专题16 光的折射、全反射-2020年高考物理母题题源解密

专题16 光的折射、全反射 【母题来源一】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅱ卷） 【母题原题】(2020·全国Ⅱ卷)直角棱镜的折射率n=1.5,其横截面如图所示,图中∠C=90°,∠A=30°。截面内一细束与BC边平行的光线,从棱镜AB边上的D点射入,经折射后射到BC边上。 (1)光线在BC边上是否会发生全反射?说明理由; (2)不考虑多次反射,求从AC边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值。 【答案】(1)能　原因见解析　(2) 【解析】(1)如图,设光线在D点的入射角为i,折射角为r。折射光线射到BC边上的E点。设光线在E点的入射角为θ,由几何关系,有 θ=90°-(30°-r)>60°① 根据题给数据得sinθ>sin60°> ② 即θ大于全反射临界角,因此光线在E点发生全反射。 (2)设光线在AC边上的F点射出棱镜,光线的入射角为i',折射角为r',由几何关系、反射定律及折射定律,有 i=30°③ i'=90°-θ ④ sin i=nsinr ⑤ nsini'=sinr' ⑥ 联立①③④⑤⑥式并代入题给数据,得 ⑦ 由几何关系,r'即AC边射出的光线与最初的入射光线的夹角。 【母题来源二】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅲ卷） 【母题原题】(2020·全国Ⅲ卷)如图,一折射率为的材料制作的三棱镜,其横截面为直角三角形ABC,∠A=90°,∠B=30°。一束平行光平行于BC边从AB边射入棱镜,不计光线在棱镜内的多次反射,求AC边与BC边上有光出射区域的长度的比值。 【答案】2 【解析】如图(a)所示,设从D点入射的光线经折射后恰好射向C点,光在AB边上的入射角为θ1,折射角为θ2,由折射定律有 sinθ1=nsinθ2 ① 设从DB范围入射的光折射后在BC边上的入射角为θ',由几何关系有 θ'=30°+θ2 ② 由①②式并代入题给数据得 θ2=30°③ nsinθ'>1 ④ 所以,从DB范围入射的光折射后在BC边上发生全反射,反射光线垂直射到AC边,AC边上全部有光射出。 设从AD范围入射的光折射后在AC边上的入射角为θ″,如图(b)所示。由几何关系有 θ″=90°-θ2 ⑤ 由③⑤式和已知条件可知 nsinθ″>1 ⑥ 即从AD范围入射的光折射后在AC边上发生全反射,反射光线垂直射到BC边上。设BC边上有光线射出的部分为CF,由几何关系得 CF=AC·sin30°⑦ AC边与BC边有光出射区域的长度的比值为 =2 ⑧ 【母题来源三】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（山东卷） 【母题原题】(2020·山东等级考)双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源S到S1、S2的距离相等,O点为S1、S2连线中垂线与光屏的交点。光源S发出的波长为λ的光,经S1出射后垂直穿过玻璃片传播到O点,经S2出射后直接传播到O点,由S1到O点与由S2到O点,光传播的时间差为Δt。玻璃片厚度为10λ,玻璃对该波长光的折射率为1.5,空气中光速为c,不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是 (　　) A. B. C. D. 【答案】A 【解析】光在玻璃中的传播速度为v=,时间差,A正确,B、C、D均错误。故选A。 【母题来源四】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（山东卷） 【母题原题】(多选)(2020·山东等级考)截面为等腰直角三角形的三棱镜如图甲所示。DE为嵌在三棱镜内部紧贴BB'C'C面的线状单色可见光光源,DE与三棱镜的ABC面垂直,D位于线段BC的中点。图乙为图甲中ABC面的正视图。三棱镜对该单色光的折射率为,只考虑由DE直接射向侧面AA'C'C的光线。下列说法正确的是 (　　) A.光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的 B.光从AA'C'C面出射的区域占该侧面总面积的 C.若DE发出的单色光频率变小,AA'C'C面有光出射的区域面积将增大 D.若DE发出的单色光频率变小,AA'C'C面有光出射的区域面积将减小 【答案】AC 【解析】由题意可知,得临界角C=45°,因此从D点发出的光,竖直向上从M点射出的光线恰好是出射光线的边缘,同时C点也恰好是出射光线的边缘,如图所示, 因此光线只能从MC段射出,根据几何关系可知,M恰好为AC的中点,因此在AA'C'C平面上有一半的面积有光线射出,A正确,B错误;由于频率越高,折射率越大,当光源发出的光的频率变小,折射率也会变小,导致临界角会增大,这时M点上方也会有光线出射,因此出射光线区域的面积将增大,C正确,D错误。故选A、C。 【母题来源五】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（浙江卷） 【母题原题】(2020·浙江7月选考)如图所示,圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上,光线从P点垂直界面入射后,恰好在玻璃砖