新高考2021屆高考物理小題必練30光的折射和全反射-試卷下載-教習(xí)網(wǎng)

(1)光的干涉、衍射和偏振現(xiàn)象；(2)光的折射定律；(3)折射率；(4)全反射、光導(dǎo)纖維等。
例1．(2020?山東卷?9)截面為等腰直角三角形的三棱鏡如圖甲所示。DE為嵌在三棱鏡內(nèi)部緊貼BB'C'C面的線狀單色可見光光源，DE與三棱鏡的ABC面垂直，D位于線段BC的中點(diǎn)。圖乙為圖甲中ABC面的正視圖。三棱鏡對(duì)該單色光的折射率為2，只考慮由DE直接射向側(cè)面AA'CC的光線。下列說法正確的是( )
A．光從AA'C'C面出射的區(qū)域占該側(cè)面總面積的eq \f(1,2)
B．光從AA'C'C面出射的區(qū)域占該側(cè)面總面積的eq \f(2,3)
C．若DE發(fā)出的單色光頻率變小，AA'C'C面有光出射的區(qū)域面積將增大
D．若DE發(fā)出的單色光頻率變小，AA'C'C面有光出射的區(qū)域面積將減小
【答案】AC
【解析】由題可知sin C＝eq \f(\r(2),2)，可知臨界角為45，因此從D點(diǎn)發(fā)出的光，豎直向上從M點(diǎn)射出的光線恰好是出射光線的邊緣，同時(shí)C點(diǎn)也恰好是出射光線的邊緣，如圖所示，因此光線只能從MC段射出，根據(jù)幾何關(guān)系可知，M恰好為AC的中點(diǎn)，因此在AA'C'C 平面上有一半的面積有光線射出，A正確，B錯(cuò)誤；由于頻率越高，折射率越大，當(dāng)光源發(fā)出的光的頻率變小，，折射率也會(huì)變小，導(dǎo)致臨界角會(huì)增大，這時(shí)M點(diǎn)上方也會(huì)有光線出射，因此出射光線區(qū)域的面積將增大，C正確，D錯(cuò)誤。
【點(diǎn)睛】幾何光學(xué)臨界問題的分析方法：畫出正確的光路圖，從圖中找出各種幾何關(guān)系；利用好光路圖中的臨界光線，準(zhǔn)確地判斷出恰好發(fā)生全反射的臨界條件。
1．如圖所示，口徑較大、充滿水的薄壁圓柱形淺玻璃缸底有一發(fā)光小球，則( )
A．小球必須位于缸底中心才能從側(cè)面看到小球
B．小球所發(fā)的光能從水面任何區(qū)域射出
C．小球所發(fā)的光從水中進(jìn)入空氣后頻率變大
D．小球所發(fā)的光從水中進(jìn)入空氣后傳播速度變大
【答案】D
【解析】小球在缸底的其他位置也能從側(cè)面看到，A項(xiàng)錯(cuò)誤；光線由水射向空氣時(shí)，有可能發(fā)生全反射，B項(xiàng)錯(cuò)誤；光在不同介質(zhì)中的頻率是不變的，C項(xiàng)錯(cuò)誤；由v＝eq \f(c,n)可知，光在水中的速度小于在空氣中的速度，D項(xiàng)正確。
2．(多選)如圖為一直角棱鏡的橫截面，∠bac＝90°，∠abc＝60°，一平行細(xì)光束從O點(diǎn)沿垂直于bc面的方向射入棱鏡。已知棱鏡材料的折射率n＝eq \r(2)，若不考慮原入射光在bc面上的反射光，則有光線( )
A．從ab面射出
B．從ac面射出
C．從bc面射出，且與bc面斜交
D．從bc面射出，且與bc面垂直
【答案】BD
【解析】由棱鏡材料的折射率n＝eq \r(2)可知，全反射臨界角為45°，平行細(xì)光束在ab面上入射角為60°，大于臨界角，發(fā)生全反射，反射光在ac面上入射角為30°，小于臨界角，既有反射又有折射，光線在bc面上垂直出射，B、D項(xiàng)正確。
現(xiàn)在高速公路上的標(biāo)志牌都用“回歸反光膜”制成。夜間行車時(shí)，它能把車燈射出的光逆向返回，標(biāo)志牌上的字特別醒目。這種“回歸反光膜”是用球體反射元件制成的，反光膜內(nèi)均勻分布著一層直徑為10 μm的細(xì)玻璃珠，所用玻璃的折射率為eq \r(3)，為使入射的車燈光線經(jīng)玻璃珠折射→反射→再折射后恰好和入射光線平行，如圖所示，那么第一次入射的入射角應(yīng)是( )
A．15° B．30° C．45° D．60°
【答案】D
【解析】通過“回歸反光膜”的光路圖可知入射角i是折射角γ的2倍，即i＝2γ，由折射定律，有n＝eq \f(sini,sinγ)＝eq \f(2sinγcsγ,sinγ)＝2csγ＝eq \r(3)，得γ＝30°，i＝2γ＝60°，故D項(xiàng)正確。
4．如圖所示的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)，用綠光照射單縫S時(shí)，在光屏P上觀察到干涉條紋。要得到相鄰條紋間距更大的干涉圖樣，可以( )
A．增大S1與S2的間距
B．減小雙縫屏到光屏的距離
C．將綠光換為紅光
D．將綠光換為紫光
【答案】C
【解析】據(jù)光的干涉產(chǎn)生的條紋間距滿足的關(guān)系Δx＝eq \f(L·λ,d)可知，增大S1與S2的間距，條紋間距減小，A項(xiàng)錯(cuò)誤；減小雙縫屏到光屏的距離，條紋間距減小，B項(xiàng)錯(cuò)誤；將綠光換成紅光，波長(zhǎng)增大，條紋間距增大，C項(xiàng)正確；綠光換成紫光，波長(zhǎng)減小，條紋間距減小，D項(xiàng)錯(cuò)誤。
5．在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，以白光為光源，在屏幕上觀察到了彩色干涉條紋。若在雙縫中的一縫前放一塊紅色濾光片，在另一縫前放一塊綠色濾光片(只能分別透過紅光和綠光)，這時(shí)( )
A．屏上只有紅色和綠色的雙縫干涉條紋，其他顏色的雙縫干涉條紋消失
B．屏上紅色和綠色的雙縫干涉條紋消失，其他顏色的雙縫干涉條紋依然存在
C．屏上任何顏色的雙縫干涉條紋都不存在，但仍有光亮
D．屏上無任何光亮
【答案】C
【解析】紅色濾光片只允許紅光通過，綠色濾光片只允許綠光通過。通過一縫的光是紅光，通過另一縫的光是綠光，而紅光和綠光不能發(fā)生干涉，屏上無干涉條紋，但有光到達(dá)，C項(xiàng)正確。
6．如圖所示為一束復(fù)色光AO從某一介質(zhì)射向空氣時(shí)發(fā)生折射的情況，圖中入射光束AO與分界面成60°角，折射光束OB與入射光束AO延長(zhǎng)線的夾角為15°，折射光束OB與折射光束OC間的夾角也為15°，則以下說法正確的是( )
A．OB光的頻率大于OC光的頻率
B．全反射時(shí)OB光的臨界角小于OC光的臨界角
C．介質(zhì)對(duì)OB光和OC光的折射率之比為eq \r(6)∶2
D．OB光和OC光在介質(zhì)中的速度之比為eq \r(6)∶2
【答案】D
【解析】過O點(diǎn)作法線，根據(jù)折射定律，對(duì)于OB光有nBsin 30°＝sin 45°，對(duì)于OC光有nCsin 30°＝sin 60°，解得nB＝eq \r(2)和nC＝eq \r(3)，因?yàn)樵谕环N介質(zhì)中，介質(zhì)對(duì)頻率大的光的折射率也大，故A項(xiàng)錯(cuò)；根據(jù)sinC臨＝eq \f(1,n)可知，OB光的折射率較小，其全反射臨界角較大，故B項(xiàng)錯(cuò)；介質(zhì)對(duì)OB光和OC光的折射率之比為eq \r(6)∶9，故C項(xiàng)錯(cuò)；由公式v＝eq \f(c,n)可知，D項(xiàng)對(duì)。
7．如圖所示，一束可見光穿過平行玻璃磚后，變?yōu)閍、b兩束單色光。如果光束b是藍(lán)光，則光束a可能是( )
A．紅光 B．黃光
C．綠光 D．紫光
【答案】D
【解析】根據(jù)題意作出完整光路圖，如圖所示，a光進(jìn)入玻璃磚時(shí)光線偏折角較大，根據(jù)光的折射定律可知玻璃磚對(duì)a光的折射率較大，因此a光的頻率應(yīng)高于b光，故選D項(xiàng)。
8．(多選)如圖所示，一光束包含兩種不同頻率的單色光，從空氣射向兩面平行玻璃磚的上表面，玻璃磚下表面有反射層，光束經(jīng)兩次折射和一次反射后，從玻璃磚上表面分為a、b兩束單色光射出。下列說法正確的是( )
A．a(chǎn)光的頻率大于b光的頻率
B．光束a在空氣中的波長(zhǎng)較大
C．出射光束a、b一定相互平行
D．a(chǎn)、b兩色光從同種玻璃射向空氣時(shí)，a光發(fā)生全反射的臨界角大
【答案】AC
【解析】作出光路圖如圖所示，可知光從空氣射入玻璃時(shí)a光的偏折程度較大，則a光的折射率較大，頻率較大，故A項(xiàng)正確；a光的頻率較大，則波長(zhǎng)較小，故B項(xiàng)錯(cuò)誤；因?yàn)閍、b兩光在玻璃磚上表面的折射角與反射后在上表面的入射角分別相等，根據(jù)幾何知識(shí)可知出射光束一定相互平行，故C項(xiàng)正確；因?yàn)閍光的折射率較大，由臨界角公式sinC＝eq \f(1,n)，知a光的臨界角小，故D項(xiàng)錯(cuò)誤。
9．(多選)固定的半圓形玻璃磚的橫截面如圖，O點(diǎn)為圓心，OO′為直徑MN的垂線。足夠大的光屏PQ緊靠玻璃磚右側(cè)且垂直于MN。由A、B兩種單色光組成的一束光沿半徑方向射向O點(diǎn)，入射光線與OO′夾角θ較小時(shí)，光屏NQ區(qū)域出現(xiàn)兩個(gè)光斑，逐漸增大θ角，當(dāng)θ＝α?xí)r，光屏NQ區(qū)域A光的光斑消失，繼續(xù)增大θ角，當(dāng)θ＝β時(shí)，光屏NQ區(qū)域B光的光斑消失，則( )
A．玻璃磚對(duì)A光的折射率比對(duì)B光的大
B．A光在玻璃磚中的傳播速度比B光的大
C．α

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