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2021届高考物理 小题必练30 光的折射和全反射2021届高考物理 小题必练30 光的折射和全反射年级：姓名：11小题必练30：光的折射和全反射(1)光的干涉、衍射和偏振现象；(2)光的折射定律；(3)折射率；(4)全反射、光导纤维等。例1(2020山东卷9)截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。DE为嵌在三棱镜内部紧贴BBCC面的线状单色可见光光源，DE与三棱镜的ABC面垂直，D位于线段BC的中点。图乙为图甲中ABC面的正视图。三棱镜对该单色光的折射率为2，只考虑由DE直接射向侧面AACC的光线。下列说法正确的是()A光从AACC面出射的区域占该侧面总面积的B光从AACC面出射的区域占该侧面总面积的C若DE发出的单色光频率变小，AACC面有光出射的区域面积将增大D若DE发出的单色光频率变小，AACC面有光出射的区域面积将减小【答案】AC【解析】由题可知sin C，可知临界角为45o，因此从D点发出的光，竖直向上从M点射出的光线恰好是出射光线的边缘，同时C点也恰好是出射光线的边缘，如图所示，因此光线只能从MC段射出，根据几何关系可知，M恰好为AC的中点，因此在AACC 平面上有一半的面积有光线射出，A正确，B错误；由于频率越高，折射率越大，当光源发出的光的频率变小，折射率也会变小，导致临界角会增大，这时M点上方也会有光线出射，因此出射光线区域的面积将增大，C正确，D错误。【点睛】几何光学临界问题的分析方法：画出正确的光路图，从图中找出各种几何关系；利用好光路图中的临界光线，准确地判断出恰好发生全反射的临界条件。1如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球，则()A小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球B小球所发的光能从水面任何区域射出C小球所发的光从水中进入空气后频率变大D小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大【答案】D【解析】小球在缸底的其他位置也能从侧面看到，A项错误；光线由水射向空气时，有可能发生全反射，B项错误；光在不同介质中的频率是不变的，C项错误；由v可知，光在水中的速度小于在空气中的速度，D项正确。2(多选)如图为一直角棱镜的横截面，bac90，abc60，一平行细光束从O点沿垂直于bc面的方向射入棱镜。已知棱镜材料的折射率n，若不考虑原入射光在bc面上的反射光，则有光线()A从ab面射出B从ac面射出C从bc面射出，且与bc面斜交D从bc面射出，且与bc面垂直【答案】BD【解析】由棱镜材料的折射率n可知，全反射临界角为45，平行细光束在ab面上入射角为60，大于临界角，发生全反射，反射光在ac面上入射角为30，小于临界角，既有反射又有折射，光线在bc面上垂直出射，B、D项正确。3 现在高速公路上的标志牌都用“回归反光膜”制成。夜间行车时，它能把车灯射出的光逆向返回，标志牌上的字特别醒目。这种“回归反光膜”是用球体反射元件制成的，反光膜内均匀分布着一层直径为10 m的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为，为使入射的车灯光线经玻璃珠折射反射再折射后恰好和入射光线平行，如图所示，那么第一次入射的入射角应是()A15 B30 C45 D60【答案】D【解析】通过“回归反光膜”的光路图可知入射角i是折射角的2倍，即i2，由折射定律，有n2cos，得30，i260，故D项正确。4如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以()A增大S1与S2的间距B减小双缝屏到光屏的距离C将绿光换为红光D将绿光换为紫光【答案】C【解析】据光的干涉产生的条纹间距满足的关系x可知，增大S1与S2的间距，条纹间距减小，A项错误；减小双缝屏到光屏的距离，条纹间距减小，B项错误；将绿光换成红光，波长增大，条纹间距增大，C项正确；绿光换成紫光，波长减小，条纹间距减小，D项错误。5在双缝干涉实验中，以白光为光源，在屏幕上观察到了彩色干涉条纹。若在双缝中的一缝前放一块红色滤光片，在另一缝前放一块绿色滤光片(只能分别透过红光和绿光)，这时()A屏上只有红色和绿色的双缝干涉条纹，其他颜色的双缝干涉条纹消失B屏上红色和绿色的双缝干涉条纹消失，其他颜色的双缝干涉条纹依然存在C屏上任何颜色的双缝干涉条纹都不存在，但仍有光亮D屏上无任何光亮【答案】C【解析】红色滤光片只允许红光通过，绿色滤光片只允许绿光通过。通过一缝的光是红光，通过另一缝的光是绿光，而红光和绿光不能发生干涉，屏上无干涉条纹，但有光到达，C项正确。6如图所示为一束复色光AO从某一介质射向空气时发生折射的情况，图中入射光束AO与分界面成60角，折射光束OB与入射光束AO延长线的夹角为15，折射光束OB与折射光束OC间的夹角也为15，则以下说法正确的是()AOB光的频率大于OC光的频率B全反射时OB光的临界角小于OC光的临界角C介质对OB光和OC光的折射率之比为2DOB光和OC光在介质中的速度之比为2【答案】D【解析】过O点作法线，根据折射定律，对于OB光有nBsin 30sin 45，对于OC光有nCsin 30sin 60，解得nB和nC，因为在同一种介质中，介质对频率大的光的折射率也大，故A项错；根据sinC临可知，OB光的折射率较小，其全反射临界角较大，故B项错；介质对OB光和OC光的折射率之比为9，故C项错；由公式v可知，D项对。7如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为a、b两束单色光。如果光束b是蓝光，则光束a可能是()A红光B黄光C绿光D紫光【答案】D【解析】根据题意作出完整光路图，如图所示，a光进入玻璃砖时光线偏折角较大，根据光的折射定律可知玻璃砖对a光的折射率较大，因此a光的频率应高于b光，故选D项。8(多选)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()Aa光的频率大于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Da、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】AC【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项正确；a光的频率较大，则波长较小，故B项错误；因为a、b两光在玻璃砖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项正确；因为a光的折射率较大，由临界角公式sinC，知a光的临界角小，故D项错误。9(多选)固定的半圆形玻璃砖的横截面如图，O点为圆心，OO为直径MN的垂线。足够大的光屏PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN。由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射光线与OO夹角较小时，光屏NQ区域出现两个光斑，逐渐增大角，当时，光屏NQ区域A光的光斑消失，继续增大角，当时，光屏NQ区域B光的光斑消失，则()A玻璃砖对A光的折射率比对B光的大BA光在玻璃砖中的传播速度比B光的大C时，光屏上只有1个光斑D，故nAnB，A项正确；根据n，得vAvB，B项错误；当时，A光发生全反射，B光发生折射和反射，在光屏PQ上有两个光斑，C项错误；当时，A、B两光都发生全反射，光屏PQ上有一个光斑，D项正确。10明代学者方以智在阳燧倒影中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a、b，下列说法正确的是()A若增大入射角i，则b光先消失B在该三棱镜中a光波长小于b光Ca光能发生偏振现象，b光不能发生D若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则a光的遏止电压低【答案】D【解析】设折射角为，在右界面的入射角为，根据几何关系有A，根据折射定律：n，增大入射角i，折射角增大，减小，而增大才能使b光发生全反射，故A项错误；由光路图可知，a光的折射率小于b光的折射率(nab)，故B项错误；根据光电效应方程和遏止电压的概念可知：最大初动能EkhW0，再根据动能定理：eUc0Ek，即遏止电压Uc，可知入射光的频率越大，需要的遏止电压越大，nanb，则a光的频率小于b光的频率(ab)，a光的遏止电压小于b光的遏止电压，故D项正确；光是一种横波，横波有偏振现象，纵波没有，有无偏振现象与光的频率无关，故C项错误。11如图所示，让灯光通过偏振片P，在偏振片P的后面再放置另一个偏振片Q，转动Q观察通过两块偏振片的透射光。当透射的光线最强时，记录P、Q放置的位置关系，如果在这一位置处将P转动90，在Q的另一侧观察到的现象是()A射出光线的强度保持不变B有光线射出，强度变弱C有光线射出，强度变强D无光线射出【答案】D【解析】当P、Q的透光方向相同时，透过的光线最强，当P、Q的透光方向垂直时，光线不能透过两个偏振片。透射光最强时，P、Q的透光方向相同，P转动90，P、Q的透光方向垂直，无光线透过偏振片Q，D项正确。12如图所示，AOB为透明扇形玻璃砖，圆心角AOB60，OM为AOB的角平分线，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。则下列说法正确的是()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玻璃砖中的波长相等D该入射光在空气中的频率与玻璃砖中的频率相等【答案】D【解析】依题意作出光路图(图略)，由几何知识得，入射角i60，折射角30，由折射定律n得n，A项错误；由sinC可知，光在此介质中发生全反射的临界角C大于30，经OA面折射后照射到面这一范围的光线可能发生全反射，经OA面折射后照射到范围的光线不能发生全反射，B项错误；光在不同介质中传播的过程中频率不变，D项正确；若光在真空中的传播速度为c，则光在玻璃砖中的传播速度为vc，由vf可知，该入射光在空气和玻璃砖中的波长不同，C项错误。13(1)激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛。下面关于激光的叙述正确的是_。(填选项字母)A激光是纵波B频率相同的激光在不同介质中的波长相同C两束频率不同的激光能产生干涉现象D利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离(2)如图所示是双缝干涉实验装置，使用波长为600 nm的橙色光源照射单缝S，在光屏中央P处观察到亮条纹，在位于P点上方的P1点出现第一条亮纹中心(即P1到S1、S2的路程差为一个波长)。现换用波长为400 nm的紫光源照射单缝，则_。(填选项字母)AP和P1仍为亮点BP为亮点，P1为暗点CP为暗点，P1为亮点DP、P1均为暗点(3)如图所示，一束激光从O点由空气射入厚度均匀的介质，经下表面反射后，从上表面的A点射出。已知入射角为i，A与O相距l，介质的折射率为n，试求介质的厚度d。【答案】(1)D(2)B(3)l【解析】(1)本题主要考查激光的性质，意在考查考生综合分析问题的能力。光是横波，A项错；激光在介质中的波长为，不同介质n不同，所以波长不同，B项错；产生干涉的条件是频率相同，C项错；利用激光平行度好的特点可以测量月球和地球之间的距离，D项正确。(2)从单缝S射出的光波被S1、S2两缝分成的两束光为相干光，由题意，屏中央P点到S1、S2距离相等，即由S1、S2分别射出的光到P点的路程差为零，因此是亮纹中心。因而，无论入射光是什么颜色的光，波长多大，P点都是中央亮纹中心。而P1点到S1、S2的路程差刚好是橙光的一个波长，即|P1S1P1S2|600 nm橙，则两列光波到达P1点振动情况完全一致，振动得到加强，因此出现亮纹。光换用波长为400 nm的紫光时，|P1S1P1S2|600 nm，则两列光波到达P1点时振动情况完全相反，即由S1、S2射出的光波到达P1点就相互削弱，因此出现暗条纹。综上所述，B项正确。(3)设折射角为，则n，由几何关系得l2dtan ，解得dl。