高中物理選修3-4光的折射和全反射

第I卷（選擇題）請點擊修改第I卷的文字說明評卷人得分一、選擇題（題型注釋）1.（單選）如圖，一束單色光射入一玻璃球體，入射角為60，已知光線在玻璃球內經(jīng)一次反射后，再次折射回到空氣中時與入射光線平行。此玻璃的折射率為（ ）A. B. 1.5C. D. 22.如圖所示是一種折射率的棱鏡?，F(xiàn)有一束光線沿MN方向射到棱鏡的AB面上，入射角的大小i60，求： （1）光在棱鏡中傳播的速率； （2）畫出此束光線進入棱鏡后又射出棱鏡的光路圖，要求寫出簡要的分析過程。3.（多選）一束光從空氣射向折射率n=的某種玻璃的表面，則下列說法正確的是:（ ）A當入射角大于450時會發(fā)生全反射B無論入射角多大，折射角都不會超過450C入射角為450時，折射角為300D當入射角為arctan時，反射光線跟折射光線恰好垂直第II卷（非選擇題）請點擊修改第II卷的文字說明評卷人得分二、填空題（題型注釋）4.直角玻璃三棱鏡的截面如圖所示，一條光線從AB面入射，ab為其折射光線，ab與AB面的夾角= 60已知這種玻璃的折射率n =，則：這條光線在AB面上的的入射角為 ；圖中光線ab （填“能”或“不能”）從AC面折射出去5.如圖所示，一個用透明材料制成的截面為直角三角形的三棱鏡ABC現(xiàn)在有一束單色光從空氣中以=45的入射角自直角邊AB射入，折射時的偏轉角為15，然后光線射到AC面而剛好發(fā)生了全反射，則這種透明材料的折射率為_，全反射的臨界角為_，角A=_.6.如圖所示，用某種透光物制成的直角三棱鏡ABC；在垂直于AC面的直線MN上插兩枚大頭針P1、P2，在AB面的左側透過棱鏡觀察大頭針P1、P2的像，調整視線方向，直到P1的像_，再在觀察的這一側先后插上兩枚大頭針P3、P4，使P3_，P4_.記下P3、P4的位置，移去大頭針和三棱鏡，過P3、P4的位置作直線與AB面相交于D，量出該直線與AB面的夾角為45.則該透光物質的折射率n_，并在圖中畫出正確完整的光路圖評卷人得分三、實驗題（題型注釋）評卷人得分四、計算題（題型注釋）7.如圖所示，一束光從空氣垂直射到直角棱鏡的AB面上，已知棱鏡材料的折射率為1.4，畫出這束光進入棱鏡后的光路圖（要求必須有計算步驟）8.知光線自空氣射入甲介質中，入射角為60，折射角為30；光線從乙介質射入空氣，入射角為45，折射角為60，求：（1）甲、乙兩種介質的折射率之比n甲n乙 ；（2）光在甲、乙兩種介質中的光速之比v甲v乙9.如圖所示，真空中有一個半徑為R，折射率為n的透明玻璃球一束光沿與直徑成045角的方向從P點射入玻璃球，并從Q點射出，求光線在玻璃球中的傳播時間 10.如圖所示，真空中有一個半徑為R，折射率為n的透明玻璃球一束光沿與直徑成045角的方向從P點射入玻璃球，并從Q點射出，求光線在玻璃球中的傳播時間 11.一棱鏡的截面為直角三角形ABC，A=30o，斜邊AB=a。棱鏡材料的折射率為。在此截面所在的平面內，一條光線以45o的入射角從AC邊的中點M射入棱鏡(如圖所示)。畫出光路圖，并求光線從棱鏡射出的點的位置（不考慮光線沿原來路返回的情況）。12.如圖所示，是一透明的圓柱體的橫截面，半徑R=2 cm，折射率n=。真空中一束光線沿平行于直徑AB的方向從D點射人圓柱體，折射光線恰好通過B點。真空中光速c=30108 m/s，求： 光在圓柱體中的傳播速度v0。 入射點D與AB間的距離d。13.如圖所示，為某種透明介質的截面圖，AOC為等腰直角三角形，BC為半徑R=12cm的四分之一圓弧，AB與水平屏幕MN垂直并接觸于A點由紅光和紫光兩種單色光組成的復色光射向圓心O，在AB分界面上的入射角i=45，結果在水平屏幕MN上出現(xiàn)兩個亮斑已知該介質對紅光和紫光的折射率分別為，判斷在AM和AN兩處產生亮斑的顏色；求兩個亮斑間的距離14.圖示為半徑R=m的半球形介質截面，O為圓心，相互平行的單色光a和b從不同位置進入介質光線a在O點恰好發(fā)生全反射。光線b的入射角為=15入射點為M，出射點為N求：（光的速度c=3.0108m/s）介質的折射率。光線b從M傳播到N的時間。（結果保留兩位有效數(shù)字）15.有一頂角為直角的玻璃磚，放在空氣中，一光束斜射入玻璃磚的一個側面，如圖所示，然后投射到它的另一個側面若該玻璃磚全反射臨界角為42，問：這束光線能否從另一側面射出？并說明理由若光線能從側面射出，玻璃磚折射率應滿足何條件？16.如圖所示，直角三棱鏡的折射率n，A30。一束與OB面成30角的光線射向OB面，從AB面上的C點射出。若不考慮光在OB面上的反射，求能從C點射向空氣的光的方向。17.如圖所示，直角玻璃三棱鏡置于空氣中，已知A60，C90，一束極細的光于AC的中點D垂直AC面入射，ADa，棱鏡的折射率為n，求：求此玻璃的臨界角；光從棱鏡第一次射入空氣時的折射角；光從進入棱鏡到它第一次射入空氣所經(jīng)歷的時間(設光在真空中的傳播速度為c)。18.一半徑為R的1/4球體放置在水平面上，球體由折射率為的透明材料制成?，F(xiàn)有一束位于過球心O的豎直平面內的光線，平行于桌面射到球體表面上，折射入球體后再從豎直表面射出，如圖所示。已知入射光線與桌面的距離為。求出射角。19.如圖所示，一個半徑為R的透明圓柱體放置在水平面上，一束藍光從A點沿水平方向射入圓柱體后經(jīng)B點射出，最后射到水平面上的C點。已知OA，該圓柱體對藍光的折射率為，則：它從圓柱面射出時的出射角為多大？若換用一束紅光同樣從A點射向該圓柱體，則它從圓柱體射出后在水平面上形成的光點在C點的哪側？20.圖示為一光導纖維(可簡化為一長玻璃絲)的示意圖，玻璃絲長為L，折射率為n，AB代表端面。已知光在真空中的傳播速度為c.（1）為使光線能從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣?，求光線在端面AB上的入射角應滿足的條件；（2）求光線從玻璃絲的AB端面?zhèn)鞑サ搅硪欢嗣嫠玫淖铋L時間。21.一棱鏡的截面為直角三角形ABC，A=30o，斜邊AB。棱鏡材料的折射率為。在此截面所在的平面內，一條光線以45o的入射角從AC邊的中點M射入棱鏡射出的點的位置（不考慮光線沿原來路返回的情況）。（13分）22.（2）（10分）如圖所示，半圓玻璃磚的半徑R=10cm，折射率為n=，直徑AB與屏幕垂直并接觸于B點激光a以入射角i=30射向半圓玻璃 磚的圓心O，結果在水平屏幕MN上出現(xiàn)）畫出如圖光路圖23.如圖是一個透明圓柱介質的橫截面，B、C為圓上兩點。一束單色光沿AB方向入射，從c點射出，已知ABOBOC = 1200 ，真空中光速c = 3108m/s 。求： 光在介質中的折射率n 光在介質中傳播速度v24.如圖所示，玻璃棱鏡ABCD可以看成是由ADE、ABE、BCD三個直角三棱鏡組成一束頻率為5.31014 Hz的單色細光束從AD面入射，在棱鏡中的折射光線如圖中ab所示，ab與AD面的夾角60.已知光在真空中的速度c3108 m/s，玻璃的折射率n1.5，求：(1)這束入射光線的入射角多大？(2)光在棱鏡中的波長是多大？(3)該束光線第一次從CD面出射時的折射角(結果可用三角函數(shù)表示)25.半徑為R的玻璃半圓柱體,橫截面如圖所示,圓心為O,兩條平行單色紅光沿截面射向圓柱面,方向與底面垂直光線的入射點A為圓柱面的頂點,光線的入射點為B,AOB=60,已知該玻璃對紅光的折射率n=求：(1)求兩條光線經(jīng)柱面和底面折射后的交點與O點的距離d；(2)若入射的是單色藍光,則距離d比上面求得的結果是大是小?26.如圖所示,直角三棱鏡ABC的折射率為,棱鏡的角B為300,今有一束平行于BC邊從斜邊D點入射的單色光，在BC上某點E發(fā)生全反射后,從AC邊上F點射出.已知BC邊的長度為2d,BD的長度為d,光在真空中的傳播速度為C.要求:作出光在三棱鏡中的光路圖;求發(fā)生全反射的點E與B點的距離;求光在三棱鏡中傳播的時間.27.如圖所示，等腰直角三角形ABC為一個三棱鏡的截面，折射率為n（n1.5），直角邊AB的長為a一束很細的單色光從AB中點垂直入射，光在真空中的傳播速度為c 在圖上畫出該光束在棱鏡中的光路圖； 求該單色光通過三棱鏡的時間為多少？評卷人得分五、簡答題（題型注釋）評卷人得分六、作圖題（題型注釋）28.如圖所示，一束光從空氣垂直射到直角棱鏡的AB面上，已知棱鏡材料的折射率為1.4，畫出這束光進入棱鏡后的光路圖（要求必須有計算步驟）評卷人得分七、辨析題（題型注釋）評卷人得分八、估算題（題型注釋）評卷人得分九、判斷題（題型注釋）評卷人得分十、證明題（題型注釋）試卷答案1.C據(jù)題意，由于岀射光線和入射光線平行，則光線AB和光線BC關于法線B0對稱，則法線與岀射光線和入射光線平行，所以ABO=30，則折射角r=OAB=30，據(jù)折射定律有：n=sin60/sin30=，所以C選項正確。2.3.BCD4.45(2分) 不能5.6.讓P2的像擋住(1分) 擋住P1、P2的像(1分) 擋住P3以及P1、P2的像(1分) (2分) 見解析圖(2分) 7.8.9.設光線在玻璃球中的折射角為，由折射定律得sin0/sinn 解得：30由幾何知識可知光線在玻璃球中路徑的長度為 L2RcosR光在玻璃的速度為 vc/n/2 c光線在玻璃球中的傳播時間 tL/vR /c.10.設光線在玻璃球中的折射角為，由折射定律得sin0/sinn 解得：30由幾何知識可知光線在玻璃球中路徑的長度為 L2RcosR光在玻璃的速度為 vc/n/2 c光線在玻璃球中的傳播時間 tL/vR /c.11.光路圖如圖所示（2分）設折射光線與AB的交點為D設入射角為i，折射角為r，由折射定律得：（1分）解得 （1分）由幾何關系可知，在D點的入射角 （1分）設全發(fā)射的臨界角為，則 （1分）解得（1分）因此，光在D點全反射。設光線的出射點為E，由幾何關系得： （1分） 解得： （1分）即出射點在BC邊上離B點的位置。12.13.設紅光和紫光的臨界角分別為、，（1分）同理所以紫光在成發(fā)生全反射，而紅光在面一部分折射，一部分反射，（1分）且由幾何關系可知，反射光線與垂直，所以在處產生的亮斑為紅色，在處產生的亮斑為紅色與紫色的混合色 （2分）畫出如圖光路圖， （1分）設折射角為，兩個光斑分別為、，根據(jù)折射定律求得 （2分）由幾何知識可得：解得cm （1分）由幾何知識可得為等腰直角三角形，解得=12cm所以cm（2分）14.15.16.解：設臨界角為C，則，即 由折射定律，所以 1分，所以光在AO面上發(fā)生全反射。 1分光線在AB面折射， 1分 1分解得 1分光線在AB面折射，垂直射向AO面，再次反射，之后光在AB面再次折射，有 1分由對稱性 1分綜上所述：有兩束光從AB面射出，分別為與AB面成30角向右，與AB面成30角斜向左上方，如圖所示。17.解析： (1)設玻璃對空氣的臨界角為C，則sinC，C45.(2)如圖所示，i160，因i145，發(fā)生全反射i2i13030C，由折射定律有：，所以r45.(3)棱鏡中光速v，所求時間：t.18.19.下圖是民國時期非常流行的一款國產歐式女鞋廣告，據(jù)此分析，國產“歐式”女鞋流行的原因是： A西方文明的沖擊 B辛亥革命后社會習俗的變化C民族工業(yè)的發(fā)展 D“抵制洋貨、愛用國貨”運動的推動20.（1）sini (2)Tmax=Ln2/c21.22.設折射角為r，根據(jù)折射定律解得 由幾何知識得，OPQ為直角三角形，所以兩個光斑PQ之間的距離解得 兩個光斑求兩個光斑之間的距離L23. m/s24.(1)設光在AD面的入射角、折射角分別為1、2，230根據(jù)n得sin1nsin21.5sin300.75，1arcsin0.75.（2分）(2)根據(jù)n得v m/s2108 m/s，（1分）根據(jù)vf得 m3.77107 m. （1分）(3)光路如圖所示，光線ab在AB面