高考物理模拟演练 第16章 光 161光的折射全反射.docx
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高考物理模拟演练第16章光161光的折射全反射
时间:
45分钟
满分:
100分
一、选择题(本题共10小题,每小题6分,共60分。
其中1~6为单选,7~10为多选)
1.如图所示,MN是空气与某种液体的分界面,一束红光由空气射到分界面,一部分光被反射,一部分光进入液体中,当入射角是45°时,折射角为30°。
以下说法正确的是( )
A.反射光线与折射光线的夹角为120°
B.该液体对红光的折射率为
C.该液体对红光的全反射临界角为45°
D.当紫光以同样的入射角从空气射到分界面,折射角也是30°
答案 C
解析 根据反射定律得到反射角为45°,由几何知识得,反射光线与折射光线的夹角是105°,故A错误。
由折射率公式n=
,得n=
=
,故B错误。
由临界角公式sinC=
,得sinC=
,则C=45°,故C正确。
根据折射定律得知,紫光的折射率大于红光的折射率,则紫光以同样的入射角从空气射到分界面,折射角小于30°。
故D错误。
2.如图所示是一个透明圆柱体的横截面,一束单色光平行于直径AB射向圆柱体,光线经过折射后恰能射到B点。
已知入射光线到直径AB的距离为
R,R是圆柱体的半径。
已知光在真空中的传播速度为c,则( )
A.该透明圆柱体介质的折射率为
B.该单色光从C点传播到B点的时间为3R/c
C.折射光线过B点时可能发生全反射
D.改变入射光线到直径AB的距离,折射光线仍然能够射到B点
答案 B
解析 如图所示cosθ1=
=
,即θ1=30°,分析可得θ2=30°,r=30°,i=60°,折射率n=
=
,故A错误;该单色光从C到B的时间t=
=
=
,故B正确;光线折射到B点不可能发生全反射,因为出射角为60°,故C错误;改变光线到直径AB的距离,折射光线不能射到B点,故D错误。
3.打磨某剖面如图所示的宝石时,必须将OP、OQ边与轴线的夹角θ切割在θ1<θ<θ2的范围内,才能使从MN边垂直入射的光线,在OP边和OQ边都发生全反射(仅考虑如图所示的光线第一次射到OP边并反射到OQ边后射向MN边的情况),则下列判断正确的是( )
A.若θ>θ2,光线一定在OP边发生全反射
B.若θ>θ2,光线会从OQ边射出
C.若θ<θ1,光线会从OP边射出
D.若θ<θ1,光线会在OP边发生全反射
答案 D
解析 由几何知识可得光线在OP边上的入射角为90°-θ,反射后在OQ边上的入射角为3θ-90°,θ1<θ<θ2时在两边都发生全反射,当θ>θ2时,光线在OP边上的入射角变小,故不能发生全反射,A错误;在OQ边上的入射角变大,能发生全反射,B错误;当θ<θ1时,光线在OP边上的入射角变大,故发生全反射,不能从OP边射出,C错误,D正确。
4.如图所示,一光束包含两种不同频率的单色光,从空气射向两面平行玻璃砖的上表面,玻璃砖下表面有反射层,光束经两次折射和一次反射后,从玻璃砖上表面分为a、b两束单色光射出。
下列说法正确的是( )
A.a光的频率小于b光的频率
B.光束a在空气中的波长较大
C.出射光束a、b一定相互平行
D.a、b两色光从同种玻璃射向空气时,a光发生全反射的临界角大
答案 C
解析 作出光路图如图所示,可知光从空气射入玻璃时a光的偏折程度较大,则a光的折射率较大,频率较大,故A错误。
a光的频率较大,则波长较小,故B错误。
因为a、b两光在上表面的折射角与反射后在上表面的入射角分别相等,根据几何知识可知出射光束一定相互平行,故C正确。
因为a光的折射率较大,由临界角公式sinC=
,则知a光的临界角小,故D错误。
5.白光是由多种单色光构成的复色光,点光源S发出的一束白光由空气斜射到横截面为矩形acdb的玻璃砖上表面的O点,S、O和d三点位于同一直线上,如图所示。
则下列关于入射光线和折射光线的说法正确的是( )
A.可能在ab界面发生全反射
B.可能射到bd界面,并在bd界面发生全反射
C.一定能到达cd界面,并可能在cd界面发生全反射
D.一定能到达cd界面并从cd界面射出,射出的各种色光一定互相平行
答案 D
解析 根据全反射的条件(光由光密介质进入光疏介质且入射角大于或等于临界角),入射光不可能在ab界面发生全反射,选项A错误。
入射光进入玻璃砖后,折射光线向法线靠近,不可能射到bd界面上,一定射到cd界面上;由于其在cd界面上的入射角小于临界角,所以不可能在cd界面发生全反射,一定能从cd界面射出,射出的各种色光一定互相平行,选项D正确,BC错误。
6.“B超”可用于探测人体内脏的病变状况。
如图是超声波从肝脏表面入射,经折射与反射,最后从肝脏表面射出的示意图。
超声波在进入肝脏发生折射时遵循的规律与光的折射规律类似,可表述为
=
(式中θ1是入射角,θ2是折射角,v1、v2分别是超声波在肝外和肝内的传播速度),超声波在肿瘤表面发生反射时遵循的规律与光的反射规律相同。
已知v2=0.9v1,入射点与出射点之间的距离是d,入射角为i,肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行,则肿瘤离肝脏表面的深度h为( )
A.
B.
C.
D.
答案 D
解析 如图所示,由题意知:
=
=
①
由几何关系知:
sinr=
②
联立①②式解得:
h=
,故选项D正确。
7.一束光从空气射向折射率n=
的某种玻璃的表面,如图所示。
i代表入射角,则( )
A.当入射角i=0°时不会发生折射现象
B.无论入射角i是多大,折射角r都不会超过45°
C.欲使折射角r=30°,应以i=60°的角度入射
D.当入射角i=arctan
时,反射光线跟折射光线恰好互相垂直
答案 BD
解析 当入射角i=0°时光能从空气进入玻璃,故发生了折射,A错误;当入射角是90°时,根据折射定律n=
,解得:
r=45°,所以无论入射角i是多大,折射角r都不会超过45°,B正确;欲使折射角r=30°,根据折射定律n=
,解得:
i=45°,故C错误;当i=arctan
,有tani=
,设入射角为i,折射角为r,根据折射定律n=
=tani,解得sinr=cosi,所以反射光线跟折射光线恰好互相垂直,故D正确。
8.某物理兴趣小组用实验探究光的色散规律,他们将半圆形玻璃砖放在竖直面内,在其左方竖直放置一个很大的光屏P,让一复色光束SA射向玻璃砖的圆心O后,有两束单色光a和b射向光屏P,如图所示。
他们根据实验现象提出了以下五个猜想,你认为正确的是( )
A.单色光a的波长大于单色光b的波长
B.在玻璃砖中单色光a的传播速度大于单色光b的传播速度
C.单色光a通过玻璃砖所需的时间大于单色光b通过玻璃砖所需的时间
D.当光束SA绕圆心O逆时针转动过程中,在光屏P上最早消失的是a光
E.相同条件下,a光比b光容易发生衍射
答案 ABE
解析 根据实验现象可知,玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率,即na ,故va>vb,则选项B正确,选项C错误;因为na λa>λb,选项A正确;玻璃砖对b光的折射率大,则在光屏上最先消失的应该是b光,选项D错误;波长长的更容易发生衍射,选项E正确。 9.一束由红、蓝两单色光组成的光以入射角θ由空气射到半圆形玻璃砖表面的A处,AB是半圆的直径。 进入玻璃后分为两束,分别为AC、AD,它们从A到C和从A到D的时间分别为t1和t2,则说法错误的是( ) A.AC是蓝光,t1小于t2B.AD是红光,t1小于t2 C.AC是蓝光,t1等于t2D.AD是红光,t1大于t2 答案 ABD 解析 AC光的偏折程度比较大,则介质对AC光的折射率比较大,AC光的频率比较大,所以AC光应是蓝光。 AD为红光,设AC光与法线方向成α角,AC光在介质中的传播速度为v= ,则有2Rsinα=vt= t,又n= ,由以上两式得: t= ,可知,AC光与AD光的传播时间相等,故C正确,其他选项是错误的。 10.一玻璃砖横截面如图所示,其中ABC为直角三角形(AC边未画出),AB为直角边,∠ABC=45°;ADC为一圆弧,其圆心在BC边的中点。 此玻璃的折射率为1.5。 P为一贴近玻璃砖放置的、与AB垂直的光屏。 若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入玻璃砖,则( ) A.从BC边折射出一束宽度与BC边长度相等的平行光 B.屏上有一亮区,其宽度小于AB边的长度 C.屏上有一亮区,其宽度等于AC边的长度 D.当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时,屏上亮区先逐渐变小,然后变大 答案 BD 解析 入射到BC边上的光线入射角为45°,由玻璃的折射率n=1.5,则临界角为C=arcsin <45°,所以入射到BC边的光线发生全反射,无光线从BC边射出,选项A错误;从BC边反射到AC的光线平行于AB射到AC边上,光路如图所示。 射向BC边靠近B点和C点的光线经BC边反射后,射到ADC面上的入射角接近45°,光线在ADC面上发生全反射,靠近D点的光线经ADC面折射,在屏上出现一亮区,但亮区宽度比AC边小。 由于AB=AC,所以选项B正确,选项C错误;由光路图可知,光线经ADC边折射后向中心偏折,汇聚光束,当光线相交后,又会增大,故选项D正确。 二、非选择题(本题共3小题,共40分) 11.(12分)某同学利用“插针法”测定玻璃的折射率,所用的玻璃砖两面平行。 正确操作后,作出的光路图及测出的相关角度如图甲所示。 (1)此玻璃的折射率计算式为n=________(用图中的θ1、θ2表示)。 (2)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应选用宽度________(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。 (3)若该同学用他测得的多组入射角θ1与折射角θ2作出sinθ1sinθ2的图象如图乙所示,下列判断不正确的是________。 A.他做实验时,研究的是光线从空气射入玻璃的折射现象 B.玻璃的折射率为0.67 C.玻璃的折射率为1.5 D.玻璃临界角的正弦值为0.67 答案 (1) (2)大 (3)B 解析 (1)据题意可知入射角为90°-θ1,折射角为90°-θ2,则玻璃的折射率为n= = 。 (2)玻璃砖越宽,光线在玻璃砖内的传播方向越容易确定,测量结果越准确。 故应选用宽度大的玻璃砖来测量。 (3)由sinθ1sinθ2图象可知, = ≈1.5>1,故光是从空气射入玻璃的,入射角为θ1,A正确。 由折射率的定义知n=1.5,B错误,C正确。 由临界角定义知临界角的正弦值sinC= =0.67,D正确。 故选B。 12.(14分)如图所示,△ABC为一直角三棱镜的截面,其一个底角为30°,一束单色平行光束斜射向AB面,经三棱镜折射后在AC面水平平行射出。 (1)以图中三条光线代表光束,画出三条光线经棱镜折射的光路示意图; (2)若棱镜的折射率为 ,求入射光线与AB面的夹角θ。 答案 (1)见解析 (2)30° 解析 (1)光路图如图甲所示。 (2)由图乙可知 =n, =n,又n= ,解得γ=30°。 由图中几何关系可知β=30°,解得α=60°,则θ=30°。 13.(14分)如图所示,一个半圆形玻璃砖的截面图,AB与OC垂直,半圆的半径为R。 一束平行单色光垂直于AOB所在的截面射入玻璃砖,其中距O点距离为 的一条光线自玻璃砖右侧折射出来,与OC所在直线交于D点,OD= R。 求: (1)此玻璃砖的折射率是多少? (2)若在玻璃砖平面AOB某区域贴上一层不透光的黑纸,平行光照射玻璃砖后,右侧没有折射光射出,黑纸在AB方向的宽度至少是多少? 答案 (1) (2) R 解析 (1)连接OE,过E做OC的垂线,交OC于F, sin∠EOF= = = , 所以i=∠EOF=30°。 又因OD= R,所以DF=OF= R,∠D=30°,所以∠γ=60°。 由n= = = 。 (2)若宽度为L,光线MG恰好发生全反射,由sinC= 可知: sin∠MGO= , 在△MGO中,OM=R·sin∠MGO= R,黑纸在AB方向的宽度至少是: L=2OM= R。
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