專題52 光的折射 全反射 光導纖維（測）【滿分：110分 時間：90分鐘】一、選擇題（本大題共12小題，每小題5分，共60分。在每小題給出的四個選項中. 18題只有一項符合題目要求； 912題有多項符合題目要求。全部選對的得5分，選對但不全的得3分，有選錯的得0分。）1一束單色光從真空斜射向某種介質的表面，光路如圖所示。下列說法中正確的是： （ ）A此介質的折射率等于15B此介質的折射率等于C入射角小于45時可能發(fā)生全反射現(xiàn)象D入射角小于30時可能發(fā)生全反射現(xiàn)象【答案】B【名師點睛】根據(jù)折射定律求折射率，發(fā)生全反射的條件是從光密介質射向光疏介質。 2如圖所示，兩束不同的單色光P和Q射向半圓形玻璃磚，其出射光線都是從圓心O點沿OF方向，由此可知： （ ）AQ光穿過該玻璃磚所需的時間比P光短BP光的波長比Q光的波長小CP、Q兩束光以相同的入射角從水中射向空氣，若Q光能發(fā)生全反射，則P光也一定能發(fā)生全反射D如果讓P、Q兩束單色光分別通過同一雙縫干涉裝置，P光形成的干涉條紋間距比Q光的大【答案】D【名師點睛】解決本題的關鍵是通過光路圖比較出折射率的大小，要掌握折射率與光速、波長的關系，知道折射率越大，相應的光的頻率越大。3兩種單色光由水中射向空氣時發(fā)生全反射的臨界角分別為，已知，用n1、n2分別表示水對兩單色光的折射率，v1、v2分別表示兩單色光在水中的傳播速度： （ ）A BC D【答案】A【解析】 根據(jù)，結合可得，根據(jù)公式，結合可得，故A正確；【名師點睛】解決光學問題的關鍵要掌握全反射的條件、折射定律、臨界角公式、光速公式，運用幾何知識結合解決這類問題4在水（假設水為透明均勻介質）下某深處，放一點光源，在水面上可見到一個圓形透光圓面，若發(fā)現(xiàn)透光圓面的半徑勻速減小，則點光源正在： （ ）A加速上升 B加速下車 C勻速上升 D勻速下沉【答案】C【解析】 如圖所示，當光從水中折射進入空氣中且折射角等于90時對應的半徑最大，即恰好發(fā)生全反射時，透光水面對應的半徑最大由于發(fā)生全反射時入射角的大小不變，故對應的入射光線的方向與原來的入射光線平行，如圖，根據(jù)相似三角形知：透光面的半徑R減小時，光源S到水面的距離減小，故光源在上浮設臨界角為C，設透光圓面的半徑勻速速度大小為，光源上升的速度為據(jù)數(shù)學知識知：，得，不變，則知也不變，所以光源將勻速上升，C正確?！久麕燑c睛】光由水傳播到水面時，透光面邊緣的光剛好發(fā)生了全反射根據(jù)折射率及數(shù)學知識，可求出透光圓的半徑；當此透光水面的直徑變小時，根據(jù)幾何知識分析光源正在上浮還是正在下沉。5半徑為R的玻璃半圓柱體，截面如圖所示，圓心為O，兩束平行單色光沿截面射向圓柱面，方向與底面垂直，AOB=60，若玻璃對此單色光的折射率n=，則兩條光線經柱面和底面折射后的交點與O點的距離為 ： （ ）A B C DR【答案】B由幾何知識得：CO=CB，所以 在OCD中可得：所求距離，故選項B正確?！久麕燑c睛】先根據(jù)折射定律求出光線2在玻璃半圓柱體圓弧面上和底面上的折射角，再運用折射定律求出光線1在底面上的折射角，根據(jù)幾何知識求解即可。6雨后太陽光入射到水滴中發(fā)生色散而形成彩虹設水滴是球形的，圖中的圓代表水滴過球心的截面，入射光線在過此截面的平面內，a、b、c、d代表四條不同顏色的出射光線，則它們可能依次是： （ ）A紫光、黃光、藍光和紅光 B紫光、藍光、黃光和紅光C紅光、藍光、黃光和紫光 D紅光、黃光、藍光和紫光【答案】B【名師點睛】根據(jù)折射圖象可得出各光的偏折程度，即可得出折射率的大小，則可得頻率、波長等的大小時關系，即可判斷各光可能的順序7如圖所示，黃光和紫光以不同的角度，沿半徑方向射向半圓形透明的圓心O，它們的出射光線沿OP方向，則下列說法中正確的是： （ ）AAO是黃光，穿過玻璃磚所需時間短BAO是紫光，穿過玻璃磚所需時間短CAO是黃光，穿過玻璃磚所需時間長DAO是紫光，穿過玻璃磚所需時間長【答案】D【解析】 由圖看出兩光束的折射角r相同，因BO的入射角i較大，由折射定律，得知BO的折射率較小，故BO是黃光，AO是紫光；由知，黃光在玻璃磚中傳播較大，而在玻璃中兩光的光程相等，故BO（黃光）穿過玻璃磚所需時間短，AO（紫光）穿過玻璃磚所需時間長故D正確，ABC錯誤故選D【名師點睛】本題考查對光的色散的理解和掌握情況關鍵要抓住玻璃對紅光的折射率最小，紫光的折射率最大。8下圖是一個1/4圓柱體棱鏡的截面圖，圖中E、F、G、H將半徑OM分成5等份，虛線EE1、FF1、GG1、HH1平行于半徑ON，ON邊可吸收到達其上的所有光線已知該棱鏡的折射率n=5/3，若平行光束垂直入射并覆蓋OM，則光線： （ ）A不能從圓孤NF1射出 B只能從圓孤NG1射出C能從圓孤G1H1射出 D能從圓孤H1M射出【答案】B【名師點睛】此題是對光的折射及全反射的考查；解題時要畫出規(guī)范的光路圖，要知道當光從介質射向界面時，要考慮光線在界面上是否發(fā)生全反射本題比較容易。9一束光從空氣射向折射率為n=的某種玻璃的表面，i 代表入射角，則： （ ）A當i 45時，會發(fā)生全反射現(xiàn)象B無論入射角i多大，折射角都不會超過45C欲使折射角等于30，應以i =45的角度入射D當tan i = 3 時，反射光線跟折射光線恰好互相垂直【答案】BC【解析】 因為光是從空氣進入玻璃，不可能發(fā)生全反射故A錯誤當入射角是90時，根據(jù)，則=45，所以無論入射角i是多大，折射角r都不會超過45故B正確當折射角r=30，由，解得i=45故C正確當反射光線跟折射光線恰好互相垂直時，設入射角為i，折射角為，有i+=90，所以i=arctan故D錯誤故選BC?！久麕燑c睛】解決本題的關鍵掌握折射定律，以及掌握全反射的條件：一從光密介質進入光疏介質，二是入射角大于等于臨界角。10.如圖所示，兩束平行的甲光和乙光，相距為d，斜射到置于空氣中的矩形玻璃磚上，若光線在玻璃磚內部重疊，當它們從玻璃磚的下表面射出時： （ ）A、若甲為紫光，乙為紅光，則兩條出射光線間距離一定大于dB、若甲為紫光，乙為紅光，則兩條出射光線間距離可能小于dC、若甲為紅光，乙為紫光，則兩條出射光線間距離可能大于dD、若甲為紅光，乙為紫光，則兩條出射光線間距離一定小于d【答案】AC【名師點睛】本題根據(jù)折射定律和光路的可逆性理解平行玻璃磚的光學特性要知道：當光由空氣斜射進入水中或其它透明介質中時，折射光線向法線偏折，折射角小于入射角；當光由水中或其它透明介質斜射進入空氣中時，折射光線遠離法線偏折，折射角大于入射角。11如圖所示，一段呈直線的光導纖維，當光線射入光導纖維的入射角為i時，這束光剛好能全部通過光導纖維從另一端面射出，則： （ ）A當入射角大于i時，光也能全部從另一端面射出B當入射角小于i時，光也能全部從另一端面射出C光導纖維的折射率至少為D光導纖維的折射率至少為【答案】BC【名師點睛】解決光學問題的關鍵要掌握全反射的條件、折射定律、臨界角公式、光速公式，運用幾何知識結合解決這類問題12如圖所示，一束由兩種色光混合的復色光沿PO方向射向一上、下表面平行且足夠大的厚玻璃平面鏡的上表面，得到三束光、，則： （ ）A光束仍為復色光，光束、為單色光，且三束光一定相互平行B增大角且，光束、會靠近光束C玻璃對光束的折射率大于對光束的折射率D減小角且，光束可能會由于全反射而從上表面消失E光束比光束更容易發(fā)生明顯衍射【答案】ABE【名師點睛】本題由于光線在玻璃中的折射率不同，可通過光的折射而產生了色散要掌握光的反射定律、折射定律和光的全反射條件，熟練運用光路性原理分析光路。二、非選擇題（本大題共4小題，第13、14題每題10分；第15、16題每題15分；共50分）13（10分）如圖所示為安全防盜門上觀察孔（俗稱“貓眼”），直徑為d，為了擴大向外觀察的范圍，在孔中完全嵌入折射率為n=的玻璃，玻璃由圓柱體和頂角為60的球冠組成，貓眼的平面部分正好和安全門內表面平齊，球冠的邊緣恰好和防盜門外表面平齊。若要讓房間里的人能看到門外全部的景象，門的厚度不能超過多少？【答案】【解析】 若要讓房間里的人能看到門外全部的景象，則沿平行門方向射向C處的光線能夠折射經過A點即可。光路如圖所示根據(jù)光的折射原理可得i=30 有幾何關系知則門的厚度最大為BC=ABtan30=【名師點睛】此題考查光的折射定律；作出光路圖如圖，若要讓房間里的人能看到門外全部的景象，則沿平行門方向射向C處的光線能夠折射經過A點即可根據(jù)折射定律求出折射角，由幾何知識求門的厚度；正確畫出光路圖是解答的基礎，同時要充分運用幾何知識，輔助求解。14（10分）單色細光束射到折射率n的透明球面，光束在過球心的平面內，入射角i45，研究經折射進入球內后，又經內表面反射一次，再經球面折射后射出的光線，如下圖所示（圖上已畫出入射光和出射光）。在圖上大致畫出光線在球內的路徑和方向。求入射光與出射光之間的夾角【答案】光路如圖；30由幾何關系及對稱性，有r=（ir）+ /2 （其他幾何關系得也給分）把r30，i45代入得30【名師點睛】此題主要考察了光的折射定律；解題時畫出正確規(guī)范的光路圖是解題的關鍵，同時要充分利用幾何關系，根據(jù)光的折射定律列方程求解.15（15分）如圖所示為某種透明介質的截面圖，AOC為等腰直角三角形，OBC為半徑R10 cm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i45，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n1，n2。判斷在AM和AN兩處產生亮斑的顏色；求兩個亮斑間的距離?！敬鸢浮考t色和紫色的混合色；由幾何知識可得：，解得：由幾何知識可得OAP2為等腰直角三角形，解得AP210 cm所以【名師點睛】本題是對光的折射定律及全反射的考查；首先要能正確作出光路圖，掌握全反射的條件，并能正確應用幾何關系和折射定律結合進行解題。16（15分）一半徑為R的半圓形玻璃磚橫截面如圖137所示，O為圓心，一束平行光線照射到玻璃磚MO面上，中心光線a沿半徑方向射入玻璃磚后，恰在O點發(fā)生全反射，已知aOM45. （1）求玻璃磚的折射率n； （2）玻璃磚底面MN出射光束的寬度是多少？（不考慮玻璃磚MON面的反射）【答案】光線右側的光線經半球面折射后，射到MN面上的入射角均小于臨界角，能從MN面上射出最右邊射向半球的光線與球面相切，入射角i=90由折射定律知： 則：r=45故光線將垂直MN射出，所以在MN面上射出的光束寬度應是：【名師點睛】本題要掌握光的折射定律及全反射臨界角公式，要注意分析發(fā)應全反射光線的邊界的確定，作出光路圖，靈活運用幾何關系即可求解。