2023年高三物理二轮练习25 光的折射、全反射和光的干涉（解析版）

2023年高三物理二轮高频考点冲刺突破

专题25光的折射、全反射和光的干涉

专练目标______________________________专练内容______________________________

目标1高考真题(IT—6T)

目标2光的折射和全反射(7T—12T)

目标3光的干涉(13T—18T)

【典例专练】

一、高考真题

1.下列现象能说明光是横波的是()

A.光的衍射现象B-光的折射现象

C.光的偏振现象D.光的干涉现象

【答案】C

【详解】光的偏振现象能说明光是横波。故选C。

2.如图为一用透明材料做成的中心是空的球，其中空心部分半径与球的半径之比为1:3。当细光束以30。的

入射角射入球中，其折射光线刚好与内壁相切，则该透明材料的折射率为()

A.√2B.1.5C.√3D.2

【答案】B

【详解】如图

折射角的正弦值Sinr=:1根据折射定律可得该透明材料的折射率〃=晅sin3丝0°=1.5故选B。

3Sinr

3.如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图。一细黄光束从直角边N3以角度。入射，依次经/C和

8C两次反射，从直角边/C出射。出射光线相对于入射光线偏转了α角，则α()

A

出射光

入射上＞%

A.等于90。B.大于90。

C.小于90°D.与棱镜的折射率有关

【答案】A

【详解】如图所示

*/J

设光线在/8边的折射角为£,根据折射定律可得〃=-L=设光线在8C边的入射角为。，光线在Ze边的

Sinp

入射角为，折射角为i;由反射定律和几何知识可知£+。=45。；/+2e+尸=90。联立解得〃

根据折射定律可得生i=当=«可得i=。过。点做出射光的平行线，则该平行线与AB的夹角为8,由几

sinrsinp

何知识可知,入射光与出射光的夹角为90。。故选A。

4.如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了

一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是（）

A.气泡表面有折射没有全反射

B.光射入气泡衍射形成"亮斑"

C.气泡表面有折射和全反射

D.光射入气泡干涉形成"亮纹"

【答案】C

【详解】当光从水中射到空气泡的界面处时，一部分光的入射角大于或等于临界角，发生了全反射现象；

还有一部分光折射到内壁然后再折射出去，所以水中的空气泡看起来比较亮。

故选Co

5.如图所示，水面上有一透明均质球，上半球露出水面，下半球内竖直中心轴上有红、蓝两种单色灯（可

视为点光源），均质球对两种色光的折射率分别为〃红和〃临。为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折

射（不考虑光线在球内反射后的折射），若红灯到水面的最大距离为怎：，

（1）求蓝灯到水面的最大距离；

（2）两灯都装在各自到水面的最大距离处，蓝灯在红灯的上方还是下方？为什么？

【答案】（1）∕=Jg∈+A红；（2）上方，理由见解析

V蓝

【详解】（I）为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折射，关键是光线能够从折射出去，以红光为例,

当折射角最大达到临界角。时，光线垂直水面折射出去，光路图如图所示

C1¼:

假设半球半径为贝，根据全反射定律和几何关系可知SmC红=7"=]ʤ同理可知蓝光

（2）蓝光的折射率人大于红光的折射率心，根据（1）问结果∕⅛=∖件二•团结合〃蓝＞%＞1可知

V⅛-ι

%＜颇:所以蓝灯应该在红灯的上方。

6.如图，一个半径为R的玻璃球，。点为球心。球面内侧单色点光源S发出的一束光在工点射出，出射光

线/8与球直径SC平行，6=30。。光在真空中的传播速度为c。求:

（i）玻璃的折射率；

（ii）从S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间。

【答案】⑴w=√3;（2）”生灰

C

【详解】（i）根据题意将光路图补充完整，如卜图所示

根据几何关系可知iι=θ=30。，A=60。根据折射定律有根M=Sinj2解得〃=JJ

（H）设全反射的临界角为C,则SinC=L=立光在玻璃球内的传播速度有V=-根据几何关系可知当。=45。

n3〃

时，即光路为圆的内接正方形，从S发出的光线经多次全反射回到S点的时间最短，则正方形的边长X=0A

则最短时间为f=竺=±叵

VC

二、光的折射和全反射

7.如图所示，一条光线由空气射到半圆玻璃砖表面的圆心处，玻璃砖的半圆表面上（反射面）镀有银，则

图示几个光路图中，能正确、完整地表示光线行进过程的是（）

A.B.

【答案】D

【详解】光线在圆心处发生折射和反射，一部分光线进入半圆玻璃砖，另一部分反射回空气；进入半圆玻

璃砖的那部分光线在下表面发生反射，沿原路返回到玻璃与空气的界面，又同时发生反射和折射，有一部

分光再次发生反射，射向左半部分，然后再次下表面发生反射，然后到达上表面时，再次发生反射和折射。

故选Do

8.光刻机是生产大规模集成电路的核心设备。一个光刻机的物镜投影原理简化图如图所示，三角形NBC为

一个等腰直角三棱镜，半球形玻璃砖的半径为A,球心为0,OO'为玻璃砖的对称轴。间距为百/?的两条平

行光线，从左侧垂直/8边射入三棱镜，经/C边反射后进入半球形玻璃砖，最后汇聚在硅片上M点。已知

半球形玻璃砖的折射率为G，反射光线关于轴线对称。则OM两点间距离为（）

R

A.RcD.—

∙i4

【答案】C

【详解】根据对称性，先来分析一下a光线，光路图如图

Slna

第一次折射在。点，入射角α,折射角β,根据折射率公式，有〃=—^由几何知识，可得

sinP

Sina=SinNOOE=匹又OE=叵，OD=Rma=ZODE=60°,/=30。可得NEOz）=30。第二次折射

OD2

发生在尸点，设入射角为αl折射角B'。根据折射率公式，有"=孚&又a'=;T-NE0。-£-1=30。

SIna2

_-h（）

解得夕=NOM尸=60。由三角形知识可得2I又1211/0“尸=匕1160。=#解得

Dk=KO=-----=—KQM

cos30°3

OM=0故选C。

3

9.大一同学用玻璃砖和贴纸搭建了一个魔术装置，如图（a）所示在透明玻璃砖左侧贴上贴纸，已知贴纸

与玻璃砖之间有一层很薄的空气膜。大一同学让大中同学只能在虚线MN上进行观察，大中同学发现在4

点观察时恰好看不到贴纸（在N8之间观察时可以看到贴纸）。可以认为光线沿四面八方从。点入射，如图

⑹所示。已知sin30°=Lsin60°=3,sin45°=变,sin37°=3,则玻璃砖的折射率为（）

2225

,4LL

A.-B.-√2C.√3D.1.6

【答案】B

【详解】沿着玻璃砖边缘入射的光线刚好到达4点，则由折射定律Sin半90°-=〃射到上表面的光线恰能全反射

sin，

SinC=-;。+。=90。推出C=45。；〃=收故选B。

n

10.为了研究某种透明新材料的光学性质，将其压制成半圆柱形，如图甲所示。一束激光由真空沿半圆柱

体的径向与其底面过。的法线成。角射入。CO为光学传感器，可以探测光的强度，从/8面反射回来的光

强随角。变化的情况如图乙所示.现将这种新材料制成的一根光导纤维束暴露于空气中（假设空气中的折射

率与真空相同），用同种激光从光导纤维束端面E尸射入，且光线与E尸夹角为外如图丙所示。则（）

A.图甲中若减小入射角仇则反射光线和折射光线之间的夹角也将变小

B.该新材料的折射率为0

c.若该激光在真空中波长为2,则射入该新材料后波长变为且2

2

D.若该束激光不从光导纤维束侧面外泄，贝3角需满足0°＜万＜180。

【答案】BC

【详解】A.图甲中若减小入射角仇则反射角减小，折射角也减小，则和折射光线之间的夹角将变大，选

项A错误；

B.由图乙可知，当入射角大于45。时，反射光线的强度不再变化，可知临界角为C=45。，则该新材料的折射

率为nɪɪ=√2选项B正确；

SinC

C.若该激光在真空中波长为2,则2=9射入该新材料后波长变为，=上=£=也4选项C正确；

fJ«/2

SinaI

D.若该束激光恰好不从光导纤维束侧面外泄，贝胴角需满足〃=『；〃=~;解得尸=30°

sinβsιn（90-a）

则若该束激光不从光导纤维束侧面外泄30。＜£＜150。，选项D错误。故选BC,

11.如图所示为科学家用某种透明均匀介质设计的"光环"，圆心为O,半径分别为火和2&ZB部分是超薄

光线发射板，发射板右侧各个位置均能发射出水平向右的光线，发射板左侧为光线接收器.通过控制发射光

线的位置，从C位置发射出一细单色光束，发现该光束在"光环"中的路径恰好构成一个正方形，且没有从"光

环"射出，光在真空中的速度为c,下列说法正确的是（）

B

A.只有从C位置发射的细光束才能发生全反射

B.该光束在"光环”中走过的路程为8√∑R

C."光环”对该光束的折射率可能是1.5

1CD

D.该光束在"光环"中运行的时间可能是——

c

【答案】BC

【详解】如图所示，由几何关系可知。=45。，WCD=近R,所以正方形总长度为8√∑R;全反射的临界角

158√27?Syf2Rn167?

=~≥

度为SinC=—≤sin45°故折射率n≥√2因此传播时间为'=；~选项中的结果不在范围

Yl—

n

之内，从C位置以上发射的细光束也能发生全反射，综上AD错误，BC正确。

故选BC»

12.为测量双层玻璃中间真空层的厚度，用激光笔使单色光从空气以入射角6射入玻璃，部分光线如图所示。

测得玻璃表面两出射点8、C与入射点4的距离分别为西和已知玻璃的折射率为〃，光在真空中的速度

为c。求：

(1)真空层的厚度小

(2)光从A传播到B的时间to

【详解】（1）光路图如图所示，设真空层的厚度为“，由光路图可知，/C比/8多了光线在真空层平移的

部分，由几何关系知：玉=加tan。解得：√=⅛≡⅞

2tan

（2）光在玻璃中的速度为V由〃=£得：V=£由折射定律可知”=里2则Sin/=当且从Z到8的光程为

Vnsm∕n

1-ɪ2

x

.._22'_ɪi_Xm所用时间为1=£=皿旦=旦方

ɔ-l~一二一二^^TVCcsιnυ

sinysinγsinθ

三、光的干涉

13.光刻机利用光源发出的紫外线，将精细图投影在硅片上，再经技术处理制成芯片。为提高光刻机投影

精细图的能力，在光刻胶和投影物镜之间填充液体，提高分辨率，如图所示。若浸没液体的折射率为1.65,

当不加液体时光刻胶的曝光波长为193nm,则加上液体后（）

A.紫外线进入液体后波长变短，光子能量增加

B.传播相等的距离，在液体中所需的时间变为原来的正

C.紫外线在液体中比在空气中更容易发生衍射，能提高分辨率

D.在液体中的曝光波长约为117nm

【答案】D

【详解】D.紫外线在液体中的波长;I'="=山∙nmall7nm故D正确；

n1.65

A.紫外线进入液体频率不变，根据E=∕n/可知光子能量不变，根据D选项分析可知波长变短，故A错误;

Jt.—_L_—__1_.6__5_Λ—__3_3t

B.设传播L距离，在真空中的时间f=4在液体中所需的时间c-C一20故B错误；

C

n

C.由A选项分析可知紫外线在液体中波长变短，更不容易发生衍射，故C错误。

故选D。

14.劈尖干涉是一种薄膜干涉，如图甲所示，将一块平板玻璃α放置在另一玻璃板6上，在一端夹入两张

纸片，当黄光从上方入射后，从上往下可以观察到如图乙所示的干涉条纹。则（）

A.任意相邻的亮条纹中心位置下方的空气膜厚度差相等

B.弯曲条纹中心位置下方的空气膜厚度不相等

C.若抽去一张纸片，条纹变密

D.若换用蓝光从上方入射，条纹变疏

【答案】A

【详解】A.光在空气膜中的光程差为∆x=2”即光程差为空气层厚度的2倍，当光程差Ax="/

此处表现为亮条纹，当光程差为©='此处表现为暗条纹，所以任意相邻的亮条纹中心位置下方的空

气膜厚度差相等，A正确；

B.根据A的分析可知：弯曲条纹中心位置下方的空气膜厚度相等，B错误：

C.当光程差AX=3时此处表现为亮条纹，则相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为;/1,显然抽去一张纸后

空气层的倾角变小，故相邻两条纹之间的距离变大，干涉条纹变稀疏了，C错误:

D.当光程差Ax="/时此处表现为亮条纹，则相邻亮条纹之间的空气层的厚度差为;2,蓝光的波长小于黄

光的波长，则换用蓝光从上方入射，条纹变密集，D错误。故选A。

15.某一质检部门为检测一批矿泉水的质量，利用干涉原理测定矿泉水的折射率。方法是将待测矿泉水填

充到特制容器中（不考虑器壁对光的影响），放置在双缝与荧光屏之间（之前为空气），如图所示，特制容

器未画出，通过比对填充后的干涉条纹间距X2和填充前的干涉条纹间距X/就可以计算出该矿泉水的折射率。

若实验测得双缝间距"=0.4mm,缝屏间距A=0.6m,x∕=0.75mm,&=0.6Omm,则该矿泉水的折射率为（）

C.1.45D.1.50

【答案】A

【详解】由双缝干涉条纹间距公式可得χ=⅜λ根据折射率表达式，有*=£=4可知石=,

aVλd

X,=人∕l=L4解得〃=工=1.25故选A。

ddnX2

16.G、G为放在水平面上的高度略有差别的两个长方体，为了检查这两个长方体的上表面是否相互平行,

检测员用一块标准的平行透明平板7压在G∣、5的上方，T与G、、5支架分别形成尖劈形空气层，如图所

示。G、G的上表面与平板的夹角分别为α和尸，尸为平板7上表面上的一点。用单色光从上方照射平板

T,G、。的上方都能观察到明显的干涉条纹可以推知（）

A.若a=0,则Gl上方的干涉条纹间距小于。上方的干涉条纹间距

B.若a>β,则Gl上方的干涉条纹间距大于&上方的干涉条纹间距

C.若将G-伉的间距缩短些，则Gl上方的干涉条纹分布变得更密

D.若在尸处用较小的力下压平板7,则Gl上方的干涉条纹分布变密

【答案】C

【详解】AB.设有一物体上表面与平板的夹角6,相邻亮条纹的间距为A3由空气薄膜干涉条件，则有

2

2ΔLtan0=Λ;ΔΛ=肃万则若α=6,则Gl上方的干涉条纹间距等于G?上方的干涉条纹间距，若a>β,

则Gl上方的干涉条纹间距小T-G2上方的干涉条纹间距，故AB错误：

C.若将G、&的间距缩短些，α增大，则Gl上方的干涉条纹分布变得更密，故C正确；

D.若尸在两长方体间，在P处用较小的力下压平板T,α减小，则Gl上方的干涉条纹分布变疏，故D错误。

故选C。

17."用双缝干涉测量光的波长”的实验示意图如图所示，双缝S/和S间距为0.80mm,双缝到屏的距离为

0.80mO波长为50Onm的单色平行光垂直入射到双缝与和S2上，在屏上形成干涉条纹，中心轴线。。，上方

第1条亮纹中心位置在P/处，第3条亮纹中心位置在P?处。现有1号、2号虫子分别从S/和为出发以相

同速度沿垂直屏方向飞行，1号虫子到达屏后，沿屏直线爬行到P/,2号虫子到达屏后，沿屏直线爬行到

Pz假设两条虫子爬行速率均为l×10∙3m∕s,下列说法正确的是()

•。2

•Pl

匚O'

A.1号虫子运动路程比2号短

B.两只虫子运动的时间差为0.2S

C.两只虫子运动的时间差为IQS

D.1号虫子运动的路程比2号长

【答案】AB

【详解】AD.由题意，结合干涉条纹的宽度公式AFt7可知，该光的干涉条纹的宽度

a

AX=