新高考物理一轮复习重难点练习专题31 光的折射、全反射（原卷版）

专题31光的折射、全反射1.理解折射率的概念，掌握光的折射定律.2.掌握发生全反射的条件并会用全反射的条件进行相关计算．考点一折射定律折射率1．折射定律(1)内容：如图所示，折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比．(2)表达式：eq\f(sinθ1,sinθ2)＝n12(n12为比例常数)．2．折射率(1)定义式：n＝eq\f(sinθ1,sinθ2).(2)计算公式：n＝eq\f(c,v).因为v<c，所以任何介质的折射率都大于1.1．对折射率的理解(1)折射率的大小不仅反映了介质对光的折射本领，也反映了光在该介质中传播速度的大小v＝eq\f(c,n).(2)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关．①同一种介质中，频率越大的光折射率越大，传播速度越小．②同一种光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同．2．光路的可逆性在光的折射现象中，光路是可逆的．如果让光线逆着原来的折射光线射到界面上，光线就会逆着原来的入射光线发生折射．3．平行玻璃砖、三棱镜和圆柱体(球)对光路的控制特点平行玻璃砖三棱镜圆柱体(球)对光线的作用通过平行玻璃砖的光线不改变传播方向，但要发生侧移通过三棱镜的光线经两次折射后，出射光线向棱镜底面偏折圆界面的法线是过圆心的直线，光线经过两次折射后向圆心偏折【典例1】（2022·山东·高三学业考试）如图所示是一束复色光进入水珠后的传播示意图，最终出射时分为两束光a、b，则a光与b光相比（）A．b光在水珠中的传播速度较大B．a光的光子动量比b光的小C．通过同一双缝干涉装置，a光的干涉条纹间距比b光的小D．若b光照射某金属表面恰好有光电子逸出，则用a光照射该金属表面一定有光电子逸出【典例2】（2022·辽宁·大连二十四中模拟预测）如图所示，甲、乙两块透明介质，折射率不同（均大于1），截面为SKIPIF1<0圆周，半径均为R，对接成半圆。一细光束从a点垂直射入甲中，在甲的边界b点发生全反射，在乙的边界d点同时发生反射和折射。不考虑光线在SKIPIF1<0界面上的反射，SKIPIF1<0，则（）A．介质甲的折射率小于乙的 B．光在甲中的频率大于在乙中的C．光在甲中的速度小于在乙中的 D．光在甲中的波长大于在乙中的考点二全反射1．光密介质与光疏介质介质光密介质光疏介质折射率大小光速小大相对性若n甲＞n乙，则甲相对乙是光密介质若n甲＜n丙，则甲相对丙是光疏介质2.全反射(1)定义：光从光密介质射入光疏介质时，当入射角增大到某一角度，折射光线消失，只剩下反射光线的现象．(2)条件：①光从光密介质射向光疏介质．②入射角大于或等于临界角．(3)临界角：折射角等于90°时的入射角．若光从介质(折射率为n)射向真空或空气时，发生全反射的临界角为C，由n＝eq\f(sin90°,sinC)，得sinC＝eq\f(1,n).介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小．3．光导纤维光导纤维的原理是利用光的全反射(如图)．分析综合问题的基本思路(1)判断光线是从光疏介质进入光密介质还是从光密介质进入光疏介质．(2)判断入射角是否大于或等于临界角，明确是否会发生全反射现象．(3)画出反射、折射或全反射的光路图，必要时还可应用光路的可逆原理画出光路图，然后结合几何知识推断和求解相关问题．【典例3】（2022·全国·高三课时练习）如图所示，a、b和c是三块平行玻璃砖，它们相互之间也平行，折射率大小为SKIPIF1<0，厚度之比ha:hb:hc=3:2:1。一束单色光从空气以入射角i射到a的上表面，其中光线的侧移量（入射光线与出射光线间的距离）分别为da、db、dc。下列说法正确的是（）A．逐渐增大i，从c下表面射出的光线将消失B．逐渐减小i，从c下表面射出的光线将消失C．在i一定时，da:dc<3:1D．在i一定时，db:dc>2:1【典例4】（2022·浙江·高三专题练习）科学家早在1966年就研究发现蓝光可引起视网膜细胞的损伤，其中波长400~450纳米的蓝光对视网膜危害程度最大，生活中的电视、电脑、手机等各类LED发光屏为了画面靓丽却往往会提升蓝光强度。如图所示，人们可用防蓝光眼镜减小蓝光对眼睛的损害，关于防蓝光镜片制作的原理可能正确的是（）A．用偏振片作为镜片，利用光的偏振将蓝光过滤B．把镜片制作得很薄，利用光的衍射将蓝光过滤C．在镜片上涂一层膜，利用光的干涉将蓝光过滤D．用折射率较大的材料做镜片，利用光的全发射将蓝光过滤考点三光的折射和全反射的综合应用1．光在三角形玻璃砖中的折射和全反射问题如图，一折射率为eq\r(3)的材料制作的三棱镜，其横截面为直角三角形ABC，∠A＝90°，∠B＝30°.一束平行光平行于BC边从AB边射入棱镜，不计光线在棱镜内的多次反射，求AC边与BC边上有光出射区域的长度的比值．2．光在球形玻璃砖中的折射和全反射问题如图，一半径为R的玻璃半球，O点是半球的球心，虚线OO′表示光轴(过球心O与半球底面垂直的直线)．已知玻璃的折射率为1.5.现有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出(不考虑被半球的内表面反射后的光线)．求：(1)从球面射出的光线对应的入射光线到光轴距离的最大值；(2)距光轴eq\f(R,3)的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离．(2)如图乙，设与光轴相距eq\f(R,3)的光线在球面B点发生折射时的入射角和折射角分别为i1和r1，【典例5】（2022·河北·模拟预测）如图所示，在真空环境中有一个半径为R，质量分布均匀的玻璃球。一束复色光沿直线BC方向射入玻璃球，在C点分成两束单色光a、b，入射角为SKIPIF1<0。a光和b光分别在玻璃球表面的E点和D点射出。已知SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，真空中的光速为c，则下列说法中正确的是（）A．若改变入射角的大小，SKIPIF1<0光束可能在玻璃球的内表面发生全反射B．若SKIPIF1<0、SKIPIF1<0光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则SKIPIF1<0光的遏止电压低C．SKIPIF1<0光在射入玻璃球后，传播速度变小，光的波长变大D．若SKIPIF1<0光的频率为SKIPIF1<0，则SKIPIF1<0光束在玻璃中的波长为SKIPIF1<0【典例6】（2022·全国·高三课时练习）有一种称为手性材料的光介质，当激光从空气射入这种材料的时候，将会分离出两种光，一种是左旋圆偏振光，其折射率为SKIPIF1<0；另一种是右旋圆偏振光，其折射率为SKIPIF1<0，其中ne为选定材料的折射率，k为大于零的参数（nL和nR均大于1），则（）A．在这种介质中左旋光的速度小于右旋光的速度B．入射角一定的情况下（大于零），左旋光的偏折程度比右旋光大C．入射角一定的情况下（大于零），k越大，左旋光与右旋光分离的现象越明显D．当左、右旋光从该材料射向空气时，左旋光的临界角小于右旋光的临界角一、单选题1．（2022·全国·高三课时练习）关于光的传播现象及应用，下列说法正确的是（）A．一束白光通过三棱镜后形成了彩色光带，是因为三棱镜对各种颜色光的折射率不同B．光导纤维内芯材料的折射率比外套材料的折射率小C．海面上的海市蜃楼将呈现倒立的像，位置在实物的上方D．一束色光从空气进入水中，波长将变短，色光的颜色也将发生变化2．（2022·全国·高三课时练习）关于生活中常见的光学现象及相关的知识，下列说法正确的是（）A．在水中，红光的传播速度小于蓝光的传播速度B．对于相同的障碍物，红光在水中比在空气中更容易发生明显的衍射现象C．太阳光通过盛满水的玻璃杯，形成彩色光谱，这是光干涉的结果D．在双缝干涉实验中，若仅将屏幕向双缝的位置移动，则相邻亮条纹的间距减小3．（2022·江苏省昆山中学模拟预测）如图所示，P、Q是两种透明材料制成的两块直角梯形的棱镜，叠合在一起组成一个长方体。某单色光沿与P的上表面成θ角的方向斜射向P，其折射光线正好垂直通过两棱镜的界面。已知材料的折射率nP<nQ，则下列说法正确的是（）A．一定有光线从Q的下表面射出B．从Q的下表面射出的光线一定与入射到P的上表面的光线平行C．光线在P中的波长小于在Q中的波长D．如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定小于θ4．（2022·北京·高三）如图，A和B两单色光，以适当的角度向半圆形玻璃砖射入，出射光线都从圆心O沿SKIPIF1<0方向射出，且这两种光照射同种金属，都能发生光电效应。那么在光电效应实验中，先后用不同光强的这两束光照射同一个光电管。若实验a中所用的A光的光强大于实验b中所用的B光的光强，实验所得光电流I与光电管两端所加电压U间的关系曲线分别以a、b表示，则下列4图中可能正确的是哪些？（）A． B．C． D．5．（2022·浙江·高三专题练习）大量处于n=5能级的氢原子向低能级跃迁时产生的a、b两种单色光照射某光电管的阴极时，测得遏止电压之比为2:1，根据该信息下列说法正确的是（

）A．在同种介质中，b光的传播速度是a光的SKIPIF1<0倍B．若b光是跃迁到n=3能级产生的，则a光可能是跃迁到n=4能级产生的C．用同样的装置做双缝干涉实验，b光束的条纹间距是a光束的两倍D．当两种光从水中射向空气时，a光的临界角小于b光的临界角6．（2022·天津·模拟预测）如图所示，光束沿SKIPIF1<0方向从某种介质射向空气，折射光线沿SKIPIF1<0方向。下列说法正确的是（）A．此介质的折射率为SKIPIF1<0B．这束光从介质进入空气后频率会增大C．这束光从介质进入空气后波长会增大D．随着入射角SKIPIF1<0增加，光线SKIPIF1<0的强度逐渐增强7．（2022·湖北·荆州中学三模）如图所示，图中阴影部分ABC为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面，该种材料对红光的折射率n=2，AC为一半径为R的四分之一圆弧，D为圆弧的圆心，ABCD构成正方形。在D处有一红色点光源，在纸面内照射弧线AC，若只考虑首次从圆弧AC直接射向AB、BC的光线，已知光在真空中速度为c，则以下说法正确的是（）A．红光在该材料中传播的速度为2cB．点光源发出的光射到AB面上的最长时间为SKIPIF1<0C．照射在AC圆弧上的入射光，有弧长为SKIPIF1<0区域的光不能从AB、BC边直接射出D．将点光源换成紫光，则AB边上有光射出的长度增大8．（2022·山东·高三专题练习）雨后彩虹是一种光学现象。当阳光照射到半空中的雨滴时，光线被折射及反射，在天空形成拱形的七彩光谱。设雨滴是球形的，图中的圆代表雨滴过球心的截面，入射光线在此截面内，a、b代表两条不同颜色的出射光线，则下列说法正确的是（）A．b光的频率大于a光的频率B．在同种介质中，a光传播速度大于b光传播速度C．通过相同的单缝，b光的衍射现象比a光更明显D．a、b光通过同一双缝干涉装置，则屏上a光的条纹间距比b光宽9．（2022·天津南开·三模）如图所示，一束由两种单色光组成的细光束沿PO方向由空气射向平行玻璃砖，通过玻璃砖后分成两条单色细光束A、B。下列说法正确的是（）A．若增大入射角i，则B光先消失B．在玻璃中A光的速度比B光的小C．无论如何改变入射角，光束A、B始终是平行的D．用同一双缝干涉实验装置分别用A、B光做实验，A光的干涉条纹间距比B光的小10．（2022·江苏省丹阳高级中学三模）如图所示，OBCD为半圆柱体玻璃的横截面，OD为直径，一束由紫光和红光组成的复色光沿AO方向从真空射入玻璃，紫光和红光分别从B、C点射出。下列说法中正确的是（）A．紫光在半圆柱体玻璃中传播速度较大B．紫光先从半圆柱体玻璃中射出C．逐渐减小入射角i，紫光先发生全反射D．逐渐减小入射角i，红光先发生全反射二、填空题11．（2022·广东·茂名市第一中学模拟预测）一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光，光路如图所示。由此可知，光导纤维对a光的折射率___________（填“大于”或“小于”）对b光的折射率，在该光导纤维中，a光的传播速度____________（填“大于”或“小于”）b光的传播速度。12．（2022·内蒙古·一模）如图所示，容器中盛有某种液体，SKIPIF1<0为液面，从A点发出一束复色光射到液面上的O点，在O点经液面折射后分为a、b两束单色光。将O点右移，__________（选填“a”或“b”）光先在液面SKIPIF1<0上发生全反射；用a光和b光分别在同一双缝干涉实验装置上做实验，a光的条纹间距________（选填“大于”、“小于”或“等于”）b光的条纹间距。13．（2022·广东茂名·二模）如图，一细束白光通过玻璃三棱镜折射后分为各种单色光，取其中a、b、c三种色光，则a、b、c三色光在玻璃三棱镜中传播，__________（选填“a”“b”或“c”）光速度最大。若这三种色光在三棱镜发生全反射，___________（选填“a”“b”或“c”）光的临界角最小。14．（2022·福建·模拟预测）有两束光线以相同入射角SKIPIF1<0通过狭缝射入玻璃砖中，已知A光在玻璃砖中的折射率SKIPIF1<0光在玻璃砖中的折射率SKIPIF1<0，两种光在玻璃砖中传播时间分别为SKIPIF1<0和SKIPIF1<0，两种光从狭缝S中射出时跟入射方向间的夹角分别为SKIPIF1<0和SKIPIF1<0，则SKIPIF1<0_________SKIPIF1<0，SKIPIF1<0________SKIPIF1<0（两空均填“>”“<”或“=”）。三、解答题15．（2022·全国·高三专题练习）一细束单色光在三棱镜SKIPIF1<0的侧面SKIPIF1<0上以大角度由D点入射（入射面在棱镜的横截面内），入射角为i，经折射后射至SKIPIF1<0边的E点，如图所示，逐渐减小i，E点向B点移动，当SKIPIF1<0时，恰好没有光线从SKIPIF1<0边射出棱镜，且SKIPIF1<0。求棱镜的折射率。16．（2022·广东·模拟预测）如图所示，一半径为R，球心为O的玻璃半球，A、B为半球的底面直径上的两端点。现有一光线从AB连线上距离O点SKIPIF1<0R的M点垂直底面射入玻璃半球，光线恰好在玻璃球面发生全反射。求玻璃半球的折射率n。17．（2