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【步步高】2022高考物理大一轮复习 12.3 光的折射 全反射

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12.3 光的折射 全反射图12-3-11.华裔科学家高锟获得2022年诺贝尔物理奖,他被誉为“光纤通讯之父”.光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维,它的结构如图12-3-1所示,其内芯和外套材料不同,光在内芯中传播.下列关于光导纤维的说法中正确的是(  ).A.内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射B.内芯的折射率比外套的小,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射C.波长越短的光在光纤中传播的速度越大D.频率越大的光在光纤中传播的速度越大解析 光纤内芯比外套折射率大,在内芯与外套的界面上发生全反射,A对、B错;频率大的光波长短,折射率大,在光纤中传播速度小,C、D错.选A.本题容易.答案 A2.频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后,其光路如图12-3-2所示,下列说法正确的是(  ).图12-3-2A.单色光1的波长小于单色光2的波长B.在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度C.单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间D.单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角解析 由题图可知,光线1的折射率大,频率高,波长小,在介质中传播速度小,因而产生全反射的临界角小.选项A、D正确,B错误.设玻璃板的宽度为d,由n=,在玻璃板中传播的距离l=,传播的速度v=,所以光在玻璃板中传播的时间t===,光线1的折射角小,所经历的时间应该长,选项C错误.答案 AD图12-3-33.如图12-3-37\n所示,空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体,其内圆半径为r,外圆半径为R,R=r.现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体,只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出.设透明柱体的折射率为n,光在透明柱体内传播的时间为t,若真空中的光速为c,则(  ).A.n可能为B.n可能为2C.t可能为D.t可能为解析 只经过两次全反射可知第一次入射角为45°,反射光路图如图所示.根据全反射可知临界角C≤45°,再根据n=可知n≥;光在透明柱体中运动路程为L=4r,运动时间为t==,则t≥,C、D错误,A、B正确.答案 AB4.实验表明,可见光通过三棱镜时各色光的折射率n随波长λ的变化符合科西经验公式:n=A++,其中A、B、C是正的常量.太阳光进入三棱镜后发生色散的情形如图12-3-4所示,则(  ).图12-3-4A.屏上c处是紫光B.屏上d处是红光C.屏上b处是紫光D.屏上a处是红光解析 可见光中红光波长最长,折射率最小,折射程度最小,所以a为红光,而紫光折射率最大,所以d为紫光.答案 D5.如图12-3-5所示,两块同样的玻璃直角三棱镜ABC和A1B1C1,∠A=∠A1=30°,AC面和A1C1面平行,且A、B1、C1在一条直线上,放置在空气中,一单色细光束O垂直于AB面入射,光线从右面的三棱镜射出时,出射光线方向与入射光线O7\n的方向________(填“平行”或“不平行”).若玻璃的折射率n=,AC1两点间的距离为d,光线从右面的三棱镜A1B1面上的b点(图上未画)射出,则a、b两点间的距离s=________.图12-3-5解析 AC与A1C1间的空气相当于平行板玻璃砖,光线穿过平行板玻璃砖,出射方向与原入射方向平行.sinα=nsin30°,∠dce=α-30°=30°,∠dec=30°,ab=dcos30°=d.答案 平行 d6.如图12-3-6所示,一段横截面为正方形的玻璃棒,中间部分弯成四分之一圆弧形状,一细束单色光由MN端面的中点垂直射入,恰好能在弧面EF上发生全反射,然后垂直PQ端面射出.①求该玻璃棒的折射率.图12-3-6②若将入射光向N端平移,当第一次射到弧面EF上时________(填“能”“不能”或“无法确定能否”)发生全反射.解析 如图所示单色光照射到EF弧面上时刚好发生全反射,由全反射的条件得C=45°①由折射定律得n=②联立①②式得n=答案 ① ②能图12-3-77.在某科技馆内放置了一个高大的半圆柱形透明物体,其俯视图如图12-3-7所示,O为半圆的圆心.甲、乙两同学为了估测该透明体的折射率,进行了如下实验.他们分别站在A、O处时,相互看着对方,然后两人贴着柱体慢慢向一侧运动,到达B、C处时,甲刚好看不到乙.已知半圆柱体的半径为R,OC=0.6R,BC⊥OC7\n,则半圆柱形透明物体的折射率为多少?解析 设∠OBC=θ,透明物体的折射率为n,则sinθ==0.6,sinθ=,n=.答案 8.一束光波以45°的入射角,从AB面射入如图1-3-24所示的透明三棱镜中,棱镜折射率n=.试求光进入AB面的折射角,并在图上画出该光束在棱镜中的光路.解析 sinr===,r=30°图12-3-8由sinC==,得C=45°.光在AC面发生全反射,并垂直BC面射出.答案 r=30° 光路图如下图12-3-99.如图12-3-9所示,某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率,在平铺的白纸上垂直纸面插大头针P1、P2确定入射光线,并让入射光线过圆心O,在玻璃砖(图中实线部分)另一侧垂直纸面插大头针P3,使P3挡住P1、P2的像,连接OP3.图中MN为分界面,虚线半圆与玻璃砖对称,B、C分别是入射光线、折射光线与圆的交点,AB、CD均垂直于法线并分别交法线于A、D点.(1)设AB的长度为l1,AO的长度为l2,CD的长度为l3,DO的长度为l4,为较方便地表示出玻璃砖的折射率,需用刻度尺测量______,则玻璃砖的折射率可表示为______.(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心顺时针转过一小角度,由此测得玻璃砖的折射率将________(填“偏大”、“偏小”或“不变”).答案 (1)l1和l3 n= (2)偏大7\n图12-3-1010.用三棱镜做测定玻璃折射率的实验,先在白纸上放好三棱镜,在棱镜的一侧插入两枚大头针P1和P2,然后在棱镜的另一侧观察,调整视线使P1的像被P2挡住,接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3和P1、P2的像,在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图12-3-10所示.(1)在本题的图上画出所需的光路.(2)为了测出棱镜玻璃的折射率,需要测量的量是________,________,在图上标出它们.(3)计算折射率的公式是________.解析 (1)如图所示,画出通过P1、P2的入射光线,交AC面于O,画出通过P3、P4的出射光线交AB面于O′.则光线OO′就是入射光线P1P2在三棱镜中的折射光线.(2)在所画的图上注明入射角θ1和折射角θ2,并画出虚线部分,用量角器量出θ1和θ2(或用直尺测出线段EF、OE、GH、OG的长度).(3)n=;(或因为sinθ1=,sinθ2=,则n==).答案 见解析图12-3-1111.如图12-3-11所示,一束复色光斜射到置于空气中的厚平板玻璃(上、下表面平行)的上表面,穿过玻璃后从下表面射出,变为a、b两束平行单色光.关于这两束单色光,下列说法中正确的是(  ).A.此玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率B.在此玻璃中a光的全反射临界角小于b光的全反射临界角C.在此玻璃中a光的传播速度大于b光的传播速度D.用同一双缝干涉装置进行实验可看到a光的干涉条纹间距比b光的宽解析 本题考查光的折射.根据n=,θ1为入射角,θ2为折射角,可知玻璃对a光折射率大,故A选项错误;由临界角公式sinC=,可知折射率大的临界角小,故B选7\n项正确;由n=得v=,折射率大的传播速度小,故C选项错误;根据光的频率越大,折射率越大,对应光的波长越短,所以a光波长短;再根据条纹间距Δx=λ,故知a光的干涉条纹间距比b光的窄,故D选项错误.答案 B12.麦克斯韦在1865年发表的《电磁场的动力学理论》一文中揭示了电、磁现象与光的内在联系及统一性,即光是电磁波.(1)一单色光波在折射率为1.5的介质中传播,某时刻电场横波图像如图12-3-12甲所示,求该光波的频率.(2)图乙表示两面平行玻璃砖的截面图,一束平行于CD边的单色光入射到AC界面上,a、b是其中的两条平行光线.光线a在玻璃砖中的光路已给出.画出光线b从玻璃砖中首次出射的光路图,并标出出射光线与界面法线夹角的度数.图12-3-12解析 (1)设光在介质中的传播速度为v,波长为λ,频率为f,则f=①v=②联立①②式得f=③从波形图上读出波长λ=4×10-7m,代入数据解得f=5×1014Hz④答案 (1)5×1014Hz (2)光路图如图所示7\n图12-3-1313.一赛艇停在平静的水面上,赛艇前端有一标记P离水面的高度为h1=0.6m,尾部下端Q略高于水面;赛艇正前方离赛艇前端s1=0.8m处有一浮标,示意如图12-3-13所示.一潜水员在浮标前方s=3.0m处下潜到深度为h2=4.0m时,看到标记刚好被浮标挡住,此处看不到船尾端Q;继续下潜Δh=4.0m,恰好能看见Q.求:(1)水的折射率n;(2)塞艇的长度l.(可用根式表示)解析 (1)设过P点的光线恰好被浮标挡住时,入射角、折射角分别为:α、β,则:sinα=,①sinβ=,②n=.③由①②③得:n=.(2)潜水员和Q点连线与水平方向夹角刚好为临界角C,则:sinC==,     ④ tanC=.⑤由④⑤得:l=m≈3.3m.答案 (1) (2)3.3m7

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发布时间:2022-08-25 15:30:31 页数:7
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文章作者:U-336598

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