高考物理专题综合复习15 21页

高考资源网 第3讲 光的折射 全反射 ‎ ‎【考试说明】‎ 知 识 点 要求 考 向 解 读 光的折射定律、折射率 Ⅰ ‎1.光的折射、全反射是高考命题的重点和热点． ‎ ‎2.物理光学以对光的本性认识为线索，介绍近代物理光学的初步知识，是高考的必考内容之一．考题难度一般不大，以识记、 理解为主，题型多为选择题，其中命题最高的是“光的干涉”“偏振”，其次是“ 波长、波速和频率的关系”．同时，这部分知识易与生产、生活、现代科技相联系，如增透膜、抽丝机、霓虹灯、激光测距等.‎ 光的全反射、光导纤维 Ⅰ 光的干涉、衍射和偏振 Ⅰ 激光的特性及应用 ‎（激光产生和原理不作要求）‎ Ⅰ 自主学习】‎ 典例研析 类型一：折射率 ‎【例1】（10江苏）如图所示，一束激光从O点由空气射入厚度均匀的介质，经下表面反射后，从上面的A点射出。已知入射角为i ,A与O 相距l,介质的折射率为n,试求介质的厚度d. ‎ 基础整合 一、光的折射 ‎1.定义：光线从一种介质进入另一种介质时， 发生改变的现象叫做光的折射现象.‎ ‎2.折射定律：‎ ‎（1)内容：折射光线与 、 处在同一平面内；折射光线与入射光线分别位于 的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成 .‎ ‎（2）表达式： ，式中n是比例常数．‎ ‎(3)光的折射现象中，光路是 的．‎ ‎3.折射率：‎ ‎（1)内容：光从 射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率.简称折射率.‎ ‎（2）定义式： 不能说n与sin θ1成正比、与sin θ2成反比．折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定．不论是光从真空射入介质，还是由介质射入真空，θ1总是 真空中的光线与法线间夹角，θ2总是介质中的光线与法线间的夹角．‎ ‎ (3)计算公式： ，因vn2，a红光，b蓝光 D.n1>n2，a蓝光，b红光 ‎ ‎2、如图所示，自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理。它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车。尾灯的原理如图所示，下面说法中正确的是 （ ）‎ A.汽车灯光应从左面射过来在尾灯的左表面发生全反射 B.汽车灯光应从左面射过来在尾灯的右表面发生全反射 C.汽车灯光应从右面射过来在尾灯的左表面发生全反射 D.汽车灯光应从右面射过来在尾灯的右表面发生全反射 ‎ θ1‎ θ2‎ ‎3、透明材料做成一长方体形的光学器材，要求从上表面射入的光线可能从右侧面射出，那么所选的材料的折射率应满足（ ）‎ A.折射率必须大于 B.折射率必须小于 C.折射率可取大于1的任意值 D.无论折射率是多大都不可能 ‎ ‎4、用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为Δx。下列说法中正确的有 （ ）‎ A.如果增大单缝到双缝间的距离，Δx 将增大 B.如果增大双缝之间的距离，Δx 将增大 C.如果增大双缝到光屏之间的距离，Δx将增大 D.如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，Δx将增大 ‎5、有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有（ ） ‎ A.只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振 B.只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振 C.自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光 D.除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光 ‎ ‎6、（10江苏）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 ‎ ‎（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 ‎7、（2011苏北四市第二次调研）下列说法正确的是（ ）‎ A．光的偏振现象说明光是纵波 B．全息照相利用了激光相干性好的特性 C．光导纤维传播光信号利用了光的全反射原理 D．光的双缝干涉实验中，若仅将入射光从红光改为紫光，则相邻亮条纹间距一定变大 ‎8、（2010盐城第三次调研）下列说法中正确的是（ ）‎ ‎ A．全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性 ‎ B．在光的双缝干涉实验中，将入射光由红光改为紫光，则条纹间距变宽 ‎ C．如果测量到来自遥远星系上的元素发出的光波长变长，这说明星系正在远离我们而去 ‎ D．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头 前加一个偏振片可以增加透射光的强度 ‎8、（2010扬州第四次调研）以下说法中正确的是 ( )‎ A．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度 B．全息照片往往用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性 C．根据宇宙大爆炸学说，遥远星球发出的红光被地球接收到时可能是红外线 D．超声波可以在真空中传播 ‎ 9、（2010扬州第四次调研）平行光a垂直射向一半径为R的玻璃半球的平面，其截面如图所示，发现只有P、Q之间所对圆心角为60°的球面上有光射出，则玻璃球对a光的折射率为 ，若仅将a平行光换成b平行光，测得有光射出的范围增大，设a、b两种色光在玻璃球中的速度分别为va和vb，则va vb（选填“>”、“<”或“=”）．‎ ‎ ‎ ‎10、（2010盐城一中三模）如图所示的装置可以测量棱镜的折射率，ABC表示待测直角棱镜的横截面，棱镜的顶角为，紧贴直角边AC是一块平面镜，一光线SO射到棱镜的AB面上，适当调整SO的方向，当SO与AB成角时，从AB面射出的光线与SO重合，则此棱镜的折射率n=______________。 ‎ ‎11、（10年江苏）如图甲所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30×m,屏上P点距双缝和的路程差为7.95×m.则在这里出现的应是 （选填“明条纹”或“暗条纹”）。现改用波长为6.30×m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将 （选填“变宽”、“变窄”、或“不变”。‎ ‎12.（盐城2010第二次调研）激光可以做成很细的光束，这是利用了激光的 ▲ 的性质，激光是 ▲ （纵/横）波。在光导纤维中传递信息要比在真空中 ▲ （快/慢）。‎ ‎12、（2011苏北四市第一次调研）如图所示为直角三棱镜的截面图，一条光线平行于 BC边入射，经棱镜折射后从AC边射出。已知 ∠A=θ=60°，该棱镜材料的折射率为 ▲ ；光在棱镜中的传播速度为 ▲ （已知光在真空中的传播速度为c）。‎ ‎13、（09年江苏）图丙是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片，照相机的镜头竖直向上。照片中，水利方运动馆的景象呈现在半径的圆型范围内，水面上的运动员手到脚的长度，若已知水的折射率为，www.ks5u.com请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深，（结果保留两位有效数字）‎ C F A B θ ‎30°‎ ‎（‎ ‎60°‎ ‎）‎ E ‎14、（2011苏北四市第二次调研）如图所 示，直角三角形ABC为一三棱镜的横截面，‎ ‎∠A=30°。一束单色光从空气射向BC上的E点，并 偏折到AB上的F点，光线EF平行于底边AC。已 知入射方向与BC的夹角为θ=30°。试通过计算判断 光在F点能否发生全反射。‎ ‎ ‎ ‎·S O ‎ ‎ c c ‎15、（2010盐城第三次调研）如图所示，某种液体的液面下h处有一点光源S，若将一半径为R不透明的薄片置于液面，其圆心O在S的正上方，恰好从液面上任一位置都不能看到点光源S。真空中光速用C表示。求光在液体中的传播速率v。‎ ‎ ‎ ‎16、(2010 泰州第三次调研)在某科技馆内放置了一个高大的半圆柱形透明物体，其俯视图如图所示，0为半圆的圆心．甲、乙两同学为了估测该透明体的折射率，进行了如下实验．他们分别站在A、O处时，相互看着对方，然后两人贴着柱体慢慢向一侧运动，到达B、C处时，甲刚好看不到乙．已知半圆柱体的半径为R，OC=0．6R，BC⊥OC，则半圆柱形透明物体的折射率为多少? ks5u ‎17、(2010启东考前辅导)为了观察门外情况，有人在门上开一小圆孔，将—块圆柱形玻璃嵌入其中，圆柱体轴线与门面垂直如图所示．从圆柱底面中心看出去，可以看到的门外入射光线与轴线间的最大夹角称做视场角．已知该玻璃的折射率为n，圆柱长为L，底面半径为r，则视场角是多少? ‎ ‎18、（2010启东考前辅导）半径为 R 的 透明圆柱体固定于地面上，透明体对红光的折射率为 n = 2，如图所示．今让一束平行于地面的红光射向圆柱体左侧，经折射红光照射到右侧地面上．求圆柱体右侧地面上的黑暗部分长度．‎ ‎19、（2010镇江考前模拟）如图所示是一种折射率n=1.5的棱镜．现有一束光 线沿MN的方向射到棱镜的AB界面上，入射角的大小．求光在棱镜中传播的速率及此束光线射出棱镜后的方向（不考虑返回到AB面上的光线）．‎ C A B ‎20、（2010镇江考前模拟）如图所示，一截面为正三角形的棱镜，其折射率为．今有一束单色光射到它的一个侧面，经折射后与底边平行，再射向另一侧面后射出．试求出射光线相对于第一次射向棱镜的入射光线偏离了多少角度？‎ ‎ ‎ θ1‎ ‎75°‎ ‎60°‎ B A C M N ‎21、(2010如皋第一中学考前模拟)如图所法是用于光学仪器中的一种折射率n=1.5的棱镜。现有一束光线沿MN的方向射到棱镜的AB界面上，入射角的正弦值sinθ1=0.75.求光在棱镜中传播的速度及此束光线射出棱镜后的方向（不考虑回到AB面上的光线）。‎ 第3课时 光的折射 全反射 ‎ ‎【考试说明】‎ 知 识 点 要求 考 向 解 读 光的折射定律、折射率 Ⅰ ‎1.光的折射、全反射是高考命题的重点和热点． ‎ ‎2.物理光学以对光的本性认识为线索，介绍近代物理光学的初步知识，是高考的必考内容之一．考题难度一般不大，以识记、 理解为主，题型多为选择题，其中命题最高的是“光的干涉”“偏振”，其次是“ 波长、波速和频率的关系”．同时，这部分知识易与生产、生活、现代科技相联系，如增透膜、抽丝机、霓虹灯、激光测距等.‎ 光的全反射、光导纤维 Ⅰ 光的干涉、衍射和偏振 Ⅰ 激光的特性及应用 ‎（激光产生和原理不作要求）‎ Ⅰ 自主学习】‎ 典例研析 类型一：折射率 ‎【例1】（10江苏）如图所示，一束激光从O点由空气射入厚度均匀的介质，经下表面反射后，从上面的A点射出。已知入射角为i ,A与O 相距l,介质的折射率为n,试求介质的厚度d. ‎ 答案：设折射角为r，折射定律；几何关系 解得 基础整合 一、光的折射 ‎1.定义：光线从一种介质进入另一种介质时， 传播方向发生改变的现象叫做光的折射现象.‎ ‎2.折射定律：‎ ‎（1)内容：折射光线与 入射光线、 法线 处在同一平面内；折射光线与入射光线分别位于法线 的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成 正比 .‎ ‎（2）表达式： ，式中n是比例常数．‎ ‎(3)光的折射现象中，光路是可逆的．‎ ‎3.折射率：‎ ‎（1)内容：光从 真空 射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫做这种介质的绝对折射率.简称折射率.‎ ‎（2）定义式： 不能说n与sin θ1成正比、与sin θ2成反比．折射率由介质本身的光学性质和光的频率决定．不论是光从真空射入介质，还是由介质射入真空，θ1总是 真空中的光线与法线间夹角，θ2总是介质中的光线与法线间的夹角．‎ ‎ (3)计算公式：n＝c / v ，因vn2，a红光，b蓝光 D.n1>n2，a蓝光，b红光 ‎ 解：由图可知，b光线经过三棱镜后的偏折角较小，因此折射率较小，是红光。‎ ‎ ‎ ‎2、‎ 如图所示，自行车的尾灯采用了全反射棱镜的原理。它虽然本身不发光，但在夜间骑行时，从后面开来的汽车发出的强光照到尾灯后，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车。尾灯的原理如图所示，下面说法中正确的是 （ C ）‎ A.汽车灯光应从左面射过来在尾灯的左表面发生全反射 B.汽车灯光应从左面射过来在尾灯的右表面发生全反射 C.汽车灯光应从右面射过来在尾灯的左表面发生全反射 D.汽车灯光应从右面射过来在尾灯的右表面发生全反射 ‎ ‎ ‎ θ1‎ θ2‎ ‎3、透明材料做成一长方体形的光学器材，要求从上表面射入的光线可能从右侧面射出，那么所选的材料的折射率应满足（ B）‎ A.折射率必须大于 B.折射率必须小于 C.折射率可取大于1的任意值 D.无论折射率是多大都不可能 ‎ 解：从图中可以看出，为使上表面射入的光线经两次折射后从右侧面射出，θ1和θ2都必须小于临界角C，即θ145°，n=1/sinC<，选B答案。 ‎ ‎ ‎ ‎4、用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为Δx。下列说法中正确的有 （ C ）‎ A.如果增大单缝到双缝间的距离，Δx 将增大 B.如果增大双缝之间的距离，Δx 将增大 C.如果增大双缝到光屏之间的距离，Δx将增大 D.如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，Δx将增大 ‎5、有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有（ BD ） ‎ A.只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振 B.只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振 C.自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光 D.除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光 ‎ ‎6、（10江苏）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 ‎ ‎（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 答案： D；‎ ‎7、（2011苏北四市第二次调研）下列说法正确的是（ ）‎ A．光的偏振现象说明光是纵波 B．全息照相利用了激光相干性好的特性 C．光导纤维传播光信号利用了光的全反射原理 D．光的双缝干涉实验中，若仅将入射光从红光改为紫光，则相邻亮条纹间距一定变大 答案：BC ‎8、（2010盐城第三次调研）下列说法中正确的是（ ）‎ ‎ A．全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性 ‎ B．在光的双缝干涉实验中，将入射光由红光改为紫光，则条纹间距变宽 ‎ C．如果测量到来自遥远星系上的元素发出的光波长变长，这说明星系正在远离我们而去 ‎ D．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头 前加一个偏振片可以增加透射光的强度 解析答案：‎ ‎ ⑴AC。光的双缝干涉实验中条纹间隔与光波长成正比，B错。拍摄玻璃橱窗内的物品时镜头前加一个偏振片是为减弱反射光线的影响，D错。‎ ‎ ‎ ‎8、（2010扬州第四次调研）以下说法中正确的是 ( )‎ A．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度 B．全息照片往往用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性 C．根据宇宙大爆炸学说，遥远星球发出的红光被地球接收到时可能是红外线 D．超声波可以在真空中传播 R OR P ‎60°‎ Q 答案：（1）BC ‎9、（2010扬州第四次调研）平行光a垂直射向一半径为R的玻璃半球的平面，其截面如图所示，发现只有P、Q之间所对圆心角为60°的球面上有光射出，则玻璃球对a光的折射率为 ，若仅将a平行光换成b平行光，测得有光射出的范围增大，设a、b两种色光在玻璃球中的速度分别为va和vb，则va vb（选填“>”、“<”或“=”）．‎ 答案：（2）2（2分），<（2分）‎ ‎ ‎ ‎10、（2010盐城一中三模）如图所示的装置可以测量棱镜的折射率，ABC表示待测直角棱镜的横截面，棱镜的顶角为，紧贴直角边AC是一块平面镜，一光线SO射到棱镜的AB面上，适当调整SO的方向，当SO与AB成角时，从AB面射出的光线与SO重合，则此棱镜的折射率n=______________。 ‎ 答案：）n= ‎ ‎11、（10年江苏）如图甲所示，在杨氏双缝干涉实验中，激光的波长为5.30×m,屏上P点距双缝和的路程差为7.95×m.则在这里出现的应是 （选填“明条纹”或“暗条纹”）。现改用波长为6.30×m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将 （选填“变宽”、“变窄”、或“不变”。‎ ‎ ‎ 答案： 暗条纹；变宽。解析：，波程差是半波长的奇数倍，是暗条纹。‎ ‎，变大，变大，变宽。‎ ‎（盐城2010第二次调研）激光可以做成很细的光束，这是利用了激光的 ▲ 的性质，激光是 ▲ （纵/横）波。在光导纤维中传递信息要比在真空中 ▲ （快/慢）。‎ 平行度好，横，慢 ‎ ‎12、（2011苏北四市第一次调研）如图所示为直角三棱镜的截面图，一条光线平行于 BC边入射，经棱镜折射后从AC边射出。已知 ∠A=θ=60°，该棱镜材料的折射率为 ▲ ；光在棱镜中的传播速度为 ▲ （已知光在真空中的传播速度为c）。‎ A C B θ ‎ ‎ ‎ 答案：（2分）；c ‎ ‎13、（09年江苏）图丙是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片，照相机的镜头竖直向上。照片中，水利方运动馆的景象呈现在半径的圆型范围内，水面上的运动员手到脚的长度，若已知水的折射率为，www.ks5u.com请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深，（结果保留两位有效数字）‎ 答案：设照片圆形区域的实际半径为 ‎,运动员的实际长为 ‎ 折射定律 ‎ 几何关系 ‎ 得 取，解得（都算对）‎ C F A B θ ‎30°‎ ‎（‎ ‎60°‎ ‎）‎ E ‎14、（2011苏北四市第二次调研）如图所示，直角三角形ABC为一三棱镜的横截面，‎ ‎∠A=30°。一束单色光从空气射向BC上的E点，并 偏折到AB上的F点，光线EF平行于底边AC。已 知入射方向与BC的夹角为θ=30°。试通过计算判断 光在F点能否发生全反射。‎ ‎ 答案：光线在BC界面的入射角θ1=600 、 折射角θ2=300‎ 根据折射定律得 ‎ ‎ 由几何关系知，光线在AB界面的入射角为θ3=600‎ 而棱镜对空气的临界角C的正弦值 则在AB界面的入射角 所以光线在F点将发生全反射。 ‎ ‎15、（2010盐城第三次调研）如图所示，某种液体的液面下h处有一点光源S，若将一半径为R不透明的薄片置于液面，其圆心O在S的正上方，恰好从液面上任一位置都不能看到点光源S。真空中光速用C表示。求光在液体中的传播速率v。‎ ‎·S O ‎ ‎ c c ‎⑶由题意知图示入射角恰为临界角C ‎ 由几何关系知：‎ ‎ 由sinC=‎ ‎ ‎ ‎ 得 ‎16、(2010‎ ‎ 泰州第三次调研)在某科技馆内放置了一个高大的半圆柱形透明物体，其俯视图如图所示，0为半圆的圆心．甲、乙两同学为了估测该透明体的折射率，进行了如下实验．他们分别站在A、O处时，相互看着对方，然后两人贴着柱体慢慢向一侧运动，到达B、C处时，甲刚好看不到乙．已知半圆柱体的半径为R，OC=0．6R，BC⊥OC，则半圆柱形透明物体的折射率为多少? ks5u ‎17、(2010启东考前辅导)为了观察门外情况，有人在门上开一小圆孔，将—块圆柱形玻璃嵌入其中，圆柱体轴线与门面垂直如图所示．从圆柱底面中心看出去，可以看到的门外入射光线与轴线间的最大夹角称做视场角．已知该玻璃的折射率为n，圆柱长为L，底面半径为r，则视场角是多少? ‎ 答案：‎ ‎18、（2010启东考前辅导）半径为 R 的 透明圆柱体固定于地面上，透明体对红光的折射率为 n = 2，如图所示．今让一束平行于地面的红光射向圆柱体左侧，经折射红光照射到右侧地面上．求圆柱体右侧地面上的黑暗部分长度．‎ 答案：光线从圆柱体射出的临界角满足 ‎（1分）‎ ‎∴（1分）‎ 地面上黑暗部分如图中阴影所示，其长度为 ‎ ‎（2分）‎ ‎19、（2010镇江考前模拟）如图所示是一种折射率n=1.5的棱镜．现有一束光 线沿MN的方向射到棱镜的AB界面上，入射角的大小．求光在棱镜中传播的速率及此束光线射出棱镜后的方向（不考虑返回到AB面上的光线）．‎ ‎（答案：由得 由得，‎ 由＜，可知C＜45°‎ 而光线在BC面的入射角＞C，故光线在BC面上发生全反射后，垂直AC面射出棱镜． ‎ C A B ‎20、（2010镇江考前模拟）如图所示，一截面为正三角形的棱镜，其折射率为．今有一束单色光射到它的一个侧面，经折射后与底边平行，再射向另一侧面后射出．试求出射光线相对于第一次射向棱镜的入射光线偏离了多少角度？‎ ‎ 答案：如图所示，在AB面发生折射，折射角r=300， ‎ A B C ‎╭‎ ‎╯‎ ‎╮‎ i r θ ‎ n=， ， 则 ‎ i=600‎ ‎ 因折射光线与底边BC平行，由光路可逆知第二次在 AC面折射时的入射角为300，折射角为600 ‎ ‎ 由几何关系可知：θ=2（i-300）=600‎ θ1‎ ‎75°‎ ‎60°‎ B A C M N ‎21、(2010如皋第一中学考前模拟)如图所法是用于光学仪器中的一种折射率n=1.5的棱镜。现有一束光线沿MN的方向射到棱镜的AB界面上，入射角的正弦值sinθ1=0.75.求光在棱镜中传播的速度及此束光线射出棱镜后的方向（不考虑回到AB面上的光线）。‎ 答案：‎ θ1‎ ‎75°‎ ‎60°‎ B A C M N ‎45°‎ ‎45°‎ ‎30°‎ ‎（3）‎ ‎　　　由得，‎ 由几何关系可知，当光到达BC面时入射角＝45°‎ 而sinC＝,所以光在BC面发生全反射。光最终垂直于AC面射出。‎