2021版高考物理一轮复习课时分层提升练五十三光的折射全反射含解析

PAGE10-光的折射全反射(建议用时45分钟)1.热反射玻璃一般是在玻璃表面镀一层或多层诸如铬、钛或不锈钢等金属或其化合物组成的薄膜,使产品呈丰富的色彩,对于可见光有适当的透射率,对红外线有较高的反射率,对紫外线有较高吸收率,因此,也称为阳光控制玻璃,主要用于建筑和玻璃幕墙,其透视方向是由光的强度决定。当室外比室内明亮时,单向透视玻璃与普通镜子相似,室外看不到室内的景物,但室内可以看清室外的景物。而当室外比室内昏暗时,室外可看到室内的景物,且室内也能看到室外的景物,其清晰程度取决于室外照度的强弱。根据以上信息和你所学过的物理知识判断,下列说法中不正确的是 ()A.热反射玻璃可以有效的阻止过强紫外线对人体的伤害B.热反射玻璃应该具有保温隔热作用C.热反射玻璃和普通玻璃一样,能有效的减弱噪声D.热反射玻璃的单向透视性不遵从光路可逆性【解析】选D。尽管热反射玻璃对紫外线有较高吸收率,能阻止过强紫外线对人体的伤害,故A正确。热反射玻璃对红外线有较高的反射率,具有保温隔热作用,故B正确。热反射玻璃和普通玻璃一样,能有效的减弱噪声,故C正确。根据题意知,当室外比室内昏暗时,室外可看到室内的景物,且室内也能看到室外的景物,说明热反射玻璃的单向透视性仍遵从光路可逆性。故D错误,本题不正确的,故选D。【补偿训练】关于下面四图,以下说法正确的是 ()A.甲图可能是单色光形成的双缝干涉图样B.在乙漫画中,由于光的折射,鱼的实际位置比人看到的要深一些C.丙图为一束含有红光、紫光的复色光c,沿半径方向射入半圆形玻璃砖,由圆心O点射出,分为a、b两束光,则用同一装置做双缝干涉实验时,用a光要比用b光条纹间距更大D.丁图是光从玻璃射入空气里时的光路图,则其入射角是60°【解析】选B。中央条纹宽,是单缝衍射的图样。故A错误。光从空气射入水中发生折射时,入射角大于折射角,鱼的实际位置比人看到的要深。故B正确。紫光的折射率比红光大,相同入射角,当光从玻璃射入空气时,紫光的折射角大,则a光束是紫光,b光束是红光。红光的波长长,干涉条纹间距大。故C错误。光从玻璃射入空气里时入射角小于折射角,故其入射角是30°。故D错误。2.如图所示,夏天,在平静无风的海面上,向远方望去,有时能看到山峰、船舶、楼台、亭阁、集市、庙宇等出现在远方的空中。沙漠里有时也会看到远处的水源、仙人掌近在咫尺,可望而不可及,这就是“蜃景”。下列有关蜃景的说法中错误的是 ()A.海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要小B.沙面上上层空气的折射率比下层空气的折射率要小C.A是蜃景,B是景物D.C是蜃景,D是景物【解析】选B。沙漠上下层空气温度比上层高,密度比上层小,故沙漠地表附近的空气折射率从下到上逐渐增大。远处的亭台楼阁、城墙古堡等发出的光线射向沙漠地表时,由于不断被折射,越来越偏离法线方向,进入上层的入射角不断增大,以致发生全反射,光线反射回空气,人们逆着光线看去,就会看到远方的景物悬在空中,而产生了“蜃景”现象,故沙漠中的“蜃景”现象的形成是由于发生了全反射。故A、C、D正确,B错误。本题选错误的,故选B。3.如图是在高山湖泊边拍摄的一张风景照片,湖水清澈见底,近处湖面水下的景物(石块、砂砾等)都看得很清楚,而远处则只看到对岸山峰和天空彩虹的倒影,水面下的景物则根本看不到。下列说法中正确的是 ()A.远处山峰的倒影非常清晰,是因为山峰的光线在水面上发生了全反射B.光线由水射入空气,光的波速变大,波长变小C.远处水面下景物的光线射到水面处,入射角很大,可能发生了全反射,所以看不见D.近处水面下景物的光线到水面处,入射角较小,反射光强而折射光弱,因此有较多的能量射出水面而进入人眼睛中【解析】选C。远处山峰的倒影非常清晰,是因为山峰的光线在水面上发生了反射,但不是全反射,因为全反射只有光从光密介质射入光疏介质时才可能发生,故A错误。光线由水射入空气,光的波速变大,频率不变,由波速公式v=λf知波长变大,故B错误。远处水面下景物的光线射到水面处,入射角很大,当入射角大于等于全反射临界角时能发生全反射,光线不能射出水面,因而看不见,故C正确。近处水面下景物的光线到水面处,入射角越小,反射光越弱而折射光越强,射出水面而进入人眼睛中能量越少,故D错误。故选C。4.每年夏季,我国多地会出现日晕现象。日晕是当日光通过卷层云时,受到冰晶的折射或反射形成的。图甲所示为一束太阳光射到六角形冰晶时的光路图,a、b为其折射出的光线中的两种单色光。下列说法正确的是 ()A.在冰晶中,b光的传播速度小B.通过同一装置发生双缝干涉,b光的相邻条纹间距大C.从同种玻璃射入空气发生全反射时,a光的临界角小D.照射同一光电管时,a光使其逸出的光电子最大初动能大【解析】选A。由图看出,太阳光射入六角形冰晶时,a光的偏折角大于b光的偏折角,由折射定律得知,六角形冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率,由v=cn知b光的传播速度小,故A正确;a光的折射率小于b光的折射率,a光的频率小于b光的频率,所以a光的波长大于b光的波长,根据Δx=Ldλ,a光相邻条纹间距大,故B错误;由临界角公式sinC=1n,a光的折射率小,a光的临界角大,故C错误;光电子的最大初动能随入射光频率的增大而增大,a光的频率小,所以a光逸出的光电子的最大初动能小,5.光在真空中的传播速度为c,在水中的传播速度为v。在平静的湖面上,距水面深h处有一个点光源,在水面上某些区域内,光能从水面射出,这个区域的面积为 ()A.πh2v2C.πh2v【解析】选A。由折射率与光速关系公式:n=cv。根据题意,作出如图所示的光路示意图,其中入射角等于临界角C,根据全反射定律:sinC=根据几何关系列式解出:r=h这个区域的面积:S=πr2=πh2c2v26.如图为一圆柱中空玻璃管,管内径为R1,外径为R2,R2=2R1。一束光线在圆柱横截面内射向玻璃管,为保证在内壁处光不会进入中空部分,则入射角i的最小值为 ()A.30° B.45°C.60° D.75°【解析】选A。光路图如图,设第一次折射角为r,全反射临界角为C,折射率为n。光线从空气进入玻璃管折射时,由折射定律有:n=sini得:sinr=sini折射光线恰好在内壁发生全反射时入射角等于临界角C,则sinC=1对图中△ABO,由正弦定理得:sin(π可得:1nR结合R2=2R1可解得:i=30°,所以为保证在内壁处光不会进入中空部分,入射角i的最小值为30°。故选A。7.如图所示,一条圆柱形的光导纤维,长为L,它的玻璃芯的折射率为n1,外层材料的折射率为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,则下列选项中正确的是(图中所标的φ为全反射的临界角) ()A.n1>n2,t=Ln1c·cosφ B.nC.n1>n2,t=Ln1c·sinφ D.n【解析】选C。如题图所示,欲使光在n1和n2的界面上发生全反射,需有:n1>n2,光在介质n1中的传播最长路程为:x=Lsinφ,传播速度为:v=故最长时间为:t=xv=Ln1csinφ,故8.如图所示,ABC为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面,该种材料的折射率n=2,AC为一半径为R的14圆弧,O为圆弧面圆心,ABCO构成正方形,在O处有一点光源。若只考虑首次从圆弧AC直接射向AB、BC的光线,从点光源射入圆弧AC的光中,有一部分不能从AB、BC面直接射出,【解析】设该种材料的临界角为C,则sinC=1解得C=30°如图所示,若沿OE方向射到AB面上的光线刚好发生全反射,则∠AOF=30°,同理,若沿OG方向射到BC面上的光线刚好发生全反射,则∠COH=30°,因此∠FOH=30°根据几何关系可得FH=112×2πR,解得FH=1答案:169.(2019·全国卷Ⅰ)如图,一艘帆船静止在湖面上,帆船的竖直桅杆顶端高出水面3m。距水面4m的湖底P点发出的激光束,从水面出射后恰好照射到桅杆顶端,该出射光束与竖直方向的夹角为(1)求桅杆到P点的水平距离;(2)船向左行驶一段距离后停止,调整由P点发出的激光束方向,当其与竖直方向夹角为45°时,从水面射出后仍照射在桅杆顶端,求船行驶的距离。【解析】(1)设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1,到P点的水平距离为x2;桅杆高度为h1,P点处水深为h2;激光束在水中与竖直方向的夹角为θ。由几何关系有x1x2由折射定律有sin53°=nsinθ ③设桅杆到P点的水平距离为x,则x=x1+x2 ④联立①②③④式并代入题给数据得x=7(2)设激光束在水中与竖直方向的夹角为45°时,从水面出射的方向与竖直方向夹角为i′,由折射定律有sini′=nsin45°⑥设船向左行驶的距离为x′,此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1′,到P点的水平距离为x2′,则x1′+x2′=x′+x ⑦x1x2联立⑤⑥⑦⑧⑨式并代入题给数据得x′=(62-3)m=5.5答案:(1)7m10.如图,一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b,波长分别为λa、λb,该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb,则 ()A.λa<λb,na>nb B.λa>λb,na<nbC.λa<λb,na<nb D.λa>λb,na>nb【解题指南】解答本题时应从以下两点进行分析:(1)相同入射角,折射率越大,偏折越明显。(2)在同种介质中,光的频率越大折射率越大。【解析】选B。由题图可知,b光偏折大,折射率大,频率大,波长小,故选B。11.在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中,其实验光路如图所示。对实验中的一些具体问题,下列说法中正确的是 ()A.为了减小作图误差,P3和P4的距离应适当取大些B.为减少测量误差,P1和P2的连线与玻璃砖界面的夹角应适当取大一些,但也不宜太大C.若玻璃砖两表面不平行,对结果会造成较大误差D.若P1、P2连线与法线NN′夹角过大,有可能在bb′面上发生全反射,所以在bb′一侧就看不到P1、P2的像【解析】选A。为了减少作图误差,P3和P4的距离应适当取大些,故A正确。为了减小测量的误差,入射角应适当大一些,则P1、P2的连线与玻璃砖界面的夹角适当小一些,故B错误。玻璃砖两表面是否平行对测量结果没有影响,故C错误。根据光路可逆性原理可知,光线一定会从下表面射出,折射光线不会在玻璃砖的bb′表面发生全反射,则即使P1、P2的距离较大,通过玻璃砖仍然可以看到P1、P2的像,故D错误。12.(2020·遵义模拟)如图所示为两个完全相同的半球形玻璃砖的截面,bc//b′c′,半径大小为R,其中OO′为两球心的连线,一细光束沿平行于OO′的方向由左侧玻璃砖外表面的a点射入,已知a点到轴线OO′的距离为32R,光束由左侧玻璃砖的d点射出、然后从右侧玻璃砖的e点射入,最后恰好在右侧玻璃砖内表面的f点发生全反射,忽略光束在各面的反射,已知两玻璃砖的折射率均为3。求(1)光束在d点的折射角;(2)e点到轴线OO′的距离。