高三物理一轮复习 跟踪演练 强化提升（选修34）第二章 光 相对论 第1讲 光的折射 全反射.doc

光的折射 全反射跟踪演练强化提升【课堂达标检测】1.一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,下图能正确描述其光路的是()【解析】选a。光在不同介质中的传播问题,应从光的反射定律、折射定律、全反射规律的角度入手解决问题。光从玻璃砖射向空气时,如果入射角大于等于临界角,则发生全反射;如果入射角小于临界角,则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。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。2.(多选)(2017开封模拟)如图所示,真空中有一个半径为r、质量分布均匀的玻璃球,频率为的细激光束在空中沿直线bc传播,于c点经折射进入玻璃球,并在玻璃球表面的d点又经折射进入真空中,已知cod=120,玻璃球对该激光的折射率为3,则下列说法中正确的是(设c为真空中的光速)()导学号42722304a.激光束的入射角=60b.改变入射角的大小,细激光束可能在玻璃球的内表面发生全反射c.光束在射入玻璃球后,光的频率变小d.此激光束在玻璃中的波长为3c3e.从c点射入玻璃球的激光束,在玻璃球中不经反射传播的最长时间为23rc【解析】选a、d、e。由几何知识得激光束在c点折射角r=30,由n=sinisinr得,sini=nsinr=3sin30=32,得入射角r=60,故a正确;激光束从c点进入玻璃球时,无论怎样改变入射角,折射角都小于临界角,根据几何知识可知光线在d点的入射角不可能大于临界角,所以在d点都不可能发生全反射,故b错误;光的频率由光源决定,与介质无关,所以光穿越玻璃球时频率不变,故c错误;此激光束在玻璃中的波速为v=cn,由v=得:在玻璃中的波长为=v=cn=3c3,故d正确;从c点射入玻璃球的激光束,在玻璃球中不经反射传播的最长路程为s=2r,则最长时间为t=sv=2rc3=23rc,故e正确。3. morpho蝴蝶的翅膀在阳光的照射下呈现出闪亮耀眼的蓝色光芒,这是因为光照射到翅膀的鳞片上发生了干涉,电子显微镜下鳞片结构的示意图如图。一束光以入射角i从a点入射,经过折射和反射后从b点出射。设鳞片的折射率为n,厚度为d,两片之间空气层厚度为h,光在空气中的速度为c,求光从a到b所需的时间t。【解析】设光在鳞片中的折射角为r,根据折射定律:sini=nsinr由几何知识得在鳞片中传播的路程为:l1=2dcosr 在鳞片中的速度为:v=cn则在鳞片中传播的时间:t1=解得:t1=2n2dcn2-sin2i同理,在空气中的传播时间为:t2=2hccosi则光从a到b所需的时间为:t=t1+t2=2n2dcn2-sin2i+2hccosi 答案:2n2dcn2-sin2i+2hccosi 【金榜创新预测】4.如图甲为半径为r的半圆形玻璃圆柱,把该半圆形圆柱放在水平面上,侧视图如乙图所示,半圆面的上表面水平,球面与桌面相切于a点。一细束单色光自e点从空气中射入玻璃体内(入射面即纸面),入射角为45,恰好在圆面上发生全反射,已知oe=22r,若入射光线经球心o点从空气中射入玻璃体内(入射面即纸面),入射角为45,出射光线射在桌面上b点处,求ab之间的距离为多少?不考虑光线在玻璃体内的多次反射。 【解析】当光线经e点入射时,光路图如图所示。设玻璃的折射率为n,由折射定律有:n=sinisinr式中,入射角i=45,r为折射角。在玻璃体圆面上光线恰好发生全反射时,由题意有edo=c发生全反射时,临界角c满足:sinc=1n在edo内,根据正弦定理有odsin(90-r)=oesinc解得n=2.5,sinr=sinin=55当光线经o点入射时,光路图如图所示 oab为直角三角形,因此sinr=aboa2+ab2 解得ab=r2 答案:r2 5.如图所示,一玻璃球体的半径为r,o为球心,ab为直径,在球的左侧有一竖直接收屏在a点与玻璃球相切。自b点发出的光线bm在m点射出,出射光线平行于ab,照射在接收屏上的q点。另一光线bn恰好在n点发生全反射。已知abm=30,求:导学号42722305(1)玻璃的折射率。(2)光由b传到m点与再由m传到q点所需时间比。(3)n点到直径ab的距离。【解析】(1)已知abm=30,由几何关系知入射角:=30折射角:=60则玻璃的折射率为:n=sinsin=3 (2)光在玻璃中传播速度:v=cn 光由b传到m的时间:t1=bmv=2rcos30cn=3rc 光由m传到q的时间:t2=mqc=r-rcos60c=r2c 则:t1t2=61(3)由题意知临界角为:c=onb。则:sinc=1n=33,cosc=63 故n点到直径ab的距离:d=2rcoscsinc=223r答案:(1)3 (2)61(3)223r6.如图所示,在桌面上有一倒立的玻璃圆锥,有一半径为r=0.2m的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的底面上,光束的中心轴与圆锥的轴重合。圆锥底面与桌面平行,顶点c与桌面的距离为a=0.43m,过轴线的截面为等边三角形abc,边长l=1.0m,已知玻璃的折射率为n=1.5,光速为c=3.0108m/s,求:(1)光束在桌面上形成的光斑半径r。(2)光束从进入圆锥的底面ab开始直至到达桌面所需的最长时间t。【解析】(1)由n=1.5,可知全反射临界角为:sinc=1n2332,c60而光线射到bc边时的入射角为60,所以光线在bc边发生了全反射,作出光路图如图,边界光线de在bc边发生全反射,由图中几何关系可得,反射光线ef垂直ac边射出,到达桌面上g处。 根据几何知识可知,ie=ic则2iccos30=rsin30,得ic=0.433mgh=(ic+a)tan60光斑的外半径为r1=gh,内半径r2=atan60联立解得,r1=1.6m,r2=1.2m(2)光束从圆锥的底面ab开始直至到达桌面的最长时间为de光线所用的时间t。由几何关系有de=(12-r)tan60=0.33m由于efcelc,则ef=lc=rtan60=0.23mfg=ghsin60-(ef-ie)=3m光在玻璃中传播速度v=c