(浙江选考)版高考物理一轮复习 第十一章 光 电磁波 第1节 光的折射 全反射达标检测(含解析)-人

第1节 光的折射 全反射
1．(2020·丽水检测)以下说法正确的答案是( )
A ．真空中蓝光的波长比红光的波长长
B ．天空中的彩虹是由光干预形成的
C ．光纤通信利用了光的全反射原理
D ．机械波在不同介质中传播，波长保持不变
解析：选C.红光的频率小于蓝光的频率，在真空中红光和蓝光的传播速度一样，由λ＝v f
，得红光波长比蓝光波长长，应当选项A 错误．天空中的彩虹是水滴对不同色光的折射程度不同造成的，选项B 错误．光纤通信利用了光的全反射原理，选项C 正确．机械波在不同介质中传播时，其频率不变，但传播速度不同，由v ＝λf 知，波长也不同，选项D 错误．
2．(2020·嘉兴调研)如图，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，如下图能正确描述其光路的是( )
解析：选A.①光从玻璃砖射向空气时，如果入射角大于临界角，如此发生全反射；如果入射角小于临界角，如此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．②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．
3．如下列图，一个三棱镜的截面为等腰直角△ABC ，∠A 为直角．此
截面所在平面内的光线沿平行于BC 边的方向射到AB 边，进入棱镜后
直接射到AC 边上，并刚好能发生全反射．该棱镜材料的折射率为( )
A.62
B. 2
C.32
D. 3
解析：选A.根据折射率定义有，sin ∠1＝n sin ∠2，n sin ∠3＝
1，∠1＝45°，又∠2＋∠3＝90°，解得：n＝
6
2
.
4．(2020·1月浙江选考)如下列图，一束光与某材料外表成45°角入射，每次反射的光能量为入射光能量的k倍(0<k<1)．假设这束光最终进入材料的能量为入射光能量的(1－k2)倍，如此该材料折射率至少为( )
A.
6
2
B. 2 C．1.5 D．2
答案：A
5.打磨某剖面如下列图的宝石时，必须将OP、OQ边与轴线的夹角θ
切磨在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(仅考虑如下列图的光线第一次射到OP边并反射到OQ
边后射向MN边的情况)，如此如下判断正确的答案是( )
A．假设θ>θ2，光线一定在OP边发生全反射
B．假设θ>θ2，光线会从OQ边射出
C．假设θ<θ1，光线会从OP边射出
D．假设θ<θ1，光线会在OP边发生全反射
解析：选D.题图中，要使光线可在OP边发生全反射，图中光线在OP边上的入射角大于90°－θ2.从OP边上反射到OQ边的光线，入射角大于90°－(180°－3θ1)＝3θ1－90°可使光线在OQ边上发生全反射．假设θ>θ2，光线不能在OP边上发生全反射；假设θ<θ1，光线不能在OQ边上发生全反射，综上所述，选项D正确．
[课后达标]
一、不定项选择题
1．(2020·绍兴检测)一束单色光由空气射入玻璃，这束光的( )
A．速度变慢，波长变短
B．速度不变，波长变短
C．频率增高，波长变长
D．频率不变，波长变长
答案：A
2．公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度的假设干彩灯，在晚上观察不同颜色彩灯的深度和水面上被照亮的面积，如下说法正确的答案是( )
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
答案：D
3．(2020·嘉兴质检)一束红、紫两色的混合光，从某种液体射向空气，当研究在界面上发生折射和反射现象时，可能发生的情况是如下图中的( )
答案：C
4．雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹．设水滴是球
形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面
内，a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线，如此它们可能依次是
( )
A．紫光、黄光、蓝光和红光
B．紫光、蓝光、黄光和红光
C．红光、蓝光、黄光和紫光
D．红光、黄光、蓝光和紫光
解析：选B.由光路图显然可看出a光的偏折程度最大，故a光的折射率最大，选项中应该以“红橙黄绿蓝靛紫〞反过来的顺序进展排列，B对．
5．(2020·湖州质检)为了从坦克内部观察外部目标，在厚度为20 cm的坦克壁上开了一个直径为12 cm的孔，假设在孔内分别安装由同一种材料制成的如下列图的三块玻璃，其中两块玻璃的厚度一样．坦克内的人在同一位置通过玻璃能看到的外界的角度范围是( )
A．图1的大于图2的B．图1的小于图3的
C．图2的小于图3的 D．图2的等于图3的
解析：选AD.坦克内的人在同一位置通过玻璃能看到的外界的角度范围大小，取决于玻璃的折射率和玻璃的厚度，玻璃越厚，如此入射光偏折越大，观察到范围也就越大．6．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〞，是由于光的全反射造成的
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，使地面温度升高，折射率大，发生全反射
D．太阳辐射到地面，使地面温度升高，折射率小，发生全反射
解析：选AD.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．
7.(2020·杭州调研)某学习小组在探究三棱镜对光的色散的实验中，
用一束含有两种A、B不同颜色的光束以一定的角度从三棱镜的一边射入，
并从另一面射出，如下列图．由此我们可以知道( )
A．在同种介质中，A光的波长比B光的波长长
B．从空气中以一样的入射角射入同样的介质，A光的折射角比B光的小
C．A、B两种光在水中的速度一样大
D．A、B两种光从一样的介质入射到空气中，逐渐增大入射角，B光先发生全反射
解析：选AD.由图可知，B光折射率较大，B光的频率大．在同种介质中，A光的波长比B光的波长长，选项A正确；从空气中以一样的入射角射入同样的介质，A光的折射角比B 光的大，选项B错误；A、B两种光在水中的速度，A光较大，选项C错误；由于B光的折射率较大，B光的全反射临界角较小，A、B两种光从一样的介质入射到空气中，逐渐增大入射角，B光先发生全反射，选项D正确．
8．光纤通信采用的光导纤维是由内芯和外套组成，如下列图，其中
内芯的折射率为n 1，外套的折射率为n 2，如下说法正确的答案是( )
A ．内芯和外套的折射率应满足n 1＞n 2
B ．内芯和外套的折射率应满足n 1＜n 2
C ．从左端面入射的光线，其入射角θ必须大于某值，全部光才能被传导
D ．从左端面入射的光线，其入射角θ必须小于某值，全部光才能被传导
解析：选AD.光纤通信是利用光的全反射原理来工作的，光只有从光密介质进入光疏介质中时，才能发生全反射，因而内芯和外套的折射率应满足n 1＞n 2.从图中看由左端面入射的光线，其入射角越小，进入介质后，在n 1与n 2的界面上入射角越大，越易发生全反射，故A 、D 对．
9．(2020·宁波质检)如图，半圆形玻璃砖置于光屏PQ 的左下方．一束白光沿半径方向从A 点射入玻璃砖，在O 点发生反射和折射，折射光在光屏上呈现七色光带．假设入射点由A 向B 缓慢移动，并保持白光沿半径方向入射到O 点，观察到各色光在光屏上陆续消失．在光带未完全消失之前，反射光的强度变化以与光屏上最先消失的光分别是( )
A ．减弱，紫光
B ．减弱，红光
C ．增强，紫光
D ．增强，红光
解析：选C.同一介质对各色光的折射率不同，各色光对应的全反射的临界角也不同．七
色光中紫光折射率最大，由n ＝1sin C
可知，紫光的临界角最小，所以入射点由A 向B 缓慢移动的过程中，最先发生全反射的是紫光，折射光减弱，反射光增强，故C 正确．
10．以往，材料的折射率都为正值(n >0)．现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值(n <0)，称为负折射率材料．位于空气中的这类材料，入射角i 与折射
角r 依然满足sin i sin r
＝n ，但是折射线与入射线位于法线的同一侧(此时折射角取负值)．现空气中有一上下外表平行的负折射率材料，一束电磁波从其上外表射入，下外表射出．假设该材料对此电磁波的折射率n ＝－1，正确反映电磁波穿过该材料的传播途径的示意图是
( )
解析：选B.由题意知，折射线和入射线位于法线的同一侧，n ＝－1，由折射定律可知，入射角等于折射角，所以选项B 正确．
11.(2020·杭州质检)频率不同的两束单色光1和2以一样的入射角
从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如下列图，如下说法正确的答案是
( )
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垂直通过玻璃板所需的时间小于单色光2垂直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：选AD.此题考查光的色散、全反射现象、光速和折射率之间的关系等知识点．由题图知单色光1在界面折射时的偏折程度大，如此单色光1的折射率大，因此单色光1的频率大于单色光2的频率，那么单色光1的波长就小于单色光2的波长，A 项对；由n ＝c v 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，B 、C 项都错；由sin C ＝1
n
与单色光1的折射率大知，D 项对． 12.(2020·舟山高二期中)平面MN 、PQ 、ST 为三个相互平行的界
面，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ为三种不同的介质，平面ST 的上外表涂有反射层(光
线不能通过)，某种单色光线射向界面MN 后，发生了一系列的反射和
折射现象，光路如下列图．如此( )
A ．当入射角β适当减小时，光线c 、d 都可能会消失
B ．当入射角β适当增大时，光线d 可能会消失
C ．对于三种介质，光在介质Ⅱ中的传播速度最小
D ．出射光线b 、c 、d 不一定平行
解析：选BC.a 光在MN 界面不会发生全反射，但随着β角增大，a 光就可能会在PQ 界面发生全反射，如此光线d 消失，选项B 正确．Ⅱ介质折射率最大，光在Ⅱ中速度最小，选项C 正确．如光线b 、c 、d 都有，由几何关系可知必相互平行，应当选项D 错误．
二、非选择题
13.如图，△ABC 是一直角三棱镜的横截面，∠A ＝90°，∠B ＝60°.
一细光束从BC 边的D 点折射后，射到AC 边的E 点，发生全反射后经
AB 边的F 点射出．EG 垂直于AC 交BC 于G ，D 恰好是CG 的中点．不计
屡次反射．
(1)求出射光相对于D 点的入射光的偏角；
(2)为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？
解析：(1)光线在BC 面上折射，由折射定律有
sin i 1＝n sin r 1 ①
式中，n 为棱镜的折射率，i 1和r 1分别是该光线在BC 面上的入射
角和折射角．光线在AC 面上发生全反射，由反射定律有
i 2＝r 2
②
式中i 2和r 2分别是该光线在AC 面上的入射角和反射角
光线在AB 面上发生折射，由折射定律有 n sin i 3＝sin r 3 ③ 式中i 3和r 3分别是该光线在AB 面上的入射角和折射角
由几何关系得i 2＝r 2＝60°，r 1＝i 3＝30°④
F 点的出射光相对于D 点的入射光的偏角为
δ＝(r 1－i 1)＋(180°－i 2－r 2)＋(r 3－i 3)⑤
由①②③④⑤式得δ＝60°. ⑥
(2)光线在AC 面上发生全反射，光线在AB 面上不发生全反射，有
n sin i 2≥n sin C >n sin i 3
⑦
式中C 是全反射临界角，满足 n sin C ＝1⑧
由④⑦⑧式知，棱镜的折射率n 的取值范围应为233
≤n <2. ⑨
答案：见解析。