(浙江专用)2014版高考物理一轮作业手册 第33讲 光的折射、全反射(含解析) 新人教版

课时作业(三十三)A [第33讲光的折射、全反射] 基础热身1．2012·唐山模拟酷热的夏天，在平坦的柏油公路上，你会看到在一定距离之外，地面显得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎还能看到远处车、人的倒影．但当你靠近“水面”时，它却随你靠近而后退．对此现象正确的解释是( )A．出现的是“海市蜃楼”，是由于光的折射造成的B．“水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉C．太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率大，发生全反射D．太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率小，发生全反射图K33－12. 甲、乙两束单色光同时射到两种介质的分界面MN上，由于发生折射后合为一束，如图K33－1所示(反射光未画出)，则下列判断正确的是( )A．甲光的频率比乙光的频率大B．相同条件下，甲光比乙光容易发生衍射C．对同种介质，甲光的折射率比乙光的折射率大D．在同种介质中甲光的光速比乙光的光速小3．2012·银川模拟一束光从空气垂直射到直角棱镜的AB面上，已知棱镜材料的折射率为2，则这束光进入棱镜后的光路图应为图K33－2中的( )A B C D图K33－2图K33－34．空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图K33－3所示．方框内有两个折射率n＝1.5的玻璃全反射棱镜．图K33－4中给出了两棱镜四种放置方式的示意图，其中能产生上述效果的是( )A B C D图K33－4技能强化图K33－55．2012·温州联考高速公路上的标牌常用“回光返照膜”制成，夜间行车时，它能将车灯照射出去的光逆向返回，使标志牌上的字特别醒目．这种“回光返照膜”是用球体反射元件制成的．如图K33－5所示，反光膜内均匀分布着直径为10 μm的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为3，为使入射的车灯光线经玻璃折射、反射、再折射后恰好和入射光线平行，那么第一次入射的入射角是( )A．60°B．45°C．30°D．15°6．如图K33－6所示，有两束颜色相同的间距为d的平行细光束以相同的入射角射到成θ角的平行玻璃砖上表面，则从玻璃砖下表面射出的光线( )图K33－6A．仍是平行光，但间距大于dB．仍是平行光，但间距小于dC．成为会聚光束D．成为发散光束7．假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层时的情况相比( )A．将提前B．将延后C．在某些地区将提前，在另一地区将延后D．不变8．DVD光盘由塑料保护层和信息记录层组成．如图K33－7所示，激光束以入射角θ从空气入射到厚度为d、折射率为n的塑料保护层后，聚焦到信息记录层的光斑宽度为a，才能有效获取信息．在保证a不变的前提下，减小激光束照到塑料保护层的宽度l(l＝a＋2b)，则( )A．必须满足sinθ＝nbb2＋d2B．必须满足sinθ＝bn b2＋d2C．在θ和n不变时，必须减小dD．在θ和d不变时，必须减小n图K33－7图K33－89．一束白光从顶角为θ的三棱镜一边以较大的入射角i射入并通过后，在屏P上可得到彩色光带，如图K33－8所示．在入射角i逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失，则( )A．红光最先消失，紫光最后消失B．紫光最先消失，红光最后消失C．紫光最先消失，黄光最后消失D．红光最先消失，黄光最后消失10．如图K33－9所示，折射率为n、长度为L的玻璃纤维置于空气中，从A端射入的光在玻璃纤维中发生全反射，最后从B端射出．真空中的光速为c.(1)求光在A面上入射角的最大值；(2)若光在纤维中恰能发生全反射，则由A端射入到从B端射出经历的时间是多少？图K33－911. 2012·武昌调研一底面半径为R的半圆柱形透明体的折射率为n＝3，横截面如图K33－10所示，O表示半圆柱形截面的圆心．一束极窄的光线在横截面内从AOB边上的A点以60°的入射角入射，求该光线从进入透明体到第一次离开透明体时所经历的时间．(已知真空中的光速为c，arcsin33＝35°；计算结果用R、n、c表示)图K33－10挑战自我12．如图K33－11所示，一棱镜的截面为直角三角形ABC，∠A＝30°，斜边AB长为a，棱镜材料的折射率为n＝ 2.在此截面所在的平面内，一条光线以45°的入射角从AC边的中点M射入棱镜．画出光路图，并求光线从棱镜中射出的点的位置(不考虑光线沿原路返回的情况)．图K33－11课时作业(三十三)B [第33讲光的折射、全反射] 基础热身1．2012·温州模拟自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车．尾灯的构造如图K33－12所示，下面说法正确的是( )图K33－12A．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射B．汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射C．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射D．汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射2．如图K33－13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( )图K33－13A．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．a光的波长大于b光的波长3．如图K33－14所示，用透明材料做成一长方体形的光学器材，要求从上表面射入的光线能从右侧面射出，那么所选的材料的折射率( )A．必须大于 2 B．必须小于 2C．可取大于1的任意值 D．无论多大都不可能图K33－14 图K33－154．如图K33－15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 ＝2r.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 3B ．n 可能为2C ．t 可能为22r cD ．t 可能为4.8rc技能强化图K33－165．2012·中山调研如图K33－16所示，红色细光束a 射到折射率为2的透明球表面，入射角为45°，在球的内壁经过一次反射后，从球面射出的光线为b ，则入射光线a 与出射光线b 之间的夹角α为( )A ．30°B ．45°C ．60°D ．75°6．有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种介质，光线的传播方向以及光线与介质分界面的夹角如图K33－17所示，由此可以判断( )A ．光在介质Ⅱ中传播的速度最小B ．介质Ⅲ的折射率最小C ．光在介质Ⅰ中的传播速度最大D ．介质Ⅲ的折射率最大图K33－17K33－187．2011·金华模拟如图K33－18所示，两块相同的等腰三棱镜ABC 置于空气中，两者的AC 面相互平行放置，由红光和蓝光组成的细光束平行于BC 面从P 点射入，通过两棱镜后，从a 、b 两点射出．对于从a 、b 射出的这两束光，下列说法正确的是( )A ．从a 、b 两点射出的两束光不平行B ．从a 、b 两点射出的两束光仍平行，且平行于BC C ．从a 点射出的为红光，从b 点射出的为蓝光D ．从a 点射出的为蓝光，从b 点射出的为红光8．2012·泸州模拟如图K33－19所示，AOB 为透明扇形玻璃砖，圆心角∠AOB＝60°，OM 为∠AOB 的角平分线，一束平行于OM 的单色光在空气中由OA 边射入玻璃砖，经OA 面折射后的光线恰平行于OB.下列说法中正确的是( )A ．该玻璃的折射率为2B ．经OA 面折射后的光线射到AMB 面都将发生全反射C ．该入射光在空气中的波长与在玻璃砖中的波长相等D ．该入射光在空气中的频率与在玻璃砖中的频率相等K33－19图K33－209．如图K33－20所示，直角三棱镜ABC 的一个侧面BC 紧贴在平面镜上，∠ABC ＝90°，∠BAC ＝β，从点光源S 发出的一细光束SO 射到棱镜的另一侧面AC 上，适当调整入射光SO 的方向，当SO 与AC 成α角时，其折射光与镜面发生一次反射，从AC 面射出后恰好与OS 重合，则( )A ．此棱镜的折射率为cos αcos βB ．此棱镜的折射率为cos αsin βC ．增大α角，光线有可能因在AC 面上发生全反射而无法进入棱镜D ．增大α角，无论α角多大，光线都能射入棱镜10．2012·武汉联考如图K33－21所示，用折射率n ＝2的玻璃做成一个外径为R 的半球形空心球壳，一束与O′O 平行的平行光射向此半球的外表面．若让一个半径为22R 的圆形遮光板的圆心过O′O 轴，并且垂直该轴放置，则球壳内部恰好没有光线射入．问：(1)临界光线射入球壳时的折射角θ2为多大？ (2)球壳的内径R′为多少？图K33－21挑战自我11．2012·荆门调研如图K33－22所示，真空中有一下表面镀反射膜的平行玻璃砖，其折射率n ＝2，一束单色光与界面成θ＝45°角斜射到玻璃砖上表面，最后在玻璃砖的右侧面竖直光屏上出现两个光点A 和B ，A 和B 相距h ＝2.0 cm.已知光在真空中的传播速度c＝3.0×108m/s.求：(1)该单色光在玻璃砖中的传播速度； (2)该单色光射入到玻璃砖的折射角； (3)玻璃砖的厚度d.图K33－22 课时作业(三十三)A1．D [解析] 酷热的夏天地面温度高，地面附近空气的密度小，空气的折射率下小上大，远处车、人反射的太阳光由光密介质射入光疏介质发生全反射，选项D 正确．2．B [解析] 由折射光路图可以看出，乙光的折射率较大，由此可知，乙光的频率较高，波长较短，在同种介质中光速较小，所以，选项B 正确．3．D [解析] 因为n ＝2，所以根据sinC ＝1n 知临界角等于45°.光线垂直AB 面射入，在AC 面的入射角为60°>45°，发生全反射，A 错误；光线经AC 面全反射后射到BC 面时入射角为30°<45°，在该介面上既有反射现象又有折射现象，且折射角大于入射角，B 和C 错误，D 正确．4．B [解析] 根据全反射棱镜中光路的特点可知，只有B 正确．5．A [解析] 设入射角为i ，折射角为θ，作出光路图如图所示，因为入射光线恰好和反射光线平行，所以i ＝2θ，根据折射定律sini sin θ＝sin2θsin θ＝3，所以θ＝30°，i ＝2θ＝60°.6．B [解析] 入射光穿过平行玻璃砖的出射光线仍和入射光线平行，但相对于入射光线会靠近法线偏折，所以两条出射光线仍平行，但间距减小，选项B 正确．7．B [解析] 如图所示，a 是太阳射出的一束光，由真空射向大气层发生折射，沿b 方向传播到P 点，在P 点的人便看到太阳．如果无大气层，光束沿a 直线传播，同样的时刻在P 点便看不到太阳，要等太阳再上升，使a 光束沿b 方向时，才能看到太阳，故没有大气层时看到日出的时刻要比有大气层时延迟．8．AC [解析] 设折射角为α，则n ＝sin θsin α＝sin θb b 2＋d 2解得，sin θ＝nbb 2＋d2，选项A 正确，选项B 错误；在θ和n 不变时，减小d ，则b 会相应减小，l 会减小，选项C 正确；在θ和d 不变时，减小n ，则b 会增大，l 会增大，选项D 错误．9．B [解析] 白光从AB 边射入玻璃后，由于紫光偏折大，从而到达另边AC 时的入射角较大，且因紫光折射率最大，sinC ＝1n ，因而其全反射的临界角最小，故随着入射角i 的减小，进入玻璃后的各色光中紫光首先发生全反射而不从AC 边射出，然后依次是靛、蓝、绿、黄、橙、红逐渐发生全反射而不从AC 边射出．10．(1)arcsin n 2－1 (2)n 2Lc[解析] (1)光路图如图所示，若要在纤维中发生全反射，则其临界角C 满足sinC ＝1n折射角θ2＝90°－C所以cos θ2＝1n ，sin θ2＝n 2－1n由折射定律：sin θ1＝nsin θ2＝n 2－1光在A 面上入射角的最大值θ1＝arcsin n 2－1.(2)光在纤维中传播的速度v ＝cn光在沿纤维轴线方向上的速度分量v 1＝vcos θ2＝v n ＝cn 2光由A 端射入到从B 端射出经历的时间t ＝L v 1＝n 2Lc .11.3nR c [解析] 设透明体的临界角为C ，由sinC ＝1n ，所以C ＝35°.当入射角为60°时，由n ＝sin60°sinr 得，折射角r ＝30°，即此时光线折射后射到圆弧上的C 点，在C 点的入射角为60°，大于临界角，会发生全反射，之后光线水平反射至圆弧上的D 点，在D 点也发生全反射，再反射至B 点，从B 点第一次射出．光在透明体内通过的路径长为s ＝3R ，光在透明体内的速度v ＝c n ，共经历的时间t ＝s v ＝3nRc.12．如图所示，在AB 边上离A 点38a 的位置或在BC 边上离B 点a8的位置甲 乙[解析] 设入射角为i ，折射角为r ，由折射定律得sinisinr ＝n由i ＝45°得r ＝30°如果入射光线在法线的右侧，光路图如图甲所示． 设出射点为F ，由几何关系可得AF ＝38a即出射点在AB 边上离A 点38a 的位置．如果入射光线在法线的左侧，光路图如图乙所示．设折射光线与AB 的交点为D ，由几何关系可知，在D 点的入射角θ＝60°设全反射的临界角为θC ，则sin θC ＝1n由n ＝2得θC ＝45°因此，光在D 点发生全反射设此光线的出射点为E ，由几何关系得 ∠DEB ＝90° BD ＝a －2AF BE ＝BDsin30° 联立解得BE ＝18a即出射点在BC 边上离B 点18a 的位置．课时作业(三十三)B1．C [解析] 由全反射棱镜对光路的控制原理可知，选项C 正确．2．B [解析] 根据n ＝sin θ1sin θ2可知，玻璃对a 光的折射率大，故选项A 错误；由临界角公式sinC ＝1n 可知，折射率大的临界角小，故选项B 正确；由n ＝c v 得v ＝cn ，则折射率大的传播速度小，故选项C 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光的波长短，故选项D 错误．3．B [解析] 光路图如图所示，从图中可以看出，为使从上表面射入的光线经两次折射后从右侧面射出，θ1和θ2都必须小于临界角C ，即θ1＜C ，θ2＜C ，而θ1＋θ2＝90°，故C ＞45°，则折射率n ＝1sinC＜2，选项B 正确．4．AB [解析] 由光只经过两次全反射射出可知，第一次入射角为45°，光路图如图所示．根据全反射可知临界角C≤45°，再根据n ＝1sinC 可知n≥2；光在透明柱体中运动的路程为L ＝4r ，运动的时间为t ＝L v ＝4nr c ，则t≥42rc，选项A 、B 正确，选项C 、D 错误．5．A [解析] 由折射定律有2＝sin45°sin θ，得折射角θ＝30°.画出光路图，由几何关系知，夹角α＝30°，选项A 正确．6．AB [解析] 由相对折射率和绝对折射率的关系可知：n 1sin45°＝n 2sin40°，n 2sin26°＝n 3sin40°，得n 2>n 1>n 3，选项B 正确，选项D 错误；由n 1v 1＝n 2v 2＝n 3v 3＝c ，可知v 2<v 1<v 3，选项A 正确，选项C 错误．7．BC [解析] 细光束在AB 面折射时，蓝光偏折大，从b 点射出的是蓝光，选项C 正确，选项D 错误；光通过两棱镜之间相当于经过平行玻璃砖，故蓝光在玻璃中的光束①、②互相平行，光束②射到AB 面时的入射角与光束①对应的折射角相等，故两束光从a 、b 点射出时互相平行，选项A 错误，选项B 正确．8．D [解析] 画出光路图如图所示，由图可知，玻璃的折射率n ＝sin60°sin30°＝3，选项11 A 错误；此光线射到AMB 面上M 点的入射角为30°，因为sin30°＝12＜33＝sinC ，经OA 面折射后的光线射到AMB 面不能发生全反射，选项B 错误；入射光在空气中的频率与玻璃砖中的频率相等，但速度不同，故波长不相等，选项C 错误，选项D 正确．9．AD [解析] 根据光路可逆原理知，光线经AC 面折射后垂直于BC ，所以折射角为90°－β，又入射角为90°－α，根据折射定律得n ＝sin （90°－α）sin （90°－β）＝cos αcos β，选项A 正确，选项B 错误；发生全反射的条件之一是光由光密介质进入光疏介质，故选项C 错误；由光的特性可知，选项D 正确．10．(1)30° (2)22R [解析] (1)由几何知识有sin θ1＝22R R ，由折射定律有n ＝sin θ1sin θ2，联立解得θ2＝30°. (2)对临界光线，sinC ＝1n ，在△Oab 中，由正弦定理得R sin （180°－C ）＝R ′sin θ2，解得R′＝22R. 11．(1) 322×108 m/s (2)30° (3) 3 cm [解析] (1)由折射率公式n ＝c v 解得：v ＝c n ＝322×108 m/s. (2)由折射率公式n ＝sin θ1sin θ2解得：θ2＝30°.(3)作出如图所示的光路，△CDE 为等边三角形，四边形ABEC 为梯形，CE ＝AB ＝h.玻璃的厚度d 就是边长为h 的等边三角形的高，故：d ＝h·cos30°＝32h ＝3 cm.。