7 第四章 专题强化练4 折射和全反射在科技、生产、生活中的应用（word同步练习）-【学而思】2026-2027学年高二物理选择性必修第一册（教科版）

**基本信息** 聚焦折射与全反射的实际应用，通过现象分析与综合计算，系统提炼几何关系结合折射定律、临界角公式的解题方法，培养物理观念与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |现象分析（选择）|4题|折射定律应用、临界角公式计算、光路几何关系分析|从折射定律到全反射原理，再到科技生活应用的逻辑链条| |综合计算（非选择）|3题|几何关系构建、临界条件判断、多过程光路推导|以实际场景为载体，强化模型建构与科学推理能力|

专题强化练4　折射和全反射在科技、生产、生活中的应用 一、选择题 1.(2025湖北武汉新八校协作体联考)昏暗路段一般会安装反光道钉用于指引道路,其内部由多个反光单元组成。如图所示,当来车的一束灯光以某一角度射向反光单元时,其中一条光线在P、Q处先后发生两次反射,则下列说法正确的是 (　　) A.反光单元材料的折射率不影响反光效果 B.经反光单元反射后的出射光与入射光平行 C.经反光单元反射后的出射光与入射光会相交 D.不同颜色的光在反光单元中的传播光路相同 2.(2023四川内江六中月考)日晕又叫圆虹,是一种大气光学现象,是日光通过卷层云时,受到冰晶的折射或反射而形成的,如图甲所示。当一束复色光射入卷层云中的冰晶后,经过两次折射,分散成不同方向的单色光,如图乙所示,a、b为其折射出的光中的两束单色光。则 (　　) 　 A.冰晶对a光的折射率大于对b光的折射率 B.在冰晶中a光的传播速度小于b光的传播速度 C.从冰晶中射入空气界面发生全反射时b光的临界角较小 D.在冰晶中a光的波长小于b光的波长 3.(2025四川宜宾月考)在光学仪器中,“道威棱镜”被广泛用来进行图像的翻转,其横截面如图所示,ABCD是底角为45°的等腰梯形。现有与BC平行的三条相同的单色光线1、2、3从AB面射入棱镜,经BC面反射后,直接射到CD面上,已知棱镜材料的折射率n=。下列有关说法正确的是 (　　) A.光在棱镜中传播时频率减小 B.BC面上有光射出棱镜 C.从CD面上射出的光线一定与入射光线平行 D.从CD面上射出的三条光线中最靠近C点的是光线3 4.(2025山东威海模拟)如图所示,真空环境下某光纤弯曲部分两侧面圆弧的半径分别为R和2R,圆心为O,光纤的笔直部分的长度为L,现两束光线a、b垂直于端面AB入射,光线a的入射点距O点为R,光线b的入射点距O点为R,光纤对两光线的折射率均为,光速为c,则 (　　) A.光线a、b均能在该光纤内全反射传播 B.光线a、b在光纤内的传播速度为c C.光线a第一次在圆弧面射出的折射角为45° D.光线b在光纤内传播时间后从CD面射出 二、非选择题 5.(2024江苏南京第二十九中学学情检测)如图所示,有一救生员面向泳池坐在池边的高凳上,他的眼睛到地面的高度为H0=1.8 m,眼睛到池边缘的水平距离为d=2.4 m,当泳池注满水时,水深度可达H1=2.0 m,此时救生员可观察到池底离池边缘最近的点为P,P点到左侧池边缘的水平距离为x1=1.5 m,水池边缘与PO之间的范围为“视线盲区”。 (1)求水的折射率。 (2)若水池并未注满水,水深仅为H2=1.8 m时,求救生员可观察到池底离左侧池边缘的最近点到左侧池边缘的水平距离x2。若水位降低,该距离是增大还是减小?要减小“视线盲区”,救生员的凳子应该调高些还是矮些?(结果保留3位有效数字) 6.(2025四川遂宁月考)发光二极管(LED)可高效地将电能转化为光能,在照明、平板显示、医疗器件等领域具有广泛的用途。有一种发光二极管,它由透明柱体和发光管芯组成。如图所示为一透明柱体的纵截面,柱体上半部分是球心为O、半径为R的半球体,M是球体的顶点,柱体下半部分是高度为R的圆柱体,其下表面的圆心为D、半径为R,管芯发光区域是半径为r且紧贴柱体下表面的圆面(PQ是直径,圆心也在D点)。 (1)若透明柱体的折射率n0=,真空中光速为c,求光从P点沿直线传播到M点的时间t; (2)为使管芯发出的光到达球面时都不发生全反射,透明柱体的折射率n应满足什么条件? 7.(2025山东滨州期末)玻璃微珠是用玻璃制成的微小球体材料,常在道路标志线、标志牌及衣服的反光条中使用,它能使车灯照射过来的光逆向返回,从而使得在夜间行车没有路灯的情况下,能看清道路和交通标志,增强可见度,提高安全性。用这种材料制成的某反光膜内均匀分布着单层细玻璃珠,如图甲所示,所用玻璃的折射率n=。一束平行光照射到玻璃微珠上时,部分光线经一次反射和两次折射后沿与入射方向相反的方向射回。 (1)如图乙所示,除经过球心的光线外,还有入射光线能被反向平行射回,求该光线第一次进入玻璃微珠时的入射角α多大? (2)要保证能有足够强度的光被反向射回,要求入射光与其反向射回的光之间的距离d应不大于10 μm,则玻璃微珠的直径D要满足什么条件? (3)估算满足(2)要求的面积为S=1 dm2的这种反光膜材料中最少要排布多少颗玻璃微珠?(保留3位有效数字) 　 答案与分层梯度式解析 专题强化练4　折射和全反射在科技、生产、生活中的应用 1.B 2.C 3.C 4.D 1.B　反光单元材料的折射率越小,光线发生全反射的临界角越大,光线在反光单元材料内越不容易发生全反射,若有部分光线在直角边界面发生折射,会影响反光效果,A错误;设反光单元内发生两次反射的反射角分别为α和θ,根据几何知识可知α+θ=90°,故有2α+2θ=180°,根据几何关系结合折射定律可知经反光单元反射后的出射光线与入射光线平行,不会相交,B正确,C错误;不同颜色的光在反光单元材料中的折射率不同,折射后的折射角不同,光路不相同,D错误。 2.C　复色光射入冰晶时,a光的折射角大于b光的折射角,由折射定律可知冰晶对a光的折射率小于对b光的折射率,故a光的频率比b光的频率小;根据v=,可知b光在冰晶中的传播速度较小,故A、B错误;由临界角公式sin C=可知,冰晶对b光的折射率大,故b光从冰晶射向空气时发生全反射的临界角小,C正确;由于v=λf,光在冰晶中的波长λ===λ0,由于a光在真空中的波长大于b光的波长,而冰晶对a光的折射率又小于对b光的,故a光在冰晶中的波长大于b光在冰晶中的波长,故D错误。 3.C　光在棱镜中传播时频率不变,A错误;光在棱镜中的传播光路如图所示,根据折射定律有n===,解得r=30°,所以θ=90°-(180°-45°-90°-r)=75°,根据临界角公式 sin C=,解得C=45°<θ,光线在BC面上发生全反射,所以BC面上没有光射出棱镜,B错误;根据几何关系有α=r=30°,所以β=i=45°,由此可知,从CD面上射出的光线一定与入射光线平行,C正确;由光路图可知,从CD面上射出的三条光线中最靠近C点的是光线1,D错误。 4.D　两束光发生全反射的临界角C满足sin C===,而a、b两束光线第一次到达外侧圆弧的入射角分别满足sin αb==,sin αa==,可知αb>C,αa<C,所以a并不会发生全反射,b发生全反射,故A错误。根据n=可得v==c,故B错误。根据折射定律可得n=,解得βa=60°,故C错误。光线b的光路图如图所示。 则b光传播的距离为s=R+2R+,γb=60°,因此传播时间为t==,故D正确。 5.答案　(1)　(2)1.62 m　增大　调高些 解析　(1)来自P点的光线在水面发生折射后进入人眼,设入射角为r,折射角为i。由几何关系可知sin i=,sin r=,则水的折射率n=,联立各式代入数据解得n=。 (2)水深仅为H2=1.8 m时,设刚好能看到的最近点为P',来自P'点的光线在水面发生折射进入人眼时入射角和折射角均不变,光路图如图所示。 由几何关系得x2=H2 tan r+(H1-H2)tan i,代入数据解得x2≈1.62 m。 若水位降低,该距离增大。 要减小“视线盲区”,则救生员的凳子应该调高些。 6.答案　(1)　(2)n< 解析　(1)光在透明柱体中的传播速度为v=, P到M点的距离为s=, 解得从P点沿直线传播到M点的时间为t==。 (2)光路图如图所示。 从P点射到N点或从Q点射到N'点的光在球面处的入射角最大,设为i,则 sin i=, 设光发生全反射的临界角为C,则 sin C=, 不发生全反射,应满足sin i<sin C, 解得n<。 7.答案　(1)60°　(2)D≤2×10-5 m　(3)3.18×107颗 解析　(1)入射光线能被反向平行射回的光路如图所示,光线从球面上的A点折射进入,入射角为α,折射角为β,根据折射定律有n= 由几何关系知α=2β 解得β=30°,α=60°。 (2)如图所示,由题意可知入射光线与出射光线间的距离AC为d,玻璃微珠直径为D,由几何关系知d=D sin α 若d≤10 μm 有D sin α≤10 μm 得D≤2×10-5 m。 (3)当D=2×10-5 m时,一个玻璃微珠的截面积S0=π 最少要排布的玻璃微珠颗数N= 解得N≈3.18×107颗。 7 学科网（北京）股份有限公司 $