高考物理一轮复习第十三章光学电磁波相对论第1课时光的折射全反射习题.docx
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高考物理一轮复习第十三章光学电磁波相对论第1课时光的折射全反射习题
第十三章光学电磁波相对论(第1课时)光的折射全反射
1.光的折射定律Ⅱ
2.折射率Ⅰ
3.全反射、光导纤维Ⅰ
4.光的干涉、衍射和偏振现象Ⅰ
5.变化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场、电磁波
及其传播Ⅰ
6.电磁波的产生、发射和接收Ⅰ
7.电磁波谱Ⅰ
8.狭义相对论的基本假设Ⅰ
9.质速关系、质能关系Ⅰ
10.相对论质能关系式Ⅰ
实验十四:
测定玻璃的折射率
实验十五:
用双缝干涉测量光的波长
1.本章考查的热点是光的折射和全反射,光的干涉、衍射和偏振现象,电磁波的产生和传播,电磁波谱等问题,题型以选择题和填空题为主,难度中等偏下,其中对光的折射与全反射的综合,也常以计算题的形式考查.
2.分析几何光学中的折射、全反射和临界角问题时,应注意与实际应用的联系,作出正确的光路图;光和相对论部分,以考查基本概念及对规律的简单理解为主,不可忽视任何一个知识点,光的干涉限于双缝干涉、薄膜干涉问题.
一、光的折射 全反射
1.折射现象
光从一种介质斜射进入另一种介质时传播方向改变的现象.
2.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:
=n.
(3)在光的折射现象中,光路是可逆的.
3.折射率
(1)折射率是一个反映介质的光学性质的物理量.
(2)定义式:
n=.
(3)计算公式:
n=,因为v (4)当光从真空(或空气)射入某种介质时,入射角大于折射角;当光由介质射入真空(或空气)时,入射角小于折射角. 4.全反射现象 (1)条件: ①光从光密介质射入光疏介质. ②入射角大于或等于临界角. (2)现象: 折射光完全消失,只剩下反射光. 5.临界角 折射角等于90°时的入射角,用C表示,sinC=. 二、光的色散 1.光的色散现象: 含有多种颜色的光被分解为单色光的现象. 2.光谱: 含有多种颜色的光被分解后,各种色光按其波长的有序排列. 3.光的色散现象说明. (1)白光为复色光. (2)同一介质对不同色光的折射率不同,频率越大的色光折射率越大. (3)不同色光在同一介质中的传播速度不同,波长越短,波速越慢. 4.棱镜. (1)含义: 截面是三角形的玻璃仪器,可以使光发生色散,白光的色散表明各色光在同一介质中的折射率不同. (2)三棱镜对光线的作用: 改变光的传播方向,使复色光发生色散. 1.光的传播方向发生改变的现象叫光的折射.(×) 2.折射率跟折射角的正弦成正比.(×) 3.入射角足够大,也不一定能发生全反射.(√) 4.若光从空气中射入水中,它的传播速度一定增大.(×) 5.无论是折射光路,还是全反射光路都是可逆的.(√) 6.已知介质对某单色光的临界角为C,则该介质的折射率等于.(√) 7.密度大的介质一定是光密介质.(×) 8.在同一种介质中,光的频率越大,折射率越大.(√) 1.(2015·重庆卷)虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的,可用白光照射玻璃球来说明.两束平行白光照射到透明玻璃球后,在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带,光路如图所示.M、N、P、Q点的颜色分别为( ) A.紫、红、红、紫 B.红、紫、红、紫 C.红、紫、紫、红D.紫、红、紫、红 解析: 白光中的可见光部分从红到紫排列,对同一介质的折射率n紫>n红,由折射定律知紫光的折射角较小,由光路可知,紫光将到达M点和Q点,而红光到达N点和P点,故选A. 答案: A 2.(2015·福州模拟)如图所示,一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖,O点为该玻璃砖截面的圆心,下图能正确描述其光路的是( ) 解析: 光从玻璃砖射向空气时,如果入射角大于临界角,则发生全反射;如果入射角小于临界角,则在界面处既有反射光线,又有折射光线,但折射角应大于入射角,选项A正确,选项C错误;当光从空气射入玻璃砖时,在界面处既有反射光线,又有折射光线,且入射角大于折射角,选项B、D错误. 答案: A 3.(多选)(2016·青岛模拟)如图所示,实线为空气和水的分界面,一束蓝光从空气中的A点沿AO1方向(O1点在分界面上,图中O1点和入射光线都未画出)射向水中,折射后通过水中的B点,图中O点为A、B连线与分界面的交点,下列说法正确的是( ) A.O1点在O点的右侧 B.蓝光从空气中射入水中时,速度变小 C.若沿AO1方向射向水中的是一束紫光,则折射光线有可能通过B点正下方的C点 D.若沿AO1方向射向水中的是一束红光,则折射光线有可能通过B点正上方的D点 E.若蓝光沿AO方向射向水中,则折射光线有可能通过B点正上方的D点 解析: 由折射定律n=知,蓝光从空气射向水中,入射角比折射角大,O1点在O点的左侧,选项A错误;由v=知,蓝光进入水中的速度变小,选项B正确;若沿AO1方向射向水中的是一束紫光,紫光折射率大,折射角小,则折射光线有可能通过B点正下方的C点,选项C正确;若沿AO1方向射向水中的是一束红光,红光折射率小,折射角大,则折射光线有可能通过B点正上方的D点,选项D正确;若蓝光沿AO方向射向水中,则折射光线有可能通过B点正下方的C点,不可能通过B点正上方的D点,选项E错误. 答案: BCD 4.(2015·山东卷)半径为R、介质折射率为n的透明圆柱体,过其轴线OO′的截面如图所示.位于截面所在平面内的一细束光线,以角i0由O点入射,折射光线由上边界的A点射出.当光线在O点的入射角减小至某一值时,折射光线在上边界的B点恰好发生全反射.求A、B两点间的距离. 解析: 光路如图. 当光线从A点射出时,设折射角为γ,由光的折射定律可知n=,则A点到左端面的距离为x1=;若在B点发生全反射时,则sinC=,故B点离左端面的距离x2=RtanC,联立解得AB间的距离为Δx=x2-x1=R. 答案: R 一、单项选择题 1.(2015·徐州模拟)光射到两种不同介质的分界面,分析其后的传播情形可知( ) A.折射现象的出现说明光是纵波 B.光总会分为反射光和折射光 C.折射光与入射光的传播方向总是不同的 D.发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同 解析: 光的折射不能反映光是纵波还是横波,由光的偏振现象可知光是横波,选项A错误;当光从光密介质射入光疏介质,且入射角大于等于临界角时,发生全反射现象,没有折射光,选项B错误;当光线垂直于界面入射时,折射光与入射光的传播方向相同,选项C错误;发生折射是因为光的传播速度在不同介质中不同,选项D正确. 答案: D 2.(2016·潍坊模拟)公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度的若干彩灯,在晚上观察不同颜色彩灯的深度和水面上被照亮的面积,下列说法正确的是( ) A.红灯看起来较浅,红灯照亮的水面面积较小 B.红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较小 C.红灯看起来较浅,红灯照亮的水面面积较大 D.红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较大 解析: 光从水里射入空气发生折射,入射角相同时,折射率越大,折射角越大,从水面上看光源越浅,红灯发出的红光的折射率最小,看起来最深;设光源的深度为d,光的临界角为C,则光能够照亮的水面面积大小为S=π(dtanC)2,可见,临界角越大,照亮的面积越大,各种色光中,红光的折射率最小,临界角最大,所以红灯照亮的水面面积较大,选项D正确. 答案: D 3.如图所示,一块两面平行的玻璃砖平放在纸面上,将它的前、后两个边界PQ、MN记录在纸面上.若单色光沿纸面从真空中以入射角i=60°从MN表面射入时,光通过玻璃砖的时间为t;若保持入射光的方向不变,现撤去玻璃砖,光通过PQ、MN之间的区域的时间也为t,那么,这块玻璃砖对该入射光的折射率为( ) A.2 B. C.1.5D. 解析: 设玻璃砖的厚度为d,折射率为n,折射角为γ,则===t,==t,n=,可得n=,选项B正确. 答案: B 4.(2015·安徽卷)如图所示,一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上,经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气.当出射角i′和入射角i相等时,出射光线相对于入射光线偏转的角度为θ.已知棱镜顶角为α,则计算棱镜对该色光的折射率表达式为( ) A.B. C.D. 解析: 由几何关系,得入射角等于,折射角等于,所以折射率为,故选A. 答案: A 5.(2014·四川卷)如图所示,口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球,则( ) A.小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球 B.小球所发的光能从水面任何区域射出 C.小球所发的光从水中进入空气后频率变大 D.小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大 解析: 发光小球沿水平方向发出的光,均能射出玻璃缸,不发生全反射,选项A错误;小球发出的光射到水面上时,当入射角大于或等于临界角时,会发生全反射,选项B错误;光的频率由光源决定,光由一种介质进入另一种介质时,光的频率不变,选项C错误;根据n=,光在水中的传播速度较小,选项D正确. 答案: D 6.(2016·威海模拟)如图所示,一束复色光从空气射入水面,进入水中分成a、b两束.已知它们与水面间的夹角分别是α、β,则a、b两束光在水中的传播速度之比为( ) A.B. C.D. 解析: 设入射角为θ,由折射定律可得nb===,na===,两式相比可得=,故选项C正确. 答案: C 二、多项选择题 7.(2016·苏北四校联考)如图所示,有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点,并偏折到F点,已知入射方向与边AB的夹角为θ=30°,E、F分别为边AB、BC的中点,则( ) A.该棱镜的折射率为 B.光在F点发生全反射 C.光从空气进入棱镜,波长变小 D.从F点出射的光束与入射到E点的光束平行 解析: 在E点作出法线可知入射角为60°,折射角为30°,折射率为,选项A正确;由光路的可逆性可知,在BC边上的入射角小于临界角,不会发生全反射,选项B错误;由关系式λ介=,可知选项C正确;从F点出射的反射光线与法线的夹角为30°,折射光线与法线的夹角为60°,由几何关系知,不会与入射到E点的光束平行,选项D错误. 答案: AC 8.(2016·承德模拟)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,其光路如图所示,下列说法正确的是( ) A.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: 由图知单色光1在界面折射时的偏折程度大,则单色光1的折射率大,因此单色光1的频率大于单色光2的,那么单色光1的波长小于单色光2的,选项A正确;由n=知,折射率大的单色光1在玻璃中传播速度小,当单色光1、2垂直射入玻璃时,二者通过玻璃板的路程相等,此时单色光1通过玻璃板所需的时间大于单色光2的,选项B、C都错误;由sinC=及单色光1的折射率大知,选项D正确. 答案: AD 9.(2016·大连模拟)固定的半圆形玻璃砖的横截面如图所示,O点为圆心,OO′为直径MN的垂线.足够大的光屏PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN.由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点,入射光线与OO′夹角θ较小时,光屏NQ区域出现两个光斑,逐渐增大θ角,当θ=α时,光屏NQ区域A光的光斑消失,继续增大θ角,当θ=β时,光屏NQ区域B光的光斑消
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- 高考 物理 一轮 复习 第十三 光学 电磁波 相对论 课时 折射 全反射 习题