物理二轮复习专项训练：光学专题 折射和全反射的综合问题

2026届高三物理二轮复习专项训练：光学专题折射和全反射的综合问题一、单选题1．单镜头反光相机简称单反相机，一般高端单反相机使用五棱镜作为取景装置，使操作者能够正确地取景和对焦。如图所示是单反相机取景的示意图，ABCDE是五棱镜，，a、b、c三条光线经平面镜反射后从BC面垂直射入，经过DE和AB面全反射后垂直CD面射出e、f、g三条光线。下列说法正确的是（

）A．e是c光线的出射光线 B．f是a光线的出射光线C．f是c光线的出射光线 D．g是c光线的出射光线2．在探究温度对介质折射率影响的实验中，半径为R的半圆柱形的截面如图所示，O为圆心，单色光从真空沿半径方向射入介质，光线延长线与水平直径间的夹角为45°。设定介质温度，令单色光在介质中的折射率恒为n=1.5，光在真空中的传播速度为c，则光在介质中的传播时间为（）A． B． C． D．3．如图所示，一圆心为、半径为的半圆形匀质玻璃砖置于真空中，一细束复色光线从点右侧距离点的点以入射角射入该玻璃砖，在玻璃砖内分成a、b两单色光，光从点正上方的点出射，光从点右上方的点出射。下列说法正确的是（）A．该玻璃砖对a光的折射率为1.5B．光在该玻璃砖中的传播速度大于光在该玻璃砖中的传播速度C．若a、b两单色光分别通过同一双缝干涉装置，光的相邻暗条纹间距较小D．a光在点恰好发生全反射4．如图甲为水晶透明“平安扣”由同材质同心环形材料组成，将“平安扣”平放在水平桌面上，过环心的横截面如图乙所示，外环的半径为R。细光束从P点射入“平安扣”时，经一次折射后，恰好在内环上发生全发射，且从外环上第一次的射出点为Q（图中未画出），并测得圆心角POQ为2θ，已知光在真空中的传播速度为c，水晶的折射率为n。细光在“平安扣”中由P点入射到Q点出射所经历的时间为（）A． B． C． D．5．如图所示，水面下单色点光源S发出的一条细光束投射到水面的O点后射出水面，下列说法正确的是（）A．从O点射出水面的光线可能为aB．从O点射出水面的光线可能为bC．折射光与入射光的光速相同D．从S发出的投射到水面的所有光束都能射出水面6．浦耳弗里许折射计的原理图如图所示。会聚光照射载有待测物质的折射面，然后用望远镜从棱镜的另一侧进行观测。由于棱镜的折射率大于待测物的折射率，即，所以在棱镜中将没有折射角大于的光线（是棱镜一待测物界面的全反射临界角）。由望远镜观察到的视场是半暗半明的，中间的分界线与折射角为的光线对应。n与与和的关系为（）A． B． C． D．7．唐代诗人韩愈的《原道》里“坐井而观天，曰天小者，非天小也。”说的是青蛙在井底所能看到的天空是有限的。若井深8m、圆形井口半径0.5m的井中被灌满水，水的折射率，如图处在井底正中央A处的青蛙沿其正上方上浮，想要把井外景物全部尽收眼底，所处位置与井口水面的竖直距离最远为（）A． B． C． D．8．一半圆形玻璃砖底面有一长为L=1.2m的线光源AB，关于圆心O对称，要求所有光均能从玻璃砖圆弧面射出，已知玻璃砖的折射率为n=1.5，则玻璃砖半径的最小值为（）A． B． C．0.9m D．1m9．如图所示，一均匀透明体上部分为半球、下部分为圆柱，半球的半径和圆柱上表面的半径均为R，圆柱高度为5R，在圆柱体的底部中心O点放一点光源，半球上发光部分的表面积（已知球冠表面积的计算公式为，r为球的半径，h为球冠的顶端到球冠底面圆心的高度），不计光的二次反射，该透明物质对光的折射率为（）A．1.33 B．1.41 C．1.67 D．2.0010．夏季常出现如图甲所示的日晕现象，日晕是太阳光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。图乙为一束太阳光射到六角形冰晶上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，比较a、b两种单色光，下列说法正确的是（）A．在冰晶中，b光的波速比a光大B．通过同一仪器发生双缝干涉，a光的相邻明条纹间距较大C．b光比a光更容易发生明显衍射现象D．a、b两种光分别从水射入空气发生全反射时，a光的临界角比b光的小二、多选题11．一个均匀的透明圆柱体切成横截面如图所示的柱体，一束平行光从空气垂直平面AB方向射入柱体，关于这束光初次在柱体内到达圆弧形界面ACB时，下列说法正确的是（）A．从区域II入射的所有光线都不会发生全反射B．从区域II入射的光线是否发生全反射与柱体的折射率有关C．从区域I、III入射的所有光线都不会发生全反射D．从区域I、III入射的光线是否发生全反射与柱体的折射率有关12．完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮。中国空间站的“天宫课堂”曾完成一项水球光学实验，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，水球整体半径R和气泡半径r，有。在过球心的平面内，用一束单色光以60°的入射角照射水球的A点，经折射后射到水球与气泡边界的N点，AN=r。已知光在真空中的传播速度为c、下列说法正确的是（）A．此单色光在水中的折射率B．此单色光从空气进入水球，光的传播速度一定变大C．此单色光在N点不会发生全反射D．此单色光从A到N的传播时间为13．如图所示是指纹识别原理图，其原理是利用光学棱镜的全反射特性，在指纹谷线（凹部）处，入射光在棱镜界面发生全反射；在指纹脊线（凸部）处，入射光被部分吸收或漫反射到别的地方。这样，在指纹模块上形成明暗相间的指纹图像。已知水的折射率约为1.33，透明玻璃的折射率约为1.5。下列说法正确的是（）A．在指纹谷线处，入射角大于45°可以满足全反射的条件B．在指纹脊线处，入射角小于30°可以满足全反射的条件C．没有手指放入时，光源正常发光，指纹模块会接收到全暗图像D．手指湿润时，光在棱镜界面更不容易发生全反射，识别率降低14．如图所示，将透明长方体放在空气中，矩形是它的一个截面，两种单色细光束从点射入，入射角，，若光折射后恰好射至点，光从面射出，则（）A．在介质中光的速度比光的速度小B．该介质对光的折射率力C．该介质对光的折射率D．若要光在面上发生全反射，角的范围应满足15．为模拟光在光导纤维中的传播原理，取一圆柱形长直玻璃丝进行实验。如图所示，纸面内有一束激光由空气中以的入射角射向玻璃丝的端面圆心，恰好在玻璃丝的内侧面发生全反射，此时内侧面入射角为。下列说法正确的是（）A．B．玻璃丝只能传播该频率的光C．激光由空气中进入玻璃丝后，其波长变短D．减小入射角，激光在玻璃丝中仍能发生全反射16．如图所示，一束单色红光从半圆柱形玻璃砖（其横截面为图中所示半圆，O为圆心）的P点入射，入射角为i，射到半圆弧的M点，则下列说法正确的是（）

A．在M点不可能发生全发射B．入射角i越大，射到M点的时间越长C．把该光换成紫光，射到半圆弧的时间不变D．半圆柱形玻璃砖的半径增大，射到半圆弧的时间不变三、填空题17．如图，半圆柱形玻璃砖圆心为O，半径为R。一光线从P点以入射角入射后，恰好经过A点，半径OA垂直OP，O、P间的距离为，取，则玻璃的折射率为________；真空中的光速为c，光从P点到A点的传播时间为_______；若，则光射到玻璃砖圆弧面时________（选填“会”或“不会”）发生全反射。18．德阳灯会历来就有“川西灯会看德阳”之盛誉。时隔8年，第十五届德阳灯会将于2024年2月2日至3月9日在德阳玄珠湖公园举行，届时240米吉尼斯龙灯旋连“三星堆宝藏”等1000余组彩灯共镶“华灯盛宴”。如图所示，深度足够的、灌满透明湖水的圆柱形玄珠湖直径为12m，在湖面中央O点正下方合适的位置处安装绿色点光源（图中未画出），使得岸上的游客能看到整个湖面恰好都被照亮，已知湖水对绿光的折射率为。假如你就是“华灯盛宴”的设计师，请你帮安装师傅设计出绿色光源的深度h=______；若在O点正下方再安装一个红色点光源，仍然要求恰好照亮整个湖面，则安装的深度应______（选填“更深些”或“更浅些”）；光从各自的波源出发，红光到达湖面O点处所用时间______绿光到达湖面O点处所用时间（选填“大于”、“等于”或“小于”）。19．如图所示，一平行光束照射到平行玻璃砖的上表面，经折射后从下表面射出，射出的光线_________（填“平行”或“不平行”）；如果调整平行光的入射方向，光线_________（填“能”或“不能”）在下表面发生全反射；如果调整平行光为垂直入射到上表面，光在玻璃砖内部_________（填“有”或“没有”）发生折射现象。四、解答题20．一细束单色光在直角三棱镜的侧面上由点入射（入射面在棱镜的横截面内），，入射角为，且，经折射后射至边的点，如图所示，此时，恰好没有光线从边射出棱镜，光线垂直边射出。取，求棱镜的折射率。21．如图所示为一块半径为R的半圆形玻璃砖，AB为其直径，O为圆心。一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，第一次到达弧形表面后只有CD间的光线才能从弧形表面射出，已知CO垂直于DO，光在真空中的传播速度为C。求：（1）玻璃砖的折射率；（2）从玻璃砖的下表面射向C点的光束，经弧形表面反射后再次返回玻璃砖的下表面在玻璃砖中传播的时间。22．如图所示为一放在水平桌面上的玻璃砖的扇形横截面，该扇形所对圆心角为、半径为，上涂有吸光材料。一细光束始终平行于桌面从上射入玻璃砖，光束在上的入射点以非常小的速度匀速由移向的过程中，光恰好不射出时入射点的位置到圆心的距离为。光在真空中的速度为。求：（1）玻璃砖对光的折射率；（2）光恰好在圆弧面发生全反射时，光线在玻璃砖内传播的时间（可用含正、余弦值的式子表示）。23．如图所示，手机防窥膜的原理可以解释为“超微细百叶窗技术”，某种防窥屏由透明介质和对光完全吸收的屏障构成，其中屏障垂直于屏幕平行排列，可实现对每一个像素单元的可视角度的控制。发光像素单元紧贴手机屏幕，可视为点光源，位于相邻两屏障的正中间。若屏障的高度为，相邻屏障的间隙为。求：(1)点光源在透明介质中对应的最大入射角；(2)若要使最大入射角的光线能从透明介质射入空气中，透明介质的折射率应该满足什么条件？24．如图所示，用某种透明材料制成的一个横截面为半圆的棱镜，其横截面半径为R，在棱镜上方平行于其底面且与底面距离为R处放置了一块平面镜．一束光从底面A点垂直于底面入射，进入棱镜后在圆弧上B点同时形成了反射光a和折射光b，AB直线与过B点的半径夹角为45°，若把反射光a到达圆弧上的点标记为C点（图中未画出），且折射光b经平面镜一次反射之后恰好也能到达C点，已知光在真空中的传播速度为c，，，，求：（1）该透明材料的折射率n；（2）反射光a和折射光b到达C点的时间差Δt。《2026届高三物理二轮复习专项训练：光学专题折射和全反射的综合问题》参考答案题号12345678910答案ADBAABACBB题号12141516答案ADACDCDBC1．A【详解】根据题意作图可知e是c光线的出射光线、f是b光线的出射光线、g是a光线的出射光线；故选A。2．D【详解】由全反射条件，可知临界角C<45°，单色光在介质中发生全反射现象，传播时间为，，得。故选D。3．B【详解】A．光在处的折射角满足可得故该玻璃砖对光的折射率故A错误；B．光在处的折射角大于光在处的折射角，故折射率由可知，a、b光在该玻璃砖中的传播速度故B正确；C．由可知又由可得即a、b光分别通过同一双缝干涉装置，光的相邻暗条纹间距较大，故C错误；D．光在点的入射角为30°，有光的全反射临界角满足，光在点不会发生全反射，故D错误。故选B.4．A【详解】作出光在水晶中的光路如图所示设P点到内表面发生全发射的点距离为l，根据图中几何关系和正弦定理有光在内环上刚好发生全反射，则由对称性可知，光从P点射入到从Q点射出的时间为又光在水晶中的传播速度联立解得故选A。5．A【详解】AB．光从水中斜射入空气中会发生折射，折射角大于入射角，所以从O点射出水面的光线可能为a，故A正确，B错误。C．根据可知折射光与入射光的光速不相同，故C错误；D．光从光密物质进入光疏物质入射角大于临界角时会发生全反射，所以从S发出的投射到水面的光束当入射角大于临界角时，发生全反射不能射出水面，故D错误。故选A。6．B【详解】CD．在棱镜中将没有折射角大于的光线，根据光的折射互逆可知在AB分界面上，入射角为，折射角为90°，刚好发生全反射，有解得故CD错误；AB．在分解面AC上发生折射，入射角为，折射角为，由折射定律有联立解得可得故A错误，B正确。故选B。7．A【详解】如图几乎贴着水面射入水里的光线，在青蛙看来是从折射角为C的方向射来的，根据折射定律，设青蛙所处位置最远与井口水面距离为h，根据几何关系可知解得故选A。8．C【详解】如图，当光源从B点垂直AB射向圆弧时的入射角最大若此处不发生全反射，则圆弧其他位置也不会发生全反射，此时即故选C。9．B【详解】根据题意可知，半球上发光部分的表面积解得则距离球冠的顶端的位置为发生全反射的临界位置。根据勾股定理可知任一全反射的点距离光源设临界状态入射角为，根据余弦定理可知故，。根据全反射规律可知解得故选B。10．B【详解】A．由图可知a光的偏折程度小于b光的偏折程度，所以，根据可知故A错误；B．根据得根据双缝干涉条纹间距表达式可知a光的相邻明条纹间距较大，故B正确；C．当缝隙和波长差不多或缝隙比波长小的多时能发生明显得衍射现象，所以a光比b光更容易发生明显衍射现象，故C错误；D．根据可知故D错误。故选B。11．BC【详解】AB．II部分光线垂直AB射入圆柱体，方向不变射到圆柱体的内表面上，能否全部射出圆柱体，要看光线能否发生全反射，根据全反射的条件：入射角大于等于临界角，可知，II部分光线能否全部射出与透明体的临界角有关，由全反射临界角公式，知临界角与折射率有关，所以II部分光线能否全部射出与透明体的折射率有关，故A错误，B正确。CD．I、Ⅲ两部分光线射入圆柱体时的折射角等于再射到圆柱体内表面上的入射角，根据光路可逆性分析可知，光线不能发生全反射，一定能从透明体射出，故C正确，D错误。故选BC。12．AD【详解】A．根据几何关系可知，折射角，此单色光在水中的折射率故A正确；B．此单色光从空气进入水球，根据可知，速度变小，故B错误；C．在N点入射角为临界角所以会发生全反射，故C错误；D．此单色光从A到N的传播时间为故D正确。故选AD。13．AD【详解】AB．全反射临界角为根据几何关系可得所以入射角大于45º可以满足全反射的条件，故A正确，B错误；C．没有手指放入时，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，故C错误；D．因透明玻璃的折射率大于水的折射率，因此，手指湿润时，棱镜界面仍然有部分光能发生全反射，也可能有部分光无法发生全反射，使得指纹识别率低，故D正确。故选AD。14．ACD【详解】A．由题意可知，a光的折射角大于b光的折射角，由折射定律可知，该介质对b光的折射率大于对a光的折射率，由v＝可知在介质中b光的速度比a光的速度小，A正确；BC．由题意可知，a光折射后恰好射至AD面上D点如图所示，根据几何关系可知该介质对a光的折射率B错误，C正确；D．若要a光在AD面上发生全反射，则有可得由可得可知D正确。故选ACD。15．CD【详解】A．根据折射定律有又因为光恰好在玻璃丝的内侧面发生全反射，则有联立解得故A错误；B．玻璃丝可以传播不同频率的光，故B错误；C．激光由空气中进入玻璃丝后，传播速度变小，则波长变短，故C正确；D．减小入射角，则折射角减小，光在玻璃丝的内侧面入射角增大，大于临界角，发生全反射，故D正确。故选CD。16．BC【详解】A．光线在玻璃砖中的传播光路图如图所示

入射角i越小，折射角越小，在M点的入射角越大，可能大于临界角，在M点可能发生全发射，故A错误；BCD．根据折射定律设半圆形玻璃砖的半径为R，则根据几何关系可得传播距离为传播速度传播时间解得则根据时间的表达式可知，入射角i越大，射到M点的时间越长，把该光换成紫光，射到半圆弧的时间不变，半圆柱形玻璃砖的半径增大，射到半圆弧的时间变长，故BC正确，D错误。故选BC。17．会【详解】[1]设光线的折射角为，如图所示根据几何关系可知则有根据折射定律有[2]根据几何关系可得AP的距离为光在玻璃砖中的速度为故光从P点到A点的传播时间为解得[3]当时，光射到玻璃砖圆弧面的D点，作出光路图，如图所示设入射角为，根据几何关系可得根据全反射条件可得可知故光射到玻璃砖圆弧面时会发生全反射。18．更浅些小于【详解】[1]由全反射知识可知，当光发生全反射时，设临界角为α，如图则有解得[2][3]若换成发出红光的点光源，频率更小，折射率n更小，仍然要求恰好照亮整个湖面，则安装的深度应更浅些；在同种介质中，红光、绿光传播速度相同，则红光到达湖面O点处所用时间小于绿光到达湖面O点处所用时间。19．平行不能有【详解】[1]折射光线在平行玻璃砖下表面的入射角等于光线在上表面的折射角，设光线从下表面射出时的折射角为θ，根据折射定律得即光线从下表面射出时，射出的光线是平行的；[2]临界角等于光从真空射入介质折射时最大的折射角，由图看出，入射光线在上表面的折射角一定小于临界角，玻璃砖上下表面平行，折射光线射到下表面时入射角与上表面上的折射角相等，所以不论怎么调整平