新高考2021届高考物理小题必练30光的折射和全反射

小题必练30：光的折射和全反射

考M说厢

（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。

考自透瓠

例1.（2020•山东卷⑼截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。龙为嵌在三棱镜内部紧

贴如Z'C面的线状单色可见光光源，"与三棱镜的4%面垂直，〃位于线段宽的中点。图

乙为图甲中4?。面的正视图。三棱镜对该单色光的折射率为2,只考虑由瓦1直接射向侧面

//'CC的光线。下列说法正确的是（）

DBD

甲

A.光从血'C'C面出射的区域占该侧面总面积的g

2

B.光从面出射的区域占该侧面总面积的可

C.若以'发出的单色光频率变小，加Z'C面有光出射的区域面积将增大

D.若以发出的单色光频率变小，4/Z'C面有光出射的区域面积将减小

【答案】AC

【解析】由题可知sinC=乎，可知临界角为45",因此从。点发出的光，竖直向上从〃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，必段射出，根据几何关系可知，"恰好为〃1的中点，因此在平面上有一

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，这时材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。

考员叁装

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；由片*可知，光在水

n

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，Nbac=90°,NaA=60°,一平行细光束从。点

沿垂直于be面的方向射入棱镜。已知棱镜材料的折射率n=巾,若不考虑原入射光在be

面上的反射光，则有光线（）

A.从瑟面射出

B.从ac面射出

C.从6c面射出，且与6c面斜交

D.从6c面射出，且与6c面垂直

【答案】BD

【解析】由棱镜材料的折射率可知，全反射临界角为45°,平行细光束在劭面上入

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A面上垂直出射，B、D项正确。

2

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口用的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为小，为使入射的车灯光

线经玻璃珠折射一反射一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（）

A.15°B.30°C.45°D.60°

【答案】D

【解析】通过“回归反光膜”的光路图可知入射角/是折射角Y的2倍，即7=2Y，由折

-sin;2sinrcosyr^

射定律，有n=一^=——--=2cosr=V3,得r=30°,7=2r=60°，故D项

sinysinyv

正确。

4.如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏户上观察到干涉条纹。要得到

相邻条纹间距更大的干涉图样，可以（）

单缝屏双缝屏光屏

A.增大S与S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

/.A

【解析】据光的干涉产生的条纹间距满足的关系Ax=F一可知，增大$与£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

3

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40从某一介质射向空气时发生折射的情况，图中入射光束与

分界面成60°角，折射光束如与入射光束40延长线的夹角为15°,折射光束如与折射光

束利间的夹角也为15°,则以下说法正确的是（）

A.阳光的频率大于神光的频率

B.全反射时阳光的临界角小于小光的临界角

C.介质对防光和宓光的折射率之比为季：2

D.阳光和弘光在介质中的速度之比为m：2

【答案】D

【解析】过。点作法线，根据折射定律，对于必光有为sin30°=sin45°,对于庞'光有

ncsin30°=sin60°,解得外和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sin6^=,可知，/光的折射率较小，其全反射临界角较大,

n

故B项错；介质对切光和“1光的折射率之比为乖：9,故C项错；由公式片?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、6两束单色光。如果光束6是蓝光，

4

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6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（）

A.a光的频率大于6光的频率

B.光束a在空气中的波长较大

C.出射光束a、8一定相互平行

D.a、。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=L知a光

n

的临界角小，故D项错误。

5

反射层

9.（多选）固定的半圆形玻璃砖的横截面如图，。点为圆心，00'为直径柳V的垂线。足够大

的光屏图紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN.由/、6两种单色光组成的一束光沿半径方向射向0

点，入射光线与。。'夹角〃较小时，光屏A◎区域出现两个光斑，逐渐增大。角，当〃=

a时，光屏A©区域4光的光斑消失，继续增大6角,当，=£时，光屏区域8光的

光斑消失，则（）

A.玻璃砖对力光的折射率比对8光的大

B.4光在玻璃砖中的传播速度比6光的大

C.，<万时，光屏上只有1个光斑

D.£〈时，光屏上只有1个光斑

【答案】AD

【解析】当月光光斑消失时，sina~.当6光光斑消失时，sinF=L由于B>a,

H[}

故"Dm,A项正确；根据〃=三得水必，B项错误；当时，力光发生全反射，B

v

n

光发生折射和反射，在光屏偌上有两个光斑，C项错误；当£<&〈万时，尔6两光都发生

全反射，光屏匐上有一个光斑，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，，则b光先消失

B.在该三棱镜中a光波长小于6光

6

C.a光能发生偏振现象，6光不能发生

D.若a、6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

【解析】设折射角为。，在右界面的入射角为£,根据几何关系有根据折射

定律：〃=三吗，增大入射角1,折射角a增大，B减小，而£增大才能使6光发生全反

sina

射，故A项错误；由光路图可知，a光的折射率小于6光的折射率（“<7）,则a光的波长大

于人光的波长（儿>M），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

h4/

能EH%,再根据动能定理：一e〃=O—E,即遏止电压U~v--,可知入射光的

ee

频率越大，需要的遏止电压越大，na<nb,则a光的频率小于b光的频率（嗅〈~），a光的遏

止电压小于。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，让灯光通过偏振片只在偏振片尸的后面再放置另一个偏振片0,转动0观

察通过两块偏振片的透射光。当透射的光线最强时，记录入0放置的位置关系，如果在这

一位置处将尸转动90°,在0的另一侧观察到的现象是（）

47aP||I1WQI

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】当户、0的透光方向相同时，透过的光线最强，当A0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、。的透光方向相同，户转动90°,P、。的透光方向

垂直，无光线透过偏振片。，D项正确。

12.如图所示，"仍为透明扇形玻璃砖，圆心角仍=60°,〃（/为N4如的角平分线，平

行于的单色光在空气中由0边射入玻璃砖，经的面折射后的光线恰平行于OB.则下列

7

说法正确的是（）

A.该玻璃的折射率为2

B.经的面折射后的光线射到4监面都将发生全反射

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，=60°,折射角y=30°,由

折射定律〃=堞言得〃=m,A项错误；由sinC=：可知，光在此介质中发生全反射的临界

角。大于30°,经物面折射后照射到方面这一范围的光线可能发生全反射，经曲面折射

后照射到砺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『=工=建0,

由「=八/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600nm的橙色光源照射单缝S,在光屏中央

P处观察到亮条纹，在位于一点上方的F点出现第一条亮纹中心（即A到S、S的路程差为

一个波长）。现换用波长为400nm的紫光源照射单缝，则。（填选项字母）

A.一和4仍为亮点

8

B.〃为亮点，8为暗点

C.夕为暗点，A