1、- 1 -专题 57 光的折射 全反射 光导纤维【满分：110 分 时间：90 分钟】一、选择题(本大题共 12 小题，每小题 5 分，共 60 分。在每小题给出的四个选项中. 18 题只有一项符合题目要求； 912 题有多项符合题目要求。全部选对的得 5 分，选对但不全的得3 分，有选错的得 0 分。)1一条光线从空气射入折射率为 2的介质中，在界面处的入射角为 45。入射光中，一部分被反射，另一部分被折射。则反射光线和折射光线的夹角为： （ ）A75 B90 C105 D120【答案】C【解析】根据折射定律 452sinri，得： 12sinr；则 r=30；根据反射定律，反射角为 45，
2、,则反射光线和折射光线的夹角为 45+90-30=105，故选 C.【名师点睛】本题考查折射定律的直接应用，记住折射定律的表达式 sinr，理解入射角、折射角及反射角的概念；此题是基础题，考查基本规律的应用.2某单色光在某种介质中的传播速度大小为 1.5108m/s，则该单色光从此介质射向真空并发生全反射的临界角是： （ ）A15 B30 C45 D 60【答案】B【名师点睛】此题是对光的折射定律及全反射的考查；要知道若是光是从空气射向液体则折射率应该是入射角的正弦与折射角的正弦相比光的全反射必须从光密介质进入光疏介质，同时入射角大于临界角。3如图所示，空气中有一折射率为 2的玻璃柱体，其横截
3、面是圆心角为 09、半径为 R 的扇形 OAB，一束平行光平行于横截面，以 045入射角照射到 OA 上， OB 不透光，若只考虑首次入射到圆弧 AB 上的光，则弧 AB 上有光透出部分的弧长为： （ ）- 2 -A、 16R B、 14 C、 13R D、 512R【答案】B【名师点睛】注意两条特殊光线，一是从 O 点沿半径方向进入玻璃柱体的光线，在 AO 面上折射后传播入方向不变，二是在 AB 面上发生全反射的光线，有光透出的部分在这两条光线之间，然后根据几何关系求解。4下列说法正确的是： （ ）A捕鱼人在岸上不同的位置看到水中静止的鱼的位置不变B清晨人们刚刚看到太阳从地平线上升起时实际太
4、阳还在地平线以下C在光的反射现象中光路是可逆的，但光的折射现象中光路是不可逆的D光从玻璃射入空气时红光比紫光发生全反射的临界角小【答案】B【解析】如图所示，水中鱼反射出的光，在水面处发生了折射，光有水斜射入空气时发生折射，折射角大- 3 -于入射角，人认为光是沿直线传播的，所以逆着折射光线看去，看到的 A是变浅的鱼的虚像。捕鱼人在岸上不同的位置时，射入人眼的折射光线方向不同，则看到的鱼的位置不同，故 A错；早晨看到太阳从地平线刚刚升起时，由于大气层的折射现象，实际上它还处于地平线的下方，B 对；在光的反射现象和折射现象中光路都是可逆的，C 错；由临界角公式nsi1知， n 越小，临界角 C 越
5、大。由于红光得到折射率不紫光的小，所以光从玻璃射入空气时红光发生全反射的临界角比紫光的大，D 错。【名师点睛】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： n12，式中 n12是比例常数sin 1sin 25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【答案】B【
6、名师点睛】根据折射图象可得出各光的偏折程度，即可得出折射率的大小，则可得频率、波长等的大小时关系，即可判断各光可能的顺序- 4 -6如图所示，两束单色光 a、 b 从水面下射向 A 点，光线经折射后合成一束光，则正确的是：（ ）A在水中 a 光的波速比 b 光的波速小B a 光的频率比 b 光的频率低C a 光的折射率大于 b 光的折射率D当 a、 b 两束光以相同的入射角从水中射到 A 点，入射角从 0 开始逐渐增大，最先消失的是 a 光【答案】B【名师点睛】解决本题的突破口在于通过光的偏折程度得出光的折射率大小，从而根据 cvn、 1siC比较出光在介质中的速度大小以及临界角的大小。7如图
7、所示，水下光源 S 向水面 A 点发射一束光线，折射光线分成 a、 b 两束，则： （ ）A在水中， b 光波长比 a 光波长大B a、 b 两束光相比较，在真空中的传播速度 a 光比 b 光大C用同一双缝干涉实验装置做实验， a 光的干涉条纹间距大于 b 光的条纹间距D若保持入射点 A 位置不变，将入射光线顺时针旋转，则从水面上方观察， a 光先消失【答案】C【解析】 光线发生折射时，偏折角的的折射率大，频率高，波长短。由图知 b 光的折射率大，波长短，A 错；真空中，光的传播速度相同，B 错；用同一双缝干涉实验装置做实验时，由 dLx知波长大的，条纹间距大，C 对；若保持入射点的位置不变，
8、将入射光线顺时针旋转，则 b 光线发生全反射，D 错。- 5 -【名师点睛】全反射（1）定义：光从光密介质射入光疏介质，当入射角增大到某一角度时，折射光线将消失，只剩下反射光线的现象（2）条件：光从光密介质射向光疏介质入射角大于等于临界角（3）临界角：折射角等于 90时的入射角若光从光密介质（折射率为 n）射向真空或空气时，发生全反射的临界角为 C，则 sin C 介质的折射率越大，发生全反射的临界角越1n小8如图所示，某玻璃三棱镜的顶角为 ，恰好为黄光的临界角。当白光通过三棱镜发生色散，在足够长的光屏 A 上形成彩色光带后，把白光的入射角 i 逐渐减小到零的过程中，在光屏上会观察到： （ ）
9、A光屏上最先消失的光一定是紫光 B光屏上彩色光带的最上面一定是紫色光C光屏上的彩色光带会向上平移 D最后光屏上最下面的光一定是黄光【答案】A【名师点睛】本题考查对光的全反射的理解能力，关键抓住全反射的条件：光从光密介质射入光疏介质，入射角大于临界角要知道七种色光折射率的大小，从而分析出临界角的大小。9如图所示，一段呈直线的光导纤维，当光线射入光导纤维的入射角为 i 时，这束光刚好能全部通过光导纤维从另一端面射出，则： （ ）A当入射角大于 i 时，光也能全部从另一端面射出- 6 -B当入射角小于 i 时，光也能全部从另一端面射出C光导纤维的折射率至少为 2sin1D光导纤维的折射率至少为 co
10、【答案】BC【解析】当光线射入光导纤维的入射角为 i 时，这束光刚好能全部通过光导纤维从另一端射出，当入射角小于 i 时，导致光从光纤射向空气时，入射角大于临界角，从而发生光的全反射现象，故 A 错误 B 正确；当光线射入光导纤维的入射角为 i 时，这束光刚好能全部通过光导纤维从另一端射出，依据光的折射定律，则有： snir，且 1Cn，并根据几何关系，则有： 2rC，解得： 2sin1，因此要发生光的全反射，则光纤维的折射率至少为 sin1，故 C 正确 D 错误；【名师点睛】解决光学问题的关键要掌握全反射的条件、折射定律 sinr、临界角公式sinC、光速公式 cvn，运用几何知识结合解决
11、这类问题10如图所示，两束平行的甲光和乙光，相距为 d，斜射到置于空气中的矩形玻璃砖上，若光线在玻璃砖内部重叠，当它们从玻璃砖的下表面射出时： （ ）A若甲为紫光，乙为红光，则两条出射光线间距离一定大于 dB若甲为紫光，乙为红光，则两条出射光线间距离可能小于 dC若甲为红光，乙为紫光，则两条出射光线间距离可能大于 dD若甲为红光，乙为紫光，则两条出射光线间距离一定小于 d【答案】AC- 7 -【名师点睛】本题根据折射定律和光路的可逆性理解平行玻璃砖的光学特性要知道：当光由空气斜射进入水中或其它透明介质中时，折射光线向法线偏折，折射角小于入射角；当光由水中或其它透明介质斜射进入空气中时，折射光线
12、远离法线偏折，折射角大于入射角11有一种称为手性材料的光介质，当激光从空气射入这种材料的时候，将会分离出两种光，一种是左旋圆偏振光，其折射率为 oLkn1；另一种是右旋圆偏振光，其折射率为oRkn1，其中 no为选定材料的折射率， k 为大于零的参数（ nL和 nR大于 1），则： （ ）A在这种介质中左旋光的速度大于右旋光的速度B入射角一定的情况下（大于零），左旋光的偏折程度比右旋光大C入射角一定的情况下（大于零）， k 越大，左旋光与右旋光分离的现象越明显D当左、右旋光从该材料射向空气时，左旋光的临界角小于右旋光的临界角【答案】AC【名师点睛】本题是信息给予题，要能读懂题意，根据已知的折射
13、率表达式，分析它们之间的关系，掌握光速、偏折程度等等与折射率的关系，是解决本题的关键。12某物理兴趣小组用实验探究光的色散规律，他们将半圆形玻璃砖放在竖直面内，在其左方竖直放置一个很大的光屏 P，让一复色光束 SA 射向玻璃砖的圆心 O 后，有 a 和 b 两束单色光射向光屏 P，如图所示。他们根据实验现象提出了以下四个猜想，你认为不正确的是： （ ）- 8 -A单色光 a 的波长小于单色光 b 的波长B在玻璃中单色光 a 的传播速度大于单色光 b 的传播速度C单色光 a 通过玻璃砖所需的时间大于单色光 b 通过玻璃砖所需的时间D在光束 SA 绕圆心 O 逆时针转动的过程中，在光屏 P 上最早
14、消失的是 a 光【答案】ACD【解析】由图知，a 光的偏折程度小于 b 光，所以 a 光的折射率小于 b 光的折射率，则 a 光的波长大于 b 光的波长，故 A 错误由 cvn知，b 光在玻璃砖中传播速度较小，时间较长故 B 正确 C 错误由 1sin知 a 光的临界角较大，b 光的临界角较小，则当光束 SA绕圆心 O 逆时针转动过程中，在光屏 P 上最早消失的是 b 光，D 错误。【名师点睛】解决本题的突破口在于通过光的偏折程度比较出光的折射率的大小，还要知道折射率与频率、波速的关系；偏折程度越大的光，折射率越大，频率越大，临界角越小，在介质中传播速度越小，这些结论要熟记.二、非选择题（本大
15、题共 4 小题，第 13、14 题每题 10 分；第 15、16 题每题 15 分；共 50分）13（10 分）“道威棱镜”广泛地应用在光学仪器当中如图将一等腰直角棱镜截去棱角， 使其平行于底面，可制成“道威棱镜”，这样就减小了棱镜的重量和杂散的内部反射如 图所示，从 M 点发出的一束平行于底边 CD 的单色光从 AC 边射入，已知棱镜玻璃的折射率 2n求光线进入“道威棱镜”时的折射角，并通过计算判断光线能否从 CD 边射出。【答案】没有光线从 CD 边射出- 9 -【名师点睛】根据折射定律算出光线进入“道威棱镜”时的折射角；由公式 1sinC计算出从棱镜射向空气的临界角，由几何关系得到折射光
16、线到达 CD 面的入射角，比较入射角与临界角 C 的大小。14（10 分）半径为 R 的玻璃半圆柱体，横截面如图所示，圆心为 O，两天平行光线沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直。光线 1 的入射点 A 为圆柱的顶点，光线 2 的入射点为B，A OB=60，已知玻璃对此光的折射率 n= 3。求两条光线经柱面和底面折射后的交点与O 点的距离 d。【答案】 3R【解析】光线 l 直接从 O 点透射，方向垂直于底面光线 2 入射角为 60，折射率 3n，根据折射定律 sinr，解得折射角为： 0r- 10 -【名师点睛】解决光学问题的关键要掌握全反射的条件、折射定律 sinr、临界角公式1sinC、光速公式 cvn，运用几何知识结合解决这类问题15（15 分）如图所示，矩形 ABCD 为长方体水池的截面，宽度 d=6m，高 h=（2 3+1） m水池里装有高度为 h2 3m、折射率为 n= 2的某种液体，在水池底部水平放置宽度d=5m 的平面镜，水池左壁高 b= m 处有一点光源 S，在其正上方放有一长度等于水池宽度的标尺 AB， S 上方有小挡板，使光源发出的光不能直接射到液面，不考虑光在液面上的反射光，求（1）在此截面上,标尺 AB 被折射出的光线照亮的长度；（2）在此截面上,能折射出光线的液面的长度（结果保留 2 位有效数字）。【答案】（1）2m（2）2.2m
