高考物理一轮复习选修3421.docx
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高考物理一轮复习选修3421
1.一条光线以40°的入射角从真空射到平板透明材料上,光的一部分被反射,一部分被折射,折射光线与反射光线的夹角可能是( )
A.小于40° B.在50°~100°之间
C.在100°~140°之间D.大于140°
解析:
由
=n>1,折射角θ2<θ1=40°,由反射定律得θ3=θ1=40°,如图所示,故折射光线与反射光线的夹角φ=180°-θ3-θ2=140°-θ2,则100°<φ<140°.
答案:
C
2.如图所示,AB、CD分别是置于空气中厚玻璃砖的上下两个表面,且AB∥CD,光线经AB表面射向玻璃砖,当折射光线射到CD表面上时,下列说法中正确的是( )
①不可能发生全反射; ②只要适当增大入射角θ1,就可能在CD面上发生全反射; ③只要玻璃砖的厚度足够大,就可能在CD面上发生全反射; ④由于不知道玻璃的折射率,故无法判断.
A.只有①正确B.只有②③正确
C.②③④正确D.只有④正确
解析:
如图所示,折射光线O1O2能否在CD面上发生全反射,取决于是否满足全反射的条件,由于玻璃的折射率大于空气的折射率.故折射光线O1O2是从光密介质射向光疏介质,设折射光线O1O2在CD面上的入射角为θ1′,则θ1′=θ2.据折射率的定义可得n=
.(其中θ1<90°)
据临界角定义可得n=
.可得θ1′=θ2 故折射光线O1O2在CD面上不能发生全反射. 答案: A 3.(2013年宁波八校联考)如图所示是一观察太阳光谱简易装置,一加满清水的碗放在有阳光的地方,将平面镜M斜放入水中,调整其倾斜角度,使太阳光经水面折射再经水中平面镜反射,最后由水面折射回空气射到室内白墙上,即可观察到太阳光谱的七色光带.逐渐增大平面镜的倾斜角度,各色光将陆续消失,则此七色光带从上到下的排列顺序以及最先消失的光分别是( ) A.红光→紫光,红光B.紫光→红光,红光 C.红光→紫光,紫光D.紫光→红光,紫光 解析: 根据折射定律作出光路图可知,此七色光带从上到下的排列顺序是红光→紫光;因为紫光的折射率n最大,根据公式sinC=1/n可知,其从水中射向水平面时发生全反射的临界角最小,所以最先消失.综上分析,正确选项为C. 答案: C 4.(2012年高考海南单科)一玻璃三棱镜,其横截面为等腰三角形,顶角θ为锐角,折射率为 .现在横截面内有一光线从其左侧面上半部射入棱镜.不考虑棱镜内部的反射.若保持入射线在过入射点的法线的下方一侧(如图),且要求入射角为任何值的光线都会从棱镜的右侧面射出,则顶角θ可在什么范围内取值? 解析: 设入射光线经玻璃折射时,入射角为i,折射角为r,射到棱镜右侧面的入射角为α.根据折射定律有: sini=nsinr① 由几何关系得 θ=α+r② 当i=0时,由①式知r=0,α有最大值αm(如图),由②式得 θ=αm③ 同时αm应小于玻璃对空气的全反射临界角,即 sinαm< ④ 由①②③④式和题给条件可得,棱镜顶角θ的取值范围为 0°<θ<45° 答案: 0°<θ<45° (时间: 45分钟,满分: 100分) [命题报告·教师用书独具] 知识点 题号 对光的折射、全反射现象的认识 1、2 光的折射定律的应用 3、4、10 全反射的条件及应用 5、7、8 光的色散现象 6 光的折射率的计算 12 光的折射和全反射的综合 9、11 一、选择题(本题共10小题,每小题7分,共70分,每小题至少有一个选项正确,把正确选项前的字母填在题后的括号内) 1.(2013年唐山月考)酷热的夏天,在平坦的柏油公路上,你会看到在一定距离之外,地面显得格外明亮,仿佛是一片水面,似乎还能看到远处车、人的倒影.但当你靠近“水面”时,它却随你靠近而后退.对此现象正确的解释是( ) A.出现的是“海市蜃楼”,是由于光的折射造成的 B.“水面”不存在,是由于酷热难耐,人产生的幻觉 C.太阳辐射到地面,使地表温度升高,折射率大,发生全反射 D.太阳辐射到地面,使地表温度升高,折射率小,发生全反射 解析: 酷热的夏天地面温度高,地面附近空气的密度小,空气的折射率下小上大,远处车、人反射的太阳光由光密介质射入光疏介质发生全反射. 答案: D 2.很多公园的水池底都装有彩灯,当一细束由红、蓝两色组成的灯光从水中斜射向空气时,关于光在水面可能发生的反射和折射现象,下列光路图中正确的是( ) 解析: 红光、蓝光都要发生反射,红光的折射率较小,所以红光发生全反射的临界角较蓝光大,蓝光发生全反射时,红光不一定发生,故C正确. 答案: C 3.(2012年高考北京理综)一束单色光经由空气射入玻璃,这束光的( ) A.速度变慢,波长变短 B.速度不变,波长变短 C.频率增高,波长变长 D.频率不变,波长变长 解析: 单色光从空气射入玻璃,光的频率f不变;波长λ= ,其中λ0为光在空气中的波长,n为玻璃对空气的折射率,n>1,故波长变短;光速v=λf,故光的速度变慢,所以选项A正确. 答案: A 4.(2013年广东中山调研)如图所示,红色细光束a射到折射率为 的透明球表面,入射角为45°,在球的内壁经过一次反射后,从球面射出的光线为b,则入射光线a与出射光线b之间的夹角α为( ) A.30°B.45° C.60°D.75° 解析: 由折射定律有 = ,得折射角θ=30°.画出光路图,由几何关系知,夹角α=30°,A正确. 答案: A 5.(2013年三明月考)雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹.设水滴是球形的,图中的圆代表水滴过球心的截面,入射光线在过此截面的平面内,a、b、c、d代表四条不同颜色的出射光线,则它们可能依次是( ) A.紫光、黄光、蓝光和红光 B.紫光、蓝光、黄光和红光 C.红光、蓝光、黄光和紫光 D.红光、黄光、蓝光和紫光 解析: 由太阳光第一次进入水珠时的色散即可作出判断,把水珠看作三棱镜,向下偏折程度最大的光线一定是紫光,偏折程度最小的是红光,从图上可看出,a是紫光,d是红光,则b是蓝光,c是黄光,所以正确选项为B. 答案: B 6.某学习小组在探究三棱镜对光的色散的实验中,用一束含有两种A、B不同颜色的光束以一定的角度从三棱镜的一面射入,并从另一面射出,如图所示.由此我们可以知道( ) A.在同种介质中,A光的波长比B光的波长长 B.从空气中以相同的入射角射入同样的介质,A光的折射角比B光的小 C.A、B两种光在水中的速度一样大 D.A、B两种光从相同的介质入射到空气中,逐渐增大入射角,B光先发生全反射 解析: 由图可知,B光折射率较大,B光的频率大.在同种介质中,A光的波长比B光的波长长,选项A正确;从空气中以相同的入射角射入同样的介质,A光的折射角比B光的大,选项B错误;A、B两种光在水中的速度,A光较大,选项C错误;由于B光的折射率较大,B光的全反射临界角较小,A、B两种光从相同的介质入射到空气中,逐渐增大入射角,B光先发生全反射,选项D正确. 答案: AD 7.(2013年保定模拟)如图所示,激光器固定在转台上发出一束细光,转台在某液体中匀速转动,使激光束在竖直平面内扫描,扫描一周的时间为T=32s.激光束转动方向如图中箭头所示,该液体的折射率为 .一个周期T内在液面上方能观察到激光束的时间是( ) A.4sB.8s C.16sD.32s 解析: 光从水射向空气可能发生全反射,sinC= ,知全反射的临界角C=45°,入射角小于45°的光线能射出水面,由对称性知,能射出水面的入射光的最小夹角θ=90°,故时间t= T=8s,B正确. 答案: B 8.频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后,其光路如图所示.下列说法正确的是( ) A.单色光1的波长小于单色光2的波长 B.在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度 C.单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间 D.单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角 解析: 由题意可知,玻璃板对单色光1的折射率较大,故单色光1的频率较大,波长较小,选项A正确;根据v= ,可知单色光2在玻璃中的传播速度较大,选项B错误;设玻璃板的厚度为d,光在玻璃板上表面的入射角为α,发生折射后的折射角为β,则光通过玻璃板的时间为t= = = = ,由于两种单色光的入射角相同,β1<β2,则2β1<2β2,但sin2β1与sin2β2的大小关系不能确定,所以两种单色光通过玻璃板所用时间的长短关系不能确定,选项C错误;由sinC= ,n1>n2,则C1 答案: AD 9.如图所示,有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点,并偏折到F点,已知入射方向与边AB的夹角为θ=30°,E、F分别为边AB、BC的中点,则( ) A.该棱镜的折射率为 B.光在F点发生全反射 C.光从空气进入棱镜,波长变小 D.从F点出射的光束与入射到E点的光束平行 解析: 在E点作出法线可知入射角为60°,折射角为30°,折射率为 ,A对;由光路可知,在BC边上的入射角小于临界角,不会发生全反射,B错;根据公式n= = = ,得λ介= 可知C对;三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折,不会与入射到E点的光束平行,故D错. 答案: AC 10.DVD光盘由塑料保护层和信息记录层组成.如图所示,激光束以入射角θ从空气入射到厚度为d、折射率为n的塑料保护层后,聚集到信息记录层的光斑宽度为a,才能有效获取信息.在保证a不变的前提下,减小激光束照到塑料保护层的宽度(l=a+2b),则( ) A.须满足sinθ= B.须满足sinθ= C.在θ和n不变时,须减小d D.在θ和d不变时,须减小n 解析: 设激光束入射角为θ时其折射角为r,则由折射率公式有n= ,由sinr= ,联立可得sinθ= ,故A正确,B错误;由l=a+2b,而b=dtanr,所以l=a+2dtanr.在θ和n不变时,r不变,tanr不变,欲减小l,则必须减小d,选项C正确;在θ和d不变时,欲减小l,则必须减小tanr,减小r,sinr减小,又sinr= ,必须增大n,故D错误. 答案: AC 二、非选择题(本题共2小题,共30分,解答时应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤,有数值计算的要注明单位) 11.(15分)如图所示,直角玻璃三棱镜置于空气中,已知∠A=60°,∠C=90°,一束极细的光于AC的中点D垂直AC面入射,AD=a,棱镜的折射率为n= ,求: (1)光从棱镜第一次射入空气时的折射角; (2)光从进入棱镜到它第一次射入空气所经历的时间(设光在真空中的传播速度为c). 解析: (1)如图所示,i1=60°,设玻璃对空气的临界角为C, 则sinC= = ,C=45° i1>45°,发生全反射. i2=i1-30°=30° = , 所以r=45° (2)镜中光速v= = ,所求时间: t= + = . 答案: (1)45° (2) 12.(15分)(2011年高考新课标全国卷)一半圆柱形透明物体横截面如图所示,底面AOB镀银(圆中粗线),O表示半圆截面的圆心.一束光线在横截面内从M点入射,经过AB面反射后从N点射出.已知光线在M点的入射角为30°,∠MOA=60°,∠NOB=30°.求: (1)光线在M点的折射角; (2)透明物体的折射率. 解析: (1)如图所示,透明物体内部的光路为折线MPN,Q、M点相对于底面EF对称,Q、P和N三点共线. 设在M点处,光的入射角为i,折射角为r,∠OMQ=α,∠PNF=β.根据题意有 α=30°① 由几何关系得,∠PNO=∠PQO=r,于是 β+r=60°② 且α+r=β③ 由①②③式得r=15°④ (2)根据折射率公式有 sini=nsinr⑤ 由④⑤式得n= 答案: (1)15° (2)
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