（适用于新高考新教材）高考物理一轮总复习第13章光学课时规范练37光的折射全反射

课时规范练37光的折射全反射基础对点练1.(对折射率的理解)下表是在20℃时,波长为589.3nm的光在几种介质中的折射率,根据表中数据结合所学知识,下列判断正确的是()表:几种介质的折射率(λ=589.3nm,t=20℃)介质折射率介质折射率金刚石2.42玻璃1.5~1.8氯化钠1.54水1.33二硫化碳1.63水晶1.55酒精1.36空气1.00028A.这种波长的光在玻璃中的速度大于在水中的速度B.水晶对不同颜色的光的折射率都是1.55C.这种波长的光从玻璃射入水中可能发生全反射D.这种波长的光从水射入空气比从水晶射入空气更容易发生全反射2.(折射定律的应用)如图所示,一束激光照射在横截面为正方形的透明玻璃柱上,光线与横截面平行,则透过玻璃柱的光线可能是图中的()A.① B.②C.③ D.④3.(光的折射)在一次讨论中,老师问道:“假如水中相同深度处有a、b、c三种不同颜色的单色点光源,有人在水面上方同等条件下观测发现,b在水下的像最深,c照亮水面的面积比a的大,关于这三种光在水中的性质,同学们能做出什么判断?”有同学回答如下:①c光的频率最大;②a光的传播速度最小;③b光的折射率最大;④a光的波长比b光的短。根据老师的假定,以上回答正确的是()A.①② B.①③C.②④ D.③④4.(光的折射和全反射)(2023广东模拟)水下一点光源发出a、b两单色光,人在水面上往下看,如图所示,水面中心Ⅰ区域有a光、b光射出,Ⅱ区域只有a光射出。下列判断正确的是()A.a、b光从Ⅰ区域某点倾斜射出时,a光的折射角小B.在真空中,a光的波长小于b光的波长C.水对a光的折射率大于对b光的折射率D.水下b光不能射到图中Ⅱ区域5.(全反射)(2022湖北襄阳期末)右图为一边长为a的立方体透明物质,在EFGH面的正中心有一点光源,可向各个方向射出单色光,在ABCD面上有光射出的范围的面积为π3a2(不考虑光在其他面上的反射),则这种透明物质对此单色光的折射率等于(A.2 B.2C.3 D.36.(全反射)如图所示,泳池底部半球形玻璃罩半径为r,内为空气,其球心处有一个点光源S。S发射的光通过罩内空气穿过厚度不计的玻璃罩,进入水中,最后有部分光线折射出水面,在水面形成圆形光斑。(1)水深h=2m,水对光的折射率取43,计算光斑的直径d(2)若光源发出的是白光,考虑到色散,问出射水面的光斑边缘颜色为红色还是紫色,并说明理由。7.(光的折射和全反射)右图是一个水平横截面为圆形的平底玻璃缸,玻璃缸深度为2h,缸底面圆心处有一单色点光源S,缸中装有某种液体,深度为h,O点为液面的圆心,OS垂直于水平面。用面积为πh2的黑纸片覆盖在液面上,则液面上方恰好无光线射出。若在上述黑纸片上,以O为圆心剪出一个面积为13πh2素养综合练8.(2022辽宁卷)完全失重时,液滴呈球形,气泡在液体中将不会上浮。如图所示,若气泡与水球同心,在过球心O的平面内,用单色平行光照射这一水球。下列说法正确的是()A.此单色光从空气进入水球,频率一定变大B.此单色光从空气进入水球,频率一定变小C.若光线1在M处发生全反射,光线2在N处一定发生全反射D.若光线2在N处发生全反射,光线1在M处一定发生全反射9.(2022山东卷)柱状光学器件横截面如图所示,OP右侧是以O为圆心,半径为R的14圆,左侧是直角梯形,AP长为R,AC与CO夹角为45°,AC中点为B。a、b两种频率的细激光束,垂直AB面入射,器件介质对a、b光的折射率分别为1.42、1.40。保持光的入射方向不变,入射点从A向B移动过程中,能在PM面全反射后,从OM面出射的光是(不考虑三次反射以后的光)(A.仅有a光B.仅有b光C.a、b光都可以D.a、b光都不可以10.如图甲所示,某种油量计是由许多透明等厚的薄塑料片叠合而成的,每个薄片的形状如图乙所示,其底部为等腰直角三角形,薄片的长度不等。把这一油量计固定在油箱内,通过观察窗口可以清晰看到油量计的上表面有一条明暗分界线,从而可知箱内剩余油的多少。已知薄塑料片的折射率为n,且小于油的折射率,当油箱中有半箱油时,油量计的上表面()A.左明右暗,且n>2B.左明右暗,且n<2C.左暗右明,且n>2D.左暗右明,且n<211.角反射器是由三个互相垂直的反射平面所组成,入射光束被它反射后,总能沿原方向返回,自行车尾灯也用到了这一装置。如图所示,自行车尾灯左侧面切割成角反射器阵列,为简化起见,假设角反射器的一个平面平行于纸面,另两个平面均与尾灯右侧面成45°夹角,且只考虑纸面内的入射光线。为使垂直于尾灯右侧面入射的光线在左侧面发生两次全反射后沿原方向返回,尾灯材料的折射率要满足什么条件?12.如图所示,一长方体透明玻璃砖在底部挖去半径为R的半圆柱,玻璃砖长为L。一束单色光垂直于玻璃砖上表面射入玻璃砖,且覆盖玻璃砖整个上表面,已知该单色光在玻璃砖中的折射率为n=2,真空中光速c=3.0×108m/s,求:(1)单色光在玻璃砖中的传播速度;(2)半圆柱面上有光线射出的表面积。答案：课时规范练37光的折射全反射1.C解析:从表中可得出在20℃时玻璃对光的折射率在1.5~1.8,水对光的折射率为1.33,根据v=cn可知这种光在玻璃中的速度小于在水中的速度,故A错误;在20℃,水晶对波长为589.3nm的光的折射率为1.55,故B错误;玻璃对光的折射率大于水对光的折射率,则这种波长的光从玻璃射入水的过程,即从光密介质射向光疏介质,故可能发生全反射,故C正确;根据n=12.C解析:根据折射定律有n=sini1sinr1,n>1,解得i1>r1,所以折射光线向右偏折;根据折射定律有n=sini2sinr2,3.C解析:频率最小的光,水对它的折射率最小,在水下的像最深,所以b的折射率最小,频率最小,波长最大,传播速度最大,③错误,④正确;照亮水面的圆面积的半径R与临界角C满足tanC=Rh,又sinC=1n,c照亮水面的面积比a的大,则c的临界角大,水对c的折射率小,所以a的折射率最大,a的频率最大,a的传播速度最小,①错误,4.A解析:根据题述,b光发生全反射的临界角较小,由sinC=1n,可知水对b光的折射率较大,对a光的折射率较小,a、b光从Ⅰ区域某点倾斜射出时,a光的折射角小,A项正确,C项错误;由折射率随光的频率的增大而增大可知,a光的频率较小,波长较长,B项错误;水下b光能射到题图中Ⅱ区域,由于在题图中Ⅱ区域发生了全反射,b光不能射出水面,Ⅱ区域只有a5.B解析:在ABCD面上有光射出的区域边缘单色光恰好发生全反射,入射角等于临界角C,如图所示。设在ABCD面上有光射出的圆形区域半径为r,则πr2=π3a解得r=33由几何知识可得tanC=ra=3由sinC=1n得n=1sin6.答案:(1)1277m解析:(1)从S点发出的光线射向球形玻璃罩边缘时沿直线射向水中,然后射到空气和水的分界面,若恰能发生全反射,则sinC=1则光斑直径d=2htanC解得d=2hn2-(2)因红光的折射率最小,则临界角最大,出射水面的光斑面积大,则出射水面的光斑边缘颜色为红色。7.答案:4+233π解析:用面积为S1=πh2的黑纸片覆盖在液面上,液面上方恰好无光线射出,则从点光源S发出的光线射到黑纸片的边缘处恰发生全反射,临界角为C,光路图如图甲所示。甲S1=πr12=π由几何关系得tanC=r由全反射知识有sinC=1解得n=2剪出一个面积为S2=13πh2圆孔后,设透光部分的半径为r2,射出光线的最大入射角为i,对应的折射角为θ乙S2=πr22=由几何关系得tani=r根据折射定律有n=sin缸口的最小半径为r3=r2+htanθ缸口的最小面积为S3=πr解得S3=4+233πh8.C解析:光的频率是由光源决定的,与介质无关,频率不变,故A、B错误;由题图可看出光线1入射到水球的入射角小于光线2入射到水球的入射角,则光线1在水球外表面折射后的折射角小于光线2在水球外表面折射后的折射角,设水球半径为R、气泡半径为r、光线经过水球后的折射角为α、光线进入气泡的入射角为θ,根据几何关系有sin(π-θ)9.A解析:画出临界光路如图所示,从A点垂直于AB面入射的光,沿直线传播到O点,经第一次反射沿半径方向直线传播出去。从B点垂直于AB面入射的光,经CO反射恰好过P点。当全反射临界角为C=45°时,n=1sinC=2=1.414,因为a光折射率大于1.414,根据sinCa=1na,可得Ca<45°,能在PM面发生全反射。同理可得b光的全反射临界角Cb>45°,不能在PM面发生全反射,选项B、C错误。当a光在PM面发生全反射时,设在PM面的入射角为α,在OM面的入射角为θ,根据几何关系可得θ=2α45°,可得当α<45°时,θ<10.A解析:在右侧,塑料薄片插入油中,由于油的折射率大于塑料的折射率,光线在塑料和油的界面处发生折射进入油中,看起来是暗的;而在左侧塑料的折射率又大于空气的折射率,光线在塑料和空气的界面处发生全反射,返回油量计的上端面并射出,故人看起来是明亮的。所以是左明右暗。要使光线在塑料和空气的界面处发生全反射,临界角必须满足C<45°,根据临界角公式sinC=1n,解得n=1sinC>11.