1、光的折射和全反射(分值：100分)1(3分)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，它也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D出现的不是“海市蜃楼”，也不是由光的折射造成的，A错误；“水面”存在，是由于发生全反射引起的，B错误；在太阳光照射下，地表温度升高，地面附近空气的折射率变小，光发生全反射，C错
2、误，D正确2(3分)如图所示，一条光线通过一个在水中的球形空气泡，下列哪一条表示出射光线的路径()A光线1B光线2C光线3D光线4A光先从水进入空气泡中，由折射定律可知折射角应大于入射角；然后又从空气射入水中，折射角应小于入射角综上所述，只有光线1符合要求，故选项A正确3(3分)如图所示，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，则这束光进入棱镜后的光路图应为() ABC DD光线垂直AB面射入，在到达AC面上时入射角i60，因光线的临界角C满足sin C，C45，iC，所以光线在AC面发生全反射；光线到达BC面上的入射角i30，由于iC，所以有部分光线从BC面射出，还有
3、部分光线经BC面反射到AC面上，此时入射角等于零度，光线垂直于AC面射出，D项正确4(3分)如图所示，有玻璃三棱镜ABC，顶角A为30，一束光线a垂直于AB射入棱镜，由AC射出进入空气，测得出射光线与入射光线间夹角为30，则棱镜的折射率为()ABC DC由题意可知，光线从玻璃射向空气中时，入射角为130，折射角为260，则玻璃的折射率n故选C5(3分)如图所示为一内侧面与外侧面平行、中间部分为空气的三棱镜将此三棱镜放在空气中，让一束单色光沿平行于底边BC的方向入射到AB面上，光从AC面射出，在图示出射光线中(光线平行于BC边)正确的是()A只能是B只能是C只能是D都有可能B由几何光路图，穿过平
4、行玻璃砖后光线与入射光线平行，但光会发生侧移，B对，A、C、D错6(3分)红、黄、绿三种单色光以相同的入射角到达某介质和空气的界面时，若黄光恰好发生全反射，则()A绿光一定能发生全反射B红光一定能发生全反射C三种单色光相比，红光在介质中的传播速率最小D红光在介质中的波长比它在空气中的波长长A根据折射定律可知折射率最大的是绿光，最小的是红光，由临界角公式sin C，临界角最小的是绿光，最大的是红光，由于黄光恰好发生全反射，所以入射角大于绿光的临界角，因此绿光一定发生光的全反射，A正确；由于黄光恰好发生全反射，所以入射角小于红光的临界角，因此红光一定不发生光的全反射，B错误；由v可知，折射率越大的
5、传播速度越小，所以绿光在介质中的传播速率最小，C错误；由vf与v可得，同种光，介质折射率越大的，波长越小，所以红光在介质中的波长比它在空气中的波长短，D错误；故选A7(3分)ABC为一全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，一束白光垂直入射到AC面上，在AB面上发生全反射若光线的入射点O的位置不变，改变入射光的入射方向(不考虑BC面反射的光线)，则()A使入射光线按图中所示的逆时针方向偏转，则红光将首先射出AB面B使入射光线按图中所示的逆时针方向偏转，则紫光将首先射出AB面C使入射光线按图中所示的顺时针方向偏转，则红光将首先射出AB面D使入射光线按图中所示的顺时针方向偏转，则紫光将首先射出AB
6、面C使入射光线按图中所示的逆时针方向偏转，则进入棱镜之后发生折射现象，射到AB边上的光线，入射角大于45，所以依然会发生全反射，不会有光线从AB面射出，故A、B错误；使入射光线按图中所示的顺时针方向偏转，则进入棱镜之后发生折射现象，射到A、B边上的光线，入射角小于45，因为红光的临界角最大，所以首先从AB面射出的是红光，故选C8(3分)某单色光从甲介质射入乙介质，入射角为30，折射光线与反射光线之间的夹角为95，那么()A乙介质是光密介质B光线在甲介质中的传播速度比在乙介质中快C光线从甲介质进入乙介质可能发生全反射D光线从乙介质进入甲介质可能发生全反射C由题意知反射光线与折射光线的夹角为95，
7、则折射角为55，而入射角为30，则甲为光密介质，乙为光疏介质据n和n甲n乙可知，光线在介质中传播速度v甲v乙根据发生全反射的条件知，光线从甲介质进入乙介质时可能发生全反射，所以C正确9(6分)某同学用大头针、三角板、量角器等器材测半圆形玻璃砖的折射率开始玻璃砖的位置如图中实线所示，使大头针P1、P2与圆心O在同一直线上，该直线垂直于玻璃砖的直径边，然后使玻璃砖绕圆心O缓慢转动，同时在玻璃砖的直径边一侧观察P1、P2的像，且P2的像挡住P1的像如此观察，当玻璃砖转到图中虚线位置时，上述现象恰好消失此时只需测量出_，即可计算出玻璃砖的折射率请用你的测量量表示出折射率n_解析当恰好看不见P1、P2的
8、像时，刚好发生全反射现象，此时玻璃砖直径转过的角度为临界角，折射率n答案玻璃砖直径边绕O点转过的角度10(9分)如图所示，一束光线从空气射入某介质，入射光线与反射光线夹角为90，折射光线与入射光线延长线间夹角为15，求：(1)该介质的折射率；(2)光在该介质中传播的速度解析(1)入射光线与反射光线夹角为90，故入射角45，折射光线与入射光线延长线间夹角为15，故折射角30，由折射率公式可得：n(2)由光速与介质折射率的关系可得：v m/s2.12108 m/s答案(1)(2)2.12108 m/s11(4分)(多选)如图所示，一束色光从长方体玻璃砖上表面射入玻璃，穿过玻璃后从侧面射出，变为a、
9、b两束单色光，则以下说法正确的是()A玻璃对a光的折射率较大B在玻璃中b光的波长比a光短C在玻璃中b光传播速度比a光大D减小入射角i，a、b光线有可能消失BD由题图可知折射率nanb，则fafb，又由n得，vavb，综上得ba，故A、C错误，B正确；减小入射角i，由几何关系可知在玻璃内的入射角变大，可能发生全反射a、b都可能消失，D正确12(4分)(多选)如图所示，实线为空气和水的分界面，一束红光从空气中的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()AO1点在O点的右侧B红光从空气中射入
10、水中时，速度变小C若沿AO方向射向水中的是一束紫光，则折射光线有可能通过B点正上方的D点D若红光从水中的B点沿BO方向射向界面，则红光在界面处有可能发生全反射BD当光由空气射入水中时入射角大于折射角，画出大致光路图如图所示，可见O1点在O点的左侧，故A错误；红光在真空中速度最大，当红光从空气中射入水中时，速度变小，故B正确；若沿AO方向射向水中的是一束紫光，水对紫光的折射率大于对红光的折射率，根据折射定律可知，紫光的偏折程度大于红光的偏折程度，所以折射光线有可能通过B点正下方的C点，故C错误；若红光从水中的B点沿BO方向射向界面，入射角可能大于临界角，红光在界面处有可能发生全反射，故D正确，故
11、选BD13(4分)(多选)如图所示，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为，经折射后射出a、b两束光线则()A在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度B在真空中，a光的波长小于b光的波长C玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率D若改变光束的入射方向使角逐渐变大，则折射光线a首先消失ABD通过光路图可看出，折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度，玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率，故C错误；a光的频率大于b光的频率，波长小于b光的波长，故B正确；由n知，在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度，故A正确；入射角增大时，折射率大的光线首先发生全反射，a光首先消失，
12、故D正确14(4分)(多选)如图所示，a、b和c都是厚度均匀的平行玻璃板，a和b、b和c之间的夹角都为，一细光束由红光和蓝光组成，以入射角从O点射入a板，且射出c板后的两束单色光射在地面上P、Q两点，由此可知()A射出c板后的两束单色光与入射光平行B射到P点的光在玻璃中的折射率较大C射到P点的光在玻璃中的传播速度较大，波长较长D若稍微增大入射角，光从b板上表面射入到其下表面时，在该界面上有可能发生全反射AB光线经过平行玻璃板时出射光线和入射光线平行，则最终从c板射出的两束单色光与入射光仍然平行，A正确；射到P点的光偏折程度比射到Q点的光偏折程度厉害，知射到P点的光在玻璃中的折射率较大，B正确；
13、射到P点的光折射率较大，根据v知，在玻璃中传播的速度较小，折射率大，则频率大，波长小，C错误；光从b板上表面射入到其下表面时的入射角等于上表面的折射角，根据光路可逆性可知，光线不可能在下表面上发生全反射，D错误15(8分)在“测定玻璃的折射率”的实验中，(1)小朱同学在实验桌上看到方木板上有一张白纸，白纸上有如图甲所示的实验器材，他认为除了缺刻度尺还少了一种器材，请你写出所缺器材的名称：_，老师将器材配齐后，他进行实验，图乙是他在操作过程中的一个状态，请你指出第四枚大头针应在图乙中的位置_(选填“A”“B”或“C”)甲乙丙(2)小红利用方格坐标纸测定玻璃的折射率，如图丙所示，AO是画在纸上的直
14、线，她在直线AO适当位置竖直插上P1、P2两枚大头针，放上半圆形玻璃砖，使其圆心与O重合，然后插上P3、P4两枚大头针，以确定折射光线其中她确定P3大头针位置的方法应当是_操作完成后，她用圆规作了一个以O为圆心、半径与玻璃砖半径相同的半圆(如图丙中虚线所示)，则她测出玻璃的折射率n_解析(1)在实验桌上看到方木板上有一张白纸，白纸上有如图甲所示的实验器材，还缺少刻度尺、大头针；依据光的折射定律，及玻璃砖上下表面平行，那么出射光线与入射光线相互平行，因此第四枚大头针应在图乙中的位置B处，如图所示；(2)透过玻璃砖看，P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像；如图，作出法线，过圆与入射光线与折射光线
15、的交点作法线的垂线CA和DB，由数学知识得：入射角和折射角的正弦值分别为：sin i，sin r其中CODO，则折射率n1.5答案(1)大头针B(2)挡住P1、P2的像1.516(7分)横截面为矩形的玻璃棒被弯成如图所示的形状，一束平行光垂直地射入水平表面A上，要使通过表面A射入的光全部从表面B射出，比值最小是多少？(玻璃的折射率n1.5)解析如图所示的光路中，从玻璃棒的A端面入射的光线，可分为左、中、右，其中最右边的一条光线，最难发生全反射，设其入射角为1，只有当1arcsin时，才发生全反射，根据几何关系知sin1依题意有将n1.5 代入上式，解得2答案217(14分)如图所示，有一与液面
16、成45角的光线从透明液体射向空中，光源距离液面高度为1 m，离开该液体表面的光线与液面的夹角为30试求：(1)该液体的折射率；(2)这束光线经多长时间可以从光源到达液面；(3)如果要使空中没有折射光线出现，入射角的正弦值至少为多少解析(1)根据光路可逆可知，光从空气进入液体的折射角i45，入射角r60，根据折射定律，有n(2)由几何关系，得光在液体中传播的距离为s m，光在液体中传播的速度v，则这束光线从光源到达液面传播时间t108 s(3)设发生全发射的临界角为C，则sin C答案(1)(2)108s(3)18(16分)2018年9月23日“光纤之父”华裔科学家高琨逝世，他一生最大的贡献是研
17、究玻璃纤维通讯光纤在转弯的地方不能弯曲太大，如图模拟光纤通信，将直径为d的圆柱形玻璃棒弯成圆环，已知玻璃的折射率为，光在真空中的速度为c，要使从A端垂直入射的光线能全部从B端射出求：(1)圆环内径R的最小值；(2)在(1)间的情况下，从A端最下方入射的光线，到达B端所用的时间解析(1)从A端最下方入射的光线发生全反射时其他光线都能发生全反射，根据几何关系得sin 设全反射临界角为C，则要使A端垂直入射的光线全部从B端射出，必须有 C根据临界角公式有sin C因此有：sin sin C即有；解得：R，所以R的最小值为(2)在(1)问的情况下，45，R如图所示光在光纤内传播的总路程为s6R光在光纤内传播速度为vc所以所求时间为t答案(1)(2)- 9 -