光的折射和全反射 专项训练 -2025届高考物理一轮复习备考

光的折射和全反射 一、单选题 1．如图所示，图中阴影部分ABC为真空中一折射率的透明材料做成的光学元件的横截面，AC为一半径为R的四分之一圆弧，在圆弧面圆心D处有一点光源，ABCD为正方形，若只考虑首次从AC直接射向的光线，光在真空中的光速为c，则( ) A.点光源发出的光射到AB面上的最长时间为 B.点光源发出的光射到AB面上的最长时间为 C.面有光射出的区域总长度为 D.面有光射出的区域总长度为R 2．为了研究某一半圆柱形的透明新材料的光学性质，将一束激光由真空沿半圆柱体的径向射入，入射方向与过O点的法线成θ角，如图甲所示，CD为光学传感器，可以探测光照强度，反射光的光照强度随角θ变化的情况如图乙所示.则下列说法正确的是（，）( ) A.该新材料的折射率 B.该新材料的折射率 C.图甲中若减小入射角θ，则反射光线和折射光线之间的夹角也将变小 D.此透明材料发生全反射的临界角为37° 3．某透明介质的横截面为半圆，小明将一束平行单色光线垂直于半圆的直径AB射入透明介质，如图所示，发现在半圆弧上恰好有半圆周长三分之一的圆弧部分没有光透出，则透明介质的折射率为( ) A.3 B.1.5 C. D. 4．如图所示，取一个半径为r的软木塞，在它的圆心处插上一枚大头针，让软木塞浮在液面上.调整大头针插入软木塞的深度，使它露在外面的长度为h.这时从液面上方的各个方向向液体中看，恰好看不到大头针.光在真空中的速度为c.下列说法正确的是( ) A.此液体的折射率 B.此液体的折射率 C.光在此液体中的速度 D.光在此液体中的速度 5．如图所示，楔形玻璃的横截面为直角三角形，顶角为45°，OA边上的点光源S到点O的距离为L，光在玻璃中的折射率为，光线射向OB边，不考虑多次反射，OB边上有光射出部分的长度为( ) A. B. C. D. 6．自行车的尾灯采用了全反射棱镜，虽然它本身不发光，但在夜间骑行时，从后面驶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.尾灯由透明介质制成，其外形如图所示，下列说法正确的是( ) A.汽车灯光从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射 B.汽车灯光从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射 C.汽车灯光从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射 D.汽车灯光从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射 7．如图所示为单反照相机取景器的示意图，五边形ABCDE为五棱镜的一个截面，.光线垂直AB射入，分别在CD和EA上发生反射，且两次反射的入射角相等，最后光线垂直BC射出.若两次反射都为全反射，则该五棱镜折射率的最小值是( ) A. B. C. D. 8．如图所示，将一个半圆形玻璃砖置于空气中，当一束单色光入射到玻璃砖的圆心O时，下列情况不可能发生的是( ) A. B. C. D. 9．夜晚高速公路路标在灯光的照射下特别亮，主要是因为使用了由大量均匀透明介质球组成的反光材料.如图所示，介质球的球心位于O点，半径为R.平行于直径AOB的单色光沿DC从空气射入介质球，在球内表面经一次反射后，再次折射回空气中时出射光线恰好仍与DC平行.已知DC到AB的距离为，下列说法正确的是( ) A.光线经过第一次折射后对应折射角为45° B.介质球的折射率为 C.增大单色光的频率，入射光射入球体后，在球内表面不可能发生全反射 D.换不同单色光，沿DC入射，在球内表面经一次反射后，再次折射回空气时仍与DC平行 10．如图所示，一个棱镜的顶角为，一束白光以较大的入射角从棱镜的左侧面射入，在光屏上形成从红到紫排列的彩色光带，部分色光在棱镜中的折射率和临界角见表中数据.当入射角逐渐减小到0°的过程中，彩色光带的变化情况是( ) 色光 红 橙 黄 绿 蓝 紫 折射率 1.1513 1.514 1.517 1.519 1.528 1.532 临界角/° 41.370 41.340 41.230 41.170 40.880 40.750 A.紫光最先消失，最后只剩红光、橙光、黄光 B.紫光最先消失，最后只剩红光、橙光 C.红光最先消失，最后只剩紫光 D.红光最先消失，最后只剩紫光、蓝光 二、多选题 11．“球鼻艏”是位于远洋轮船船头水面下方的装置，当轮船以设计的标准速度航行时，球鼻艏推起的波与船首推起的波如图所示，两列波的叠加可以大幅度减小水对轮船的阻力.下列现象的物理原理与之相同的是( ) A.插入水中的筷子，看起来折断了 B.阳光下的肥皂膜，呈现彩色条纹 C.驶近站台的火车，汽笛音调变高 D.振动音叉的周围，声音忽高忽低 12．如图所示，一教师用侧面开孔的透明塑料瓶和绿光激光器演示“液流导光”实验.瓶内装有适量清水.水从小孔中流出后形成了弯曲的液流.让激光水平射向小孔，使光束与液流保持在同一竖直平面内，观察到光束沿着弯曲的液流传播.下列操作中，有助于光束更好地沿液流传播的是( ) A.改用折射率更小的液体 B.提升瓶内液面高度 C.改用折射率更大的液体 D.增大激光器与小孔之间的水平距离 三、计算题 13．一棱镜的横截面是边长为L的等边三角形ABC，一细光束从AB上的点入射.已知棱镜的折射率，光在真空中传播的速度为c. （1）若棱镜的下表面BC有反射膜，如图甲所示，当光束的入射角时，求光线第一次从棱镜中出射的位置到C点的距离和在棱镜中的传播时间t； （2）若棱镜的下表面BC无反射膜，如图乙所示，改变光束的入射角，求BC边界有光线期出的长度d.（已知） 14．现在高速公路上的标志牌常贴有“回归反光膜”，它采用高折射率的微小玻璃球制成，并在后半表面镀铝膜，如图1所示.一光线沿平行于玻璃球水平直径AB方向射入玻璃球，发生折射后到达B处发生反射，再经折射后平行入射方向射出，光路及角度如图2所示，O为球心.已知光在空气中的传播速度c约等于光在真空中的传播速度.（结果保留3位有效数字） （1）求玻璃球的折射率n； （2）求光在玻璃球中的传播速度v； （3）如果没有铝膜，通过解题思路说明该光线能否在B处发生全反射. 参考答案 1．答案：C 解析：由题意可知，沿DB方向到达AB面上的光在元件中的传播距离最大，时间最长，由几何关系可知光从光源到AC面的传播距离为R，在材料中的传播距离为，在材料中的传播时间为，又，光在真空中传播的时间为，则点光源发出的光射到AB面的最长时间，故A、B错误；如图所示，设沿DE方向射到AB面上的光线刚好发生全反射，临界角满足，解得，则，同理，设沿DG方向射到BC面上的光线刚好发生全反射，则，根据几何关系可得面有光射出的区域总长度为，故C正确，D错误. 2．答案：D 解析：由题图乙知，当时发生全反射，则有，A、B错误，D正确；若减小入射角θ，根据反射定律和折射定律可知反射角和折射角都减小，则反射光线和折射光线之间的夹角将变大，C错误. 3．答案：D 解析：由题意可知，光线射入透明介质后，从圆弧面AB射出时，有部分光线发生全反射，因在半圆弧上恰好有半圆周长的圆弧部分有光透出，则恰好发生全反射时入射角为60°，折射率为，故选D. 4．答案：D 解析：由题意结合光路可逆原理知，大头针的最底部反射的光线照射到软木塞的边缘时恰好发生全反射，如图所示，则，此液体的折射率，故A、B错误；由，可知光在此液体中的速度，故C错误，D正确. 5．答案：C 解析：根据全反射临界角公式有，可知发生全反射的临界角为60°，所以光线可以从O点射出，恰好在OB边发生全反射的光线与OB边的夹角为30°，根据几何关系及正弦定理可知，解得，故选C. 6．答案：C 解析：从题图中取尾灯中的一个凸起为研究对象，作出一条光路如图所示.由图可知，每一个凸起相当于一块全反射棱镜，要想让自行车后的司机看到反射光，光只能从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射，故选项C正确，A、B、D错误. 7．答案：A 解析：作出光路图如图所示，结合题给条件可知，，又，可得入射角，则折射率最小值. 8．答案：A 解析：当光由空气射入半圆形玻璃砖并发生折射时，折射角应小于入射角，故A不可能，符合题意；当光由空气斜射入半圆形玻璃砖时，既有反射光线又有折射光线，折射角小于入射角，故B可能；当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角小于临界角，既有反射光线又有折射光线，故C可能；当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角大于等于临界角，会发生全反射，只有反射光线，没有折射光线，故D可能. 9．答案：C 解析：根据题意，出射光线恰好仍与DC平行，画出光路图如图甲所示，已知DC到AB的距离为，有，可得，根据几何关系可知，光线经过第一次折射后对应折射角为，A错误；根据折射定律，可知介质球的折射率为，B错误；增大单色光的频率，根据折射率与入射光的频率的关系可知，入射光射入球体后，第一次的折射角变小，如图乙所示，根据光路可逆可知，光线可以从介质球中射出，C正确；换不同单色光，沿DC入射，在球内表面经一次反射后，折射角会发生变化，不会射到B点，再次折射回空气时不会与DC平行，D错误. 10．答案：B 解析：由表格数据看出，紫光的折射率最大，临界角最小，当白光的入射角逐渐减小到0°的过程中，光线射到棱镜右侧面的入射角增大，紫光最先达到临界角，发生全反射，最先消失.当白光的入射角减小到0°时，光线射到棱镜右侧面的入射角，小于红光与橙光的临界角，所以这两种光不发生全反射，仍能射到光屏上，故最后光屏上只剩下红、橙两种色光，故B正确. 11．答案：BD 解析：观察题图中轮船两部件推起的波，两列波发生干涉现象.插入水中的筷子看起来折断了，是光的折射现象，故A错误.阳光下的肥皀膜呈现彩色条纹，是薄膜干涉现象，故B正确.驶进站台的火车汽笛音调变高，是多普勒现象，故C错误.振动音叉的周围声音忽高忽低，是因为音叉的两个振动片产生的波发生干涉现象，故D正确. 12．答案：BC 解析：若想使激光束被完全限制在液流内，则应使激光在液体内发生全反射现象，根据全反射的临界角满足，可知应该增大液体的折射率或增大激光束的入射角.若改用折射率更小的液体，临界角变大，更不容易发生全反射，而改用折射率更大的液体可以使光束更好地沿液流传播，故A错误，C正确；提升瓶内液面的高度，会造成小孔处压强增大，水流的速度增大，液流的射程更大，进而增大了激光束的入射角，则会有大部分光在界面处发生全反射，可以使光束更好地沿液流传播，故B正确；增大激光器与小孔之间的水平距离不能改变液体的折射率或激光束的入射角，不能使光束更好地沿液流传播，故D错误. 13．答案：（1） （2） 解析：（1）棱镜下表面BC有反射膜时光路图如图（a）所示，设折射角为β，由折射定律有， 可得， 根据几何关系可知，光线在BC面的入射角和反射角也为30°，则第一次出射位置在AC面上，由几何关系可知， 由几何关系知光线在棱镜中的传播路程， 传播速度， 传播时间. （2）棱镜下表面没有反射膜时的光路图如图（b）所示，当入射角时，根据折射定律得折射角，此时BC边界上的出射点为有光线射出的最左边的点， 在中，，由正弦定理有， 当折射光线在BC边界上的入射角恰好等于发生全反射的临界角时，入射点为有光线射出的最右边的点，在中，，由正弦定理有， BC边界有光线射出的长度， 联立解得. 14．答案：（1）1.73 （2） （3）在B处不会发生全反射 解析：（1）根据折射定律和题图2可得，玻璃球的折射率为. （2）光在玻璃球中的传播速度为. （3）发生全反射的临界角满足. 根据几何关系可得光线在B处的入射角为30°，由于， 可知如果没有铝膜，该光线在B处不会发生全反射. 学科网（北京）股份有限公司 $$