系得也給分) 把r=30,i=45 代入得α=30 【名師點(diǎn)睛】此題主要考察了光的折射定律;解題時(shí)畫出正確規(guī)范的光路圖是解題的關(guān)鍵,同時(shí)要充分利用幾何關(guān)系,根據(jù)光的折射定律列方程求解. 15.(15分)如圖所示為某種透明介質(zhì)的截面圖,△AOC為等腰直角三角形,OBC為半徑R=10 cm的四分之一圓弧,AB與水平屏幕MN垂直并接觸于A點(diǎn)。由紅光和紫光兩種單色光組成的復(fù)色光射向圓心O,在AB分界面上的入射角i=45,結(jié)果在水平屏幕MN上出現(xiàn)兩個(gè)亮斑。已知該介質(zhì)對(duì)紅光和紫光的折射率分別為n1=,n2=。 ①判斷在AM

16、和AN兩處產(chǎn)生亮斑的顏色;②求兩個(gè)亮斑間的距離。 【答案】①紅色和紫色的混合色;② 由幾何知識(shí)可得:,解得: 由幾何知識(shí)可得△OAP2為等腰直角三角形,解得AP2=10 cm 所以 【名師點(diǎn)睛】本題是對(duì)光的折射定律及全反射的考查;首先要能正確作出光路圖,掌握全反射的條件,并能正確應(yīng)用幾何關(guān)系和折射定律結(jié)合進(jìn)行解題。 16.(15分)一半徑為R的半圓形玻璃磚橫截面如圖137所示,O為圓心,一束平行光線照射到玻璃磚MO′面上,中心光線a沿半徑方向射入玻璃磚后,恰在O點(diǎn)發(fā)生全反射,已知∠aOM=45. (1)求玻璃磚的折射率n; (2)玻璃磚底面MN出射光束的寬度是多少?(不考慮玻璃磚MO′N面的反射) 【答案】 光線①右側(cè)的光線經(jīng)半球面折射后,射到MN面上的入射角均小于臨界角,能從MN面上射出. 最右邊射向半球的光線③與球面相切,入射角i=90.由折射定律知: 則:r=45 故光線③將垂直MN射出,所以在MN面上射出的光束寬度應(yīng)是: 【名師點(diǎn)睛】本題要掌握光的折射定律及全反射臨界角公式,要注意分析發(fā)應(yīng)全反射光線的邊界的確定,作出光路圖,靈活運(yùn)用幾何關(guān)系即可求解。 - 11 -

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