2024版高中同步新教材选择性必修第一册人教物理备课资源强化练7 科技、生产、生活中的折射和全反射

2024版高中同步新教材选择性必修第一册人教物理备课资

源专题强化练7科技、生产、生活中的折射和全反射

。答案见P171分钟

一、选择题

1.（2023江苏扬州中学月考）如图所示是光学式指纹识别模块的原理

图,其原理是利用光学棱镜的全反射特性,在指纹谷线（凹部），入射光

在棱镜界面发生全反射,在指纹脊线（凸部），入射光的某些部分被吸

收或者漫反射到别的地方,这样,在指纹模次上形成明暗相间的指纹

图像。己知水的折射率约为1.33,透明玻璃的折射率约为1.5。下列

说法正确的是（）

A.指纹模块接收光线较喑的部位是指纹谷线

B.指纹模块接收光线较亮的部位是指纹脊线

C.手指没有放入时，若光源正常发光,指纹模块会接收到全亮图像

D.手指湿润时,指纹识别率低,是因为光在棱镜界面一定不能发生全

反射

2.（2022江苏南京第二十九中学阶段性测试）湖面上有一观景台，如

图所示是截面图，观景台下表面恰好和水面相平,/为观景台右侧边

缘在湖底的投影,水深展4m,在观景台右侧与观景台边缘水平距离

为产4m处有一可沿竖直方向上下移动的单色点光源S,点光源S可

从水面上方3m处下移到接近水面,在移动过程中,观景台下湖底被

照亮的最远距离为AQ最近距离为AB,若AB=3m,则（）

A.水的折射率小|

B.水的折射率上1.5

C.心曳！

7m

D.AO4y/7m

3.（2023河北深州长江中学阶段测试）在桌面上有一倒立的玻璃圆锥,

其顶点恰好与桌面接触，圆锥的轴（图中虚线）与桌面垂直,过轴线的

截面为等边三角形,如图所示。有一半径为r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。已知玻璃的折

射率为1.5,则光束在桌面上形成的光斑半径为（）

4,颂（2023四川成都七中期中）光纤在现代通信中有着巨大作用,

如图所示，由透明材料制成的光纤内芯折射率大于外套折射率,若内

芯的折射率为A,外套材料的折射率为的则当光由内芯射向外套时,

发生全反射的临界角C'满足sin若光纤内芯的半径为为现有

ni

一细束单色光垂直于左端面沿轴线入射,为保证光信号一定能发生全

反射,则在铺设光纤时\光纤轴线的转弯半径不能低于（）

//

光纤

A.庐B.庐」e

«i-n2ni-n2

c・fD.庐生a

«i-n2

二、非选择题

5.（2023四川成都实验外国语学校二模）如图1所示,某种油量计是

由许多透明等厚、长度不等的薄塑料片叠合而成的，每个薄片的形状

如图2所示,其底部为等腰直角三角形。原理可以解释为光竖直向下

射入固定在容器中的油量计;当容器内有油时,光大部分折射进入油

中，只有少部分反射回观察窗口，当容器内无油时，光在塑料和空气的

界面发生全反射而返回油量计上端，这样就可以通过观察窗上的亮暗

分布来判断油量的多少。随着油量的减少,观察窗（填“左

边”或“右边”）最先开始亮,观察窗亮的部分越长，说明剩余油量—

（填“越多”或“越少”）o能否用折射率为1.35的透明塑料来制作

这款油量计?（填“能”或“不能”）o

图2

6.（2022江苏盐城响水中学期中）如图甲所示，自行车尾灯在夜

晚被灯光照射时特别明亮。尾灯结构可简化为截面为等腰直角三角

形的三棱镜，如图乙所示,力8边长为2a£"、〃距离为L,一束单色光

从〃点垂直于4V面入射，恰好在月夕面上发生全反射，已知真空中的

光速为Co求：

⑴三棱镜的折射率；

⑵光在三棱镜中的传播时间。

7.（2023重庆西南大学附中模拟）某公园内新安装了高功率发光二极

管水下射灯，为公园增添绚丽色彩。若射灯（可视为点光源）发出的其

中一条光线斜射到水面上,在水面的出射光线和反射光线恰好垂直，

已知出射点与射灯的水平距离为0.75叫水的折射率为右求：

（1）射灯到水面的垂直距离；

⑵游客能看到水面上被照亮区域的面积。

8.（2022重庆第一中学期中）眼球结构类似球体,眼睛发生病变时,会

使眼球内不同部位对光的折射率发生变化。现在用一个玻璃球模拟

眼球，研究对光的传播的影响。玻璃球由两个折射率不同、半径均为

彳的半球拼合而成，拼合面为MN,球心为a。为，初的中点，国垂直于

助V交左半球于P点。一束单色光从P点以跟收反向延长线成30°

角的方向射入。左、右半球对该单色光的折射率分别为〃尸8和

年瓜真空中的光速为Co

（1）通过计算说明此单色光能否从右半球射出；

⑵计算此单色光在玻璃球中传播第一次到达右半球与空气交界面所

用时间。

M

9.经典题.（2023浙江大学附属中学期中）2021年12月9H,王亚平在

太空实验授课中，进行了水球光学实验。在空间站中的微重力环境下

有一个水球,如果在水球中心注入空气,形成球形气泡，内外两球面球

心均在。点,如图所示。一束单色光从外球面上的/点以与连线

成i角度射入球中，已知水的折射率为右内球面半径为3R,外球面半

径为57?,真空中的光速为以求：

⑴光在水中的传播速度匕

⑵能使光在内球表面上发生全反射的入射角i的正弦值的取值范围。

答案与分层梯度式解析

第四章光

专题强化练7科技、生产、生活中的折射和全反射

~LC~~fc~~w~~~TA~

1.C在指纹脊线（凸部），入射光的某些部分被吸收或者漫反射到别的

地方，指纹模块接收到光线较暗，在指纹谷线（凹部），入射光在棱镜界面

发生全反射，指纹模块接收到光线较亮，因此指纹模块接收光线较暗的

部位是指纹脊线，较亮的部位是指纹谷线,A、B错误;手指没有放入时,

若光源正常发光，入射光在棱镜界面发生全反射,指纹模块上会接收到

全亮图像,C正确;手指湿润时，光在棱镜和水的界面上发生全反射的临

界角比在棱镜与空气界面发生全反射的临界角大，射在棱镜与水界面

上的这部分光线可能无法发生全反射，使指纹识别率降低，并非光在棱

镜界面一定不发生全反射,D错误。故选C。

2.C点光源S在水面上方H=3m处发出的光在观景台右侧边缘与水

面交接处折射到水里时，射到湖底3点，光路图如图所示，

由几何关系可得sini=』二'sin-福声：，水的折射率片胆二*,A、

Vx2+H25V/ie2+/i25smr3

B错误;点光源S接近水面时，光在观景台右侧边缘与水面交接处折射

到水里，射到湖底C点，此时入射角视为90。,设折射角为C,由折射定

律修嘿二会，解得'in由几何关系可得sin编，解得A*

m,C正确,D错误。

3.D光在玻璃中发生全反射的临界角满足sinC=U|<sin60。=噂故光

九32

线在玻璃中会发生全反射，光路图如图所示，

由图中几何关系可得rtan60°=(/?+/*)tan30°,

解得光束在桌面上形成的光斑半径R=2G故选Do

4.A设光纤轴线的转弯半径为R,此时光在内芯和外套的界面上刚好

发生全反射，如图所示：

根据题意,sinC烹，由几何关系可知sin。二念,解得心意，故选Ao

5.答案右边越少不能

解析当油面下降，塑料露出油面,光线在塑料和空气的界面处发生全

反射,返回油量计的上端面并射出，看起来明亮，因为右边塑料短，可知

随着油量的减少，观察窗右边最先开始亮;观察窗亮的部分越长，说明

油面越低，剩余油量越少。

如图所示，当塑料片下方为空气时,光由上面射入塑料片，在下面等腰

直角三角形部分发生全反射才符合要求，此时的入射角是45。,全反射

的临界角应小于或等于45。,即应满足sinC<sin45。,又因为sin。三,则

透明塑料的折射率应满足佗高二无=1.414,因此折射率为1.35的透

明塑料不能用来制作这款油量计。

6.答案(1)72(2)华L

解析（1）光路如图

光线恰好在A8面上发生全反射，则全反射临界角C=ZA=45°

根据sin。三,解得n=V2

⑵根据几何知识得AD=DE=FG=L

AE=>/DE2+AD2=&L,BE=AB-AE=&L

则EF=>JBE2+BF2=q(&L)2+(V2L)2=2L

则光在三棱镜中传播的路程为s=EF+DE+FG=4L

光在三棱镜中的传播速度V―

n

光在三棱镜中的传播时间片

联立解得FL

7.答案(1)1m(2)4.04m2

解析（1）设入射角为火折射角为由作出光路图如下

射灯

根据折射定律有皿〃w

sina3

根据题意有。+夕=90。

联立可得a=37/=53。

根据图中几何关系可得自一爹m=lm

tana-

4

⑵设射灯射向水面的光线发生全反射的临界角为C,如图所示

_______.R

V

射灯

根据全反射临界角公式sin

n4

由图中几何关系得sinV/i2+R2

联立解得

游客能看到水面上被照亮区域的面积为S=7c/?2=3.14x|mM.O4m2

8.答案（1）见解析⑵（3+n）R

2c

解析（1）如图所示,

根据几何关系可知单色光在尸点的入射角为

/=30°+30°=600

设单色光在P点的折射角为々根据折射定律有

5尸百

sinr

解得『30。,即折射光线沿PQ方向。

由几何关系可知单色光在右半球与空气交界面的入射角为六30。

单色光在右半球与空气交界面发生全反射的临界角C满足sincq,

解得。=45。

则次C,即单色光在右半球与空气交界面不会发生全反射，能从右半球

射出。

⑵单色光在左、右半球的传播速度分别为

v,=^r^,V2=^=^

单色光在左、右半球的传播距离相等，均为s=R2二级

所以单色光在玻璃球中传播第一次到达右半球与空气交界面所用时

间为片与十二=虹@£

%V22C

9.答案(1)%(2)0.6<sinz<0.8

解析⑴由公式〃吟可得光在水中的传播速度叶亍为

⑵光在内球表面上恰好发生全反射的光路图如图所示:

有sinC=-n=-4

有sinZABO=sinC=-4

由正弦定理，有』造，得.『治

根据折射定律有sini=nsin/-0.6

折射光线与内球面相切时，对应的入射角最大，如图所示:

有sinr=5nM：5,sini-nsinr=0.8

即0.6<sinz<0.8第四章光

综合拔高练

五年高考练

考点1折射问题的分析与计算

1.（2022浙江1月选考,11）如图所示，用激光笔照射半圆形玻璃砖圆

心。点,发现有a、b、c、d四条细光束，其中d是光经折射和反射形

成的。当入射光束a绕。点逆时针方向转过小角度△夕时,6、c、d

也会随之转动，则（）

A.光束b顺时针旋转角度小于△0

B.光束。逆时针旋转角度小于△0

C.光束"顺时针旋转角度大于△0

D.光束枚c之间的夹角减小了2A0

2.(2022江苏,12)如图所示，两条距离为〃的平行光线，以入射角。

从空气射入平静水面，反射光线与折射光线垂直。求:

⑴水的折射率〃；

⑵两条折射光线之间的距离&

3.(2022湖北,14)如图所示,水族馆训练员在训练海豚时，将一发光

小球高举在水面上方的A位置,海豚的眼睛在片位置,A位置和3位

置的水平距离为位置离水面的高度为:乩训练员将小球向左水

«5

平抛此入水点在8位置的正上方,入水前瞬间速度方向与水面夹角

为。。小球在1位置发出的一束光线经水面折射后到达〃位置，折

射光线与水平方向的夹角也为9。已知水的折射率小*求：

(1)tan0的值；

(2)夕位置到水面的距离从

考点2实验:测量玻璃的折射率

4.[2019天津理综,9(2)]某小组做测定玻璃的折射率实验,所用器材

有:玻璃砖,大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸。

①下列哪些措施能够提高实验准确程度—O

A.选用两光学表面间距大的玻璃砖

B.选用两光学表面平行的玻璃砖

C.选用粗的大头针完成实验

D.插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些

②该小组用同一套器材完成了四次实验,记录的玻璃砖界线和四枚大

头针扎下的孔洞如下图所示，其中实验操作正确的是o

AB

I)

③该小组选取了操作正确的实验记录,在白纸上画出光线的径迹，以

入射点。为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于尔夕点，再过

尔/7点作法线册〃的垂线，垂足分别为C、〃点，如图所示，则玻璃的

折射率上o(用图中线段的字母表示)

5.[2021全国乙,34(2)]用插针法测量上、下表面平行的玻璃砖的折

射率。实验中用A.6两个大头针确定入射光路，C、〃两个大头针确

定出射光路,。和。'分别是入射点和出射点,如图⑸所示。测得玻璃

砖厚度为/F15.0mm厚到过0点的法线〃犷的距离腑10.0mm,〃到

玻璃砖的距离以％20.0mm,0’到〃犷的距离为折5.0mm。

（，）求玻璃砖的折射率；

（力.）用另一块材料相同,但上下两表面不平行的玻璃砖继续实验,玻

璃砖的截面如图（b）所示。光从上表面入射,入射角从0逐渐增大,达

到45°时，玻璃砖下表面的出射光线恰好消失。求此玻璃砖上下表

面的夹角。

考点3全反射问题的分析与计算

6.（2022辽宁,5）完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮。

2021年12月，在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天

员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球。如图所示,若气泡

与水球同心,在过球心。的平面内，用单色平行光照射这一水球，下列

说法正确的是（）

A.此单色光从空气进入水球,频率一定变大

B.此单色光从空气进入水球,频率一定变小

C.若光线1在,"处发生全反射,光线2在4处一定发生全反射

D.若光线2在N处发生全反射，光线1在川处一定发生全反射

7.（2022山东,7）柱状光学器件横截面如图所示，。〃右侧是以。为圆

心、半径为的:圆,左侧是直角梯形,加长为此m与3夹角

45°,力。中点为员a、b两种频率的细激光束，垂直力5面入射，器件

介质对a、6光的折射率分别为1.42、1.40。保持光的入射方向不

变,入射点从A向〃移动过程中，能在9面全反射后，从〃犷面出射的

光是（不考虑三次反射以后的光）（）

A.仅有a光

B.仅有。光

C.a、力光都可以

D.a、6光都不可以

8.[2022全国甲，34（2）]如图，边长为a的正方形/心切为一棱镜的横

截面,也为48边的中点。在截面所在平面内，一光线自,"点射入棱镜,

入射角为60。，经折射后在砥边的N点恰好发生全反射,反射光线

从切边的P点射出棱镜。求棱镜的折射率以及只。两点之间的距

离。

9.[2022河北,16（2）]如图，一个半径为??的玻璃球，。点为球心。球

面内侧单色点光源S发出的一束光在4点射此出射光线48与球直

径SC平行，。二30。。光在真空中的传播速度为。。求：

（，）玻璃的折射率；

（力）从S发出的光线经多次全反射回到S点的最短时间。

10.（2022重庆，18）如图所示，水面上有一透明均质球,上半球露出水

面,下半球内竖直中心轴上有红、蓝两种单色灯（可视为点光源），均

质球对两种色光的折射率分别为〃红和〃蓝。为使从光源照射到上半

球面的光,都能发生折射（不考虑光线在球内反射后的折射），若红灯

到水面的最大距离为力红。

⑴求蓝灯到水面的最大距离；

⑵两灯都装在各自到水面的最大距离处，蓝灯在红灯的上方还是下

方?为什么？

考点4光的干涉

11.（2022浙江6月选考,4）关于双缝干涉实验,下列说法正确的是

A.用复色光投射就看不到条纹

B.明暗相间条纹是两列光在屏上叠加的结果

C.把光屏前移或后移,不能看到明暗相间条纹

D.蓝光干涉条纹的间距比红光的大

12.多选题，（2021浙江6月选考,16）肥皂膜的干涉条纹如图所示,条纹

间距上面宽、下面窄。下列说法正确的是()

A.过肥皂膜最高和最低点的截面一定不是梯形

B.肥皂膜上的条纹是前后表面反射光形成的干涉条纹

C.肥皂膜从形成到破裂,条纹的宽度和间距不会发生变化

D.将肥皂膜外金属环左侧的把柄向上转动90。，条纹也会跟着转动

90。

13.多选题，（2022山东，10）某同学采用图中所示的实验装置研究光的

干涉与衍射现象，狭缝S、S的宽度可调，狭缝到屏的距离为同一

单色光垂直照射狭缝,实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样。

下列描述正确的是)

A.图乙是光的双缝干涉图样，当光通过狭缝时，也发生了衍射

B.遮住一条狭缝,另一狭缝宽度增大,其他条件不变，图丙中亮条纹宽

度增大

C.照射两条狭缝时，增加L其他条件不变,图乙中相邻暗条纹的中心

间距增大

D.照射两条狭缝时,若光从狭缝S、S到屏上尸点的路程差为半波长

的奇数倍,尸点处一定是暗条纹

14.（2021山东,7）用平行单色光垂直照射一层透明薄膜，观察到如图

所示明暗相间的干涉条纹。下列关于该区域薄膜厚度d随坐标x的

考点5双缝干涉测量光的波长

15.（2021湖北,5）妇图所示，由波长为3和乙的单色光组成的一束

复色光,经半反半透镜后分成透射光和反射光,透射光经扩束器后垂

直照射到双缝上并在屏上形成干涉条纹。。是两单色光中央亮条纹

的中心位置,片和&分别是波长为，和心的光形成的距离。点最

近的亮条纹中心位置。反射光入射到三棱境一侧面上,从另一侧面M

A.小＜4是波长为心的光出射位置

B.九,N是波长为九的光出射位置

C.九＞12,川是波长为小的光出射位置

D.九＞42,川是波长为小的光出射位置

16.[2018浙江4月选考,21(2)]小明在做“用双缝干涉测量光的波

长”实验时，尝试用单缝和平面镜做类似实验。单缝和平面镜的放置

如图所示，白炽灯发出的光经滤光片成为波长为A的单色光照射单

缝,能在光屏上观察到明暗相间的干涉条纹。小明测得单缝与镜面延

长线的距离为力、与光屏的距离为D,则条纹间距△产o随

后小明撤去平面镜,在单缝下方/处放置同样的另一单缝,形成双缝

结构，则在光屏上(填“能”或“不能”)观察到干涉条纹。

滤光片J______I_)

光

白炽灯.岸屏

平面镜

三年模拟练

应用实践

1.（2022江苏太仓高级中学阶段测试）瓦斯是无色无味的气体,折射

率大于空气的折射率。如图所示是煤矿安保系统中常用的一种逻辑

判断元件，这种元件的“核心构件”是两个完全相同的、截面为等腰

直角三角形的棱镜,两棱镜被平行拉开一小段距离，形成的通道与矿

道相通。棱镜对红光的折射率为1.5,一束红光从棱镜1的左侧垂直

射入，下列说法正确的是（）

r-------------------

d—2]核

T^'

I_________

A.正常情况下这束红光能通过棱镜2射出

B.将入射光改成绿光能提高瓦斯检测的灵敏度

C.只要矿道空气中存在瓦斯气体,这束红光便不能从棱镜2射出

D.只有矿道空气中瓦斯气体达到危险浓度时,这束红光才能从棱镜2

射出

2.多选题，（2023河南南阳期中）一柱状容器的高为31,底面是边长为

2/的正方形,容器内装满某种透明液体。过容器中心轴加'、垂直于

左右两侧面的剖面如图所示。容器右侧内壁涂有反光材料,其他内壁

涂有吸光材料。在剖面图的左下角处有一点光源,其发出的黄光经过

容将内部相应光路后有两束相互垂直的光从液体上表面的〃点射出，

光在真空中的传播速度为G则（）

点光源21

A.该透明液体对黄光的折射率为J

B.黄光在透明液体中的传播速度为0.6c

C.黄光从透明液体射入空气的临界角小于37°

D.将黄光改为红光后从〃点射出的两束光夹角小于90°

3.多选题，（2022辽宁六校期初联考）如图所示,半圆玻璃楂可绕过圆心

的垂直轴转动，圆心。与足够大光屏的距离片20cm,初始半圆玻璃

砖的直径与光屏平行时,一束光对准圆心、垂直于光屏射向玻璃砖，

在光屏上。点留下一光点。保持入射光方向不变，让玻璃砖绕轴沿顺

时针方向转动时,光屏上光点也会移动，当玻璃砖转过。=30°角时，

光屏上光点位置距离a点为20cm,已知sin75。=亨，则（）

4

A.玻璃砖转动后，光屏上的光点会相对于。向上移动

B.该玻璃砖的折射率为互

C.该玻璃砖的折射率为学

D.当玻璃砖绕轴相对初始位置转过的角度的正弦值为修时,光屏上

的光点消失

4.（2023浙江杭州期末）光学银子是靠激光束“夹起”细胞、病毒等

极其微小粒子的工具。为了简化问题，将激光束看作粒子流,其中的

粒子以相同的动量沿光传播方向运动。如图所示是一个半径为此

折射率均匀的圆柱形玻璃砖的横截面,两束光线从4点、与横截面中

轴线（图中虚线）成74。角射入玻璃砖后从反。点射出，出射光与中

轴线平行。已知真空中的光速为c,sin370=0.6,则（）

A.该玻璃砖的折射率为1.5

B.两束光线对玻璃砖的合力向下

C.光从玻璃砖射出时发生全反射的临界角的正弦值为《O

D.光在玻璃砖内运动消耗的时间为署/DC

5.（2023湖南长郡中学月考）有两个半径均为〃的不同透明材料制成

的半圆形砖甲和乙,⑦是半圆的直径，。为圆心。某单色光分别垂直

射到半圆形砖甲和乙的⑦表面的/点和B点,如图所示（乙图未画

出）。半圆形砖甲和乙对该单色光的折射率分别为〃尸鱼和生喙已知

0吟R、。吟R。求:该单色光分别在甲、乙中传播的时间右和友之

比。

6.（2022广西桂林期末）如图,力力是横截面为直角三角形的玻璃三棱

镜,一平行于"边的细激光束从/C边上的某点由空气射入棱镜后，

在边上的〃点部分反射、部分折射,其中反射光刚好与4C边平行。

已知小L,八鹏/俏30°,空气中的光速为co

⑴试通过计算判断光第一次射到a'边时是否发生全反射；

⑵求光自进入棱镜到第一次从AC边射出所经历的时间。

7.（2022江苏苏州高新区第一中学月考）各色各类的观赏鱼给养鱼爱

好者带来无穷的乐趣,各式各样的鱼缸也吸引了众多消费者的目光。

如图所示是一个水平横截面为圆形的平底波璃鱼缸,玻璃缸深度为

2A,缸底面圆心处有一单色点光源S,缸中装有某种液体,深度为A0

点为液面的圆心，OS垂直于水平面，用面积为兀刀的圆形黑纸片覆盖

在液面上,则液面上方恰好无光线射出。若在上述黑纸片上，以。为

圆心剪出一个面积为订方的圆孔，余下的黑纸环仍放置在液面上原

来的位置,所有出射光线都能从缸口射出，则：

⑴该液体的折射率为多少？

（2）缸口的最小面积为多少？

8.（2023河南南阳期末）某广场有一个喷泉,喷泉底部装有五颜六色

的彩灯。如图所示,如果彩灯为一个长曲忙以宽小6的矩形水平光

带MNPQIP、。未标注），放置在水池底部,水面离灯带的高度为h,水

池面积足够大，水对灯带发出的绿光的折射率为外真空中的光速为c,

求：

⑴灯带发出的绿光能射出水面的最短时间；

⑵灯带发出绿光时,有绿光直接射出的水面的面积。

水面

h

MN

绿色灯带

9.（2023重庆八中期中）如图所示为单反相机的取景五棱镜原理图,

光线①经反光镜反射后垂直48面射入五棱镜，以平行于力夕面的方向

射出五棱镜。已知玻璃相对空气的折射率为1.6,切面与面的夹

角为30°,N/吐90°。（已知：sin38°1）

1.6

⑴如图所示,如果左下角的桃心表示一正立的物体,判断经过多次反

射后在取景窗中得到的是正立还是倒立的像。

⑵试分析光线在6点是否发生全反射;如不发生全反射,求折射角的

正弦值。

⑶调节切和力/面与力〃面的夹角，使得光线①由切面射向空气时，

恰好发生全反射,且光线出射方向仍与左月面平行,求调整后⑦面和

/£面与面的夹角分别为多大？（在传播过程中光线与应面无交点）

迁移创新

10.（2022江苏苏州实验中学学情调研）某半径为r的类地行星表面

有一单色点光源P,其发出的各方向的光经过厚度为（四T）”折射

率n=2的均匀行星大气层射向太空。取包含〃和行星中心〃的某一

截面（如图所示），设此截面内，一卫星探测器在半径为言的轨道上绕

V3+1

行星做匀速圆周运动。忽略行星表面对光的反射。求：

⑴从〃点发出的光入射到大气层外表面处时，发生全反射的临界角；

⑵大气层外表面发光区域在截面上形成的弧长；

⑶卫星探测器运行时，只能在轨道某些部分观测到光,则这部分轨道

的弧长。

答案与分层梯度式解析

第四章光

综合拔高练

五年高考练

LB6.C7.All.B12.AB13.ACD14.D15,D

1.B光束。为入射光,则光束b为反射光，光束c为折射光，光束d为

光束c的反射光。根据反射定律知，光束〃逆时针转过M时，光束b

顺时针转过△仇故A错误;根据折射定律片罂知，折射角小于入射角,

则光束。逆时针转过角度小于△仇故光束〃顺时针转过角度小于\e,

故B正确,C错误;由光束仄C转动情况，可知光束仄C之间夹角减小

的角度小于2△仇故D错误。

2.答案（l）tan，（2）Dtan6

解析⑴由几何关系可知折射角所90。/,则折射率〃=|^=tan0.

⑵如图所示，由几何关系可知高=亮，所以仁端建。=。tan仇

3.答案⑴3⑵9

解析（1）小球做平抛运动，设初速度为W、在空中飞行时间为乙则

水平方向上4出/

竖直方向上胃=9

再由速度合成与分解有tan族匕%

解得tan

•J

⑵设光线在水面的入射角为九由折射定律有

=__sin£i_

1sin（9O°-0）

再由图中几何关系有

六二十/tan&

tan®3

联立解得H=±d

4/

4.答案①AD②D③器

解析①所用玻璃砖两表面是否平行，与提高实验精确度无关，故B错。

选用细的大头针有利于提高精确度，故C错。所用玻璃传两表面及插

在玻璃砖同侧的两枚大头针的间距尽量大些，可以减小测量的相对误

差，故A、D均正确。②利用平行玻璃砖做本实验时，入射光线进入玻

璃破后，折射光线向法线偏折，而穿出玻璃豉的光线与入射光线平行，

故根据孔洞作出的两条光线应平行且下面的光线应向左错开一小段

距离。故A、B、C错误,D正确。③由折射率的定义式可

AC

sxnA0CAC

知n-^—AO-

'sinzBOD织BD

BO

5.答案（/）或（77）15°

解析（了）设光线的入射角和折射角分别为以和仇,由几何关系有sin

n_AM①

1yJAM2+MO2D

sin②

vsz+hz

设玻璃砖的折射率为〃，由折射定律有

sin6\=nsin优③

联立①②③式并代入题给数据得片近④

（方）如图,设光线在玻璃砖上表面的折射角为仇'，在下表面的入射角为

%上、下表面的夹角为呢由几何关系有

9I

t

。3二〃2,+。⑤

由折射定律有sin45。=〃sin仇’⑥

设全反射临界角为%则nsinOc=\⑦

当光线从玻璃射入空气，满足仇N&时发生全反射。由题意，当光线在

玻璃砖上表面的入射角为45。时，仇二联立④⑤⑥⑦式得a=15。⑧

6.C

思路点拨画出光路,标出水球半径R、气泡半径八光线进入水球

时的入射角八折射角或光线进入气泡时的入射角仇如图所示。i

越大/越大，由几何关系小二牛2a越大，。就越大。

TK

光的频率由光源决定，与介质无关，此单色光从空气进入水球，频率不

变,A、B错误;

由图可知光线2的入射角i大于光线1的入射角

所以，故若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发

生全反射,C正确,D错误。故选C。

7.A

模型构建

当两种频率的细激光束从A点垂直于AB面入射时，激光沿直线传播

到。点，经第一次反射沿半径方向传播出去。

保持光的入射方向不变，入射点从A向8移动过程中，如图，激光沿直

线传播到CO面经反射向PM面传播，光线传播到面的入射角逐

渐增大。

当入射点为B点时,根据光的反射定律及几何关系可知，光线传播到

面的P点，此时光线在面上的入射角最大，设为火由几何关系

得G=45°O

根据全反射临界角公式,sinC尸工=嗅＜曰,皿。〃=上=士＞?两种频率的

na1.4227ib1.402

细激光束发生全反射的临界角关系为仁＜45。＜。〃,故在入射点从A向

3移动过程中，。光能在PM面全反射后从OM面射出力光不能在PM

面发生全反射，故A正确。

8答案,曾0

解析设光线在M点的折射角为"由折射定律有

sin60°

sin。

由几何关系可知光线在N点的入射角为90。-a由于光线在N点恰好

发生全反射，可知临界角%=90。/

又片」T

sm0o

解得??=Atan0-

44

由图中几何关系有磊+焉二〃

解得PC舍Cl

9.答案（/）V5（⑶等

解析（/）光路图如图所示

在A点发生折射口寸,抬30。

由几何关系:。=2。=6（）。

则折射率片吗=再

sinG

（，）sin45°>sinC=—4,当柒45。时，从S发出的光线经3次全反射后回

TV3

到S点通过的路程最短，所用时间最短,

光通过的路程5=472/?

光速U

最短时间它

联立解得仁也

M-i

J若人（2）见解析

解题关键

如图所示，由*半可知，夕越大,入射角i越大，当光从光源照到与

水面相平的圆周上的点时,入射角最大。

解析（1）为使从光源照射到上半球面的光都能发生折射,以红光为例,

当入射角最大达到临界角C红时，光线恰好垂直水面折射出去,光路图

如图所示

假设球半径为R,根据全反射临界角公式可知sin。册工

红

由几何关系可知tanC红R

同理可知对蓝光有sinC^=—JanC

n&R

两式联立解得人蓝二惨%红

Int.--1

⑵同种介质对蓝光的折射率大于对红光的折射率，即〃蓝,〃红＞1,可知

h*袈力红V/2红，所以蓝灯应该在红灯的上方。

11.B复色光通过双缝干涉实验装置，能够看到彩色的干涉条纹，选项

A错误;利用双缝可以得到两列相干光，明暗相间条纹是这两列光在屏

上叠加的结果，选项B正确;根据双缝干涉条纹间距公式6段可知，光

屏前移或后移，会改变干涉条纹的疏密程度，选项C错误;蓝光的波长

比红光的短，通过同一个干涉实验装置，根据入厂禁可知，蓝光干涉条纹

的间距比红光的小，选项D错误。

12.AB由于表面张力的作用，过肥皂膜最高点和最低点的截面会有

凹或者凸现象,A项正确;薄膜前后两个表面的反射光频率相同,发生了

干涉现象，形成干涉条纹,B项正确;从形成到破裂，由于重力的影响，肥

皂膜会上薄下厚,且厚度会改变，故条纹会改变,C项错误;由于重力作

用，当把柄向上转动90。时,条纹不会随之转动,D项错误。

13.ACD图乙是干涉图样，在发生干涉时乜有衍射，故A正确。遮住

一条狭缝，另一狭缝变宽,其他条件不变，则衍射现象明显程度减小，图

丙中亮条纹宽度变小或不会出现衍射条纹，故B错误。由■=%知,增

大L时,心变大，故C正确。屏上P点到双缝的路程差为半波长的奇

数倍,点处一定是暗条纹,D正确。

14.D

模型构建如果薄膜厚度从左到右均匀减小或均匀增大，如图所示，分

析均匀减小的情况C

薄膜上下两个面反射光的路程差As=2d,薄膜厚度d每变化今路程差

As变化Zo

所以相邻亮条纹对应的薄膜厚度差比/

而相邻亮条纹间距Ax与对应的薄膜厚度差关系为△仁A»sin0

从而得出以二六，。不变，条纹间距均匀。

zsintz

本题从左向右，图中干涉条纹间距不同，所以薄膜厚度从左到右变化不

均匀,A、B错误;从左向右，条纹间距—逐渐变大，。将逐渐变小,"人图

像斜率变小,C错误,D正确。故选D。

15.D根据双缝干涉条纹间距公式Ax=I并结合题图信息可知用对

应的光的波长较长，即为位置处的光的偏折程度大于N位置处

的光的偏折程度,所以三棱镜对M位置处的光的折射率大于对N位置

处的光的折射率，则M位置处的光的频率大于N位置处的光的频率,

根据公式c="知,M位置处的光的波长小于N位置处的光的波长，则

N是波长为3的光出射位置，故D正确。

16.答案黑不能

解析本题中，单缝在平面镜中的像与原来的单缝共同构成一组双缝

（如图），所以双缝间距为42〃,故3；；。

滤光片D__________＞

;光

白炽灯中＞邈_屏

撤去平面镜后，只剩双缝、滤光片和白炽灯，缺少单缝,无法形成干涉

条纹。

三年模拟练

1.D2.AD3.ACD4.D

I.D棱镜对红光的折射率为1.5,则红光发生全反射的临界角C满足

sin。二汽,则。＜45。,当一束红光从棱镜1的左侧垂直射入时，在斜边的

入射角为45。,会发生全反射，所以正常情况下这束红光不能通过棱镜

2射出,A错误油于棱镜对绿光的折射率比对红光的大，临界角更小，故

将入射光改成绿光不能提高瓦斯检测的灵敏度,B错误;当矿道空气中

瓦斯气体的浓度足够大时，因瓦斯的折射率大于空气的折射率,则这束

红光可在两棱镜的斜边上发生折射，然后从棱镜2射出,C错误,D正确。

故选D。

2.AD根据题意画出光路图如图所示

由折射定律可知〃二粤，〃二警,根据题意可知门+「2=90。,联立解得

sinqsint2

"飞益丽，由几何关系可知sin八号获sin办与幽立解得片位,A

正确;黄光在透明液体中的传播速度为:,B错误;根据全反射临

界角公式知sin|>|=sin37。,所以黄光从透明液体射入空气的临

n755

界角大于37。(错误;红光的频率小于黄光的频率，折射角力、-2均减

小,因此两束光夹角小于90。,D正确。故选A、Do

3.ACD玻璃砖沿顺时针方向转动30。角时,光路如图所示，可知光屏

上的光点会相对于01向上移动，入射角曰()。,设NPOO产仇tan

Q等，解得。=45。,则折射角尸45。+30。=75。,根据折射定律可得

〃=理=学上错误,A、正确;设当玻璃嵇绕轴相对初始位置转过的

sint乙C

角度为B时，恰好发生全反射，此时转过的角度刚好等于临界角，则sin

夕二sinC三二臂，故D正确。

4.D

模型构建两光线在玻璃砖中的光路图如图所示:

两光束（看作粒子流）进入玻璃砖前与射出玻璃砖后的速度大小不变,

方向改变,动量发生变化，由动量定理确定玻璃砖对光的作用力。玻璃

砖对光的作用力Q的方向与△力的方向相同,玻璃砖对光的作用力Fi

的方向与△以的方向相同。

光进入玻璃砖，设折射角为。，横截面的圆心为0,由几何关系可知

2k74。,解得心37。,玻璃砖的折射率片笔=2SE37：:7。=2cos

o1110/o1110/

370=2x0.8=1.6,A错误;由前面的分析知，玻璃砖对光的合力尸方向向

下，由牛顿第三定律，两束光线对玻璃砖的合力广向上,B错误;光从玻

璃砖射出时发生全反射的临界角的正弦值sinC三4U，C错误;光在

H1.0o

玻璃砖内运动的路程s=2Rcos37。,光在玻璃砖内的传播速度

口三£=缶光在玻璃砖内运动消耗的时间/二安,D正确。故选Do

九l.ooP25c

5.答案t\:/2=1•1

解析根据全反射临界角公式sinC三n可知

光线在甲砖内发生全反射的临界角6=45。

在乙砖内发生全反射的临界角C2<60°

光线垂直射到半圆形砖甲的CQ表面的A点，

由几何关系可知,光线射到半圆面的入射角八二45。，

所以光线在甲砖内恰好发生全反射，其光路图如图所示

cD

单色光在甲砖中传播的距离s】=4x9=2aR,传播速度u尸£=焉

2n1V2

所以该单色光在甲砖内传播的时间占包二把

V1C

光线垂直射到半圆形砖乙的CD表面的3点，

由几何关系可知，光射到半圆面的入射角Z2=60°>C2

所以光线在乙砖内也发生全反射，其光路图如图所示

光在乙砖内传播的距离S2=2R+2x/=3R,传播速度V2=-=；c

2n，24

所以光在乙砖内传播的时间亥竺

v2c

所以力：t2=l：1

6.答案⑴见解析⑵等

解析(D设光在AC边的入射点为E,在D点反射后射到BC边的F

点，光路图如图所示。由几何关系可知，光在。点的反射角为30。,故

Zy4DE=60°/AADE为等边三角形。

由几何关系可知