热点42 折射定律、全反射 --高考物理50热点冲刺精练（名师解析）

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2024高考物理50热点冲刺训练
热点42 折射定律、全反射
1 ．(2024安徽”江南十校”3月联考)一透明体的横截面如图所示，周围是空气，O点为圆弧AC的圆心，，，Q为圆弧AC上的点且，现有一平行AB方向的单色光沿PQ射入透明体后，经BC边反射从O点垂直于AB第一次射出透明体。已知光在真空中的传播速度为c。下列说法正确的是（ ）
A．光线从空气射入透明体，光的波长变长，频率不变
B．若改用频率更高的单色光沿PQ入射，光线可能从BC边第一次射出
C．透明体的折射率
D．光线从Q点传播到O点的时间
【参考答案】D
【名师解析】光从一种介质射入另一种介质，频率不变，由
可得，光从空气射入透明砖块，v变小，由
可得波长变短，故A错误；
频率越高的单色光的折射率越大，临界角越小，入射角不变，该单色光在Q点的折射角变小，根据几何关系可知，该单色光在BC界面的入射角变大，该单色光在BC界面将发生全反射，故一定不会从BC界面射出，故B错误；
根据题意作出光的折射图像
由题意可知光线在BC界面发生全反射，根据几何关系可解得，
根据折射率公式有
带入数据解得，透明体的折射率，故C错误；
根据几何关系可解得
光在介质中传播的速度
则，D正确。
2. （2024山东滨州期末）日晕是一种大气光学现象。当光线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，形成围绕太阳的彩色光环，如图甲所示。图乙为一束太阳光射到一冰晶时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光。下列说法正确的是（　　）
A. 在冰晶中，b光的折射率大
B. 在冰晶中，a光的传播速度比b光小
C. 相同条件下，b光的衍射现象更明显
D. 相同条件下，a光的双缝干涉条纹间距小
【参考答案】A
【名师解析】
由图看出，太阳光射入六角形冰晶时，b光的折射角小于a光的折射角，即
根据折射率公式
可知 ，故A正确；
因为
所以
故B错误；
b光的折射率大于a光的折射率，故b光的频率大于a光的频率，即
根据
可知
故a光的衍射现象更明显，故C错误；
根据
可知，通过同一装置发生双缝干涉，b光的相邻亮条纹间距较小，故D错误；
。
3. （2024江苏苏州期末）如图所示，一束光沿AO从空气射入介质中，以O点为圆心画一个圆，与折射光线的交点为B，过B点向两介质的交界面作垂线，交点为N，BN与AO的延长线的交点为M。以O点为圆心，OM为半径画另一圆。则以下线段长度之比等于水的折射率的是（　　）
A. B. C. D.
【参考答案】C
【名师解析】
令法线与入射光线之间的夹角，即入射角为，法线与折射光线之间的夹角，即折射角为，根据几何关系有
，
根据折射率的表达式有
解得
故选C。
4. （2024黑龙江六校联盟2月联考）有a、b两束单色光从空气中平行照射在平行玻璃砖上，它们经玻璃折射后射入空气的光线如图示，则有关a、b光的说法正确的是（ ）
A. 在玻璃中传播时a光的速度较大
B. 在同一双缝干涉实验装置发生干涉时a光的干涉条纹间距较大
C. 从同一介质射向空气时a光发生全反射的临界角较小
D. a光和b光频率相同
【参考答案】C
【名师解析】
根据光路图知，a光的偏折程度大于b光的偏折程度，则a光的折射率大于b光的折射率，a光的频率大于b光的频率，根据
可知在玻璃中传播时a光的速度较小，故AD错误；
在同一双缝干涉实验装置发生干涉时，根据
由于a光的频率大于b光的频率，a光的波长小于b光的波长，则a光的干涉条纹间距较小，故B错误；
根据全反射临界角公式
可知从同一介质射向空气时a光发生全反射的临界角较小，故C正确。
。
5. （2024山东德州期末）如图所示，用一束太阳光去照射横截面为三角形的玻璃砖，在光屏上能观察到一条彩色光带。下列说法正确的是（　　）
A. 玻璃对b光的折射率大
B. c光子比b光子的能量大
C. 此现象是因为光在玻璃砖中发生全反射形成的
D. 减小a光的入射角度，各种色光会在光屏上依次消失，最先消失的是b光
【参考答案】B
【名师解析】
由光路可知，c光的偏折程度较大，可知玻璃对c光的折射率大，则c光的频率较大，根据可知，c光子比b光子的能量大，选项A错误，B正确；
此现象是因为光在玻璃砖中发生折射形成的，选项C错误；
因
可知，c光的临界角较小，若减小a光的入射角度，各种色光在右侧面的入射角变大，c光的入射角最先达到临界角发生全反射，则最先消失的是c光，选项D错误。
。
6. （2024湖南顶级名校联考）如图，光导纤维由内芯和外套两部分组成，内芯折射率比外套的大，光在光导纤维中传播时，光在内芯和外套的界面上发生全反射。假设外套为空气，一束红光由光导纤维的一端射入内芯，红光在内芯与空气的界面上恰好发生全反射，经时间从另一端射出；另让一束绿光也从光导纤维的一端射入，绿光在内芯与空气的界面上也恰好发生全反射，经时间从另一端射出。则内芯对红光的折射率与对绿光的折射率之比为（ ）
A. B. C. D.
【参考答案】.C
【名师解析】设光导纤维长为l，对红光而言，红光通过光导纤维路程，红光的速度为，因此所用时间，整理得。同理绿光通过光导纤维所用时间，因此故选C。
7. (2024年3月福建泉州质检)单反相机取景器的核心光学部件是一个五棱镜，如图所示，棱镜的部分角度已在图中标出。一细束光垂直AB面射入棱镜，在CD面发生全反射，然后射到DE面和EA面，最终垂直BC面射出，则棱镜对这束光的折射率（ ）
A. 一定等于 B. 可能小于
C. 可能大于2 D. 一定等于2
【参考答案】C
【名师解析】根据几何关系可知，光在DC面的入射角
由于光在CD面发生全反射，则临界角：
根据折射率与临界角的关系式有：
解得：，即棱镜对这束光的折射率可能大于2，C正确。
8. （2024江苏扬州期末）如图所示，一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光，a光照射某金属可发生光电效应，下列说法正确的是（　　）
A. a光的折射率较大
B. a光的频率较大
C. a光在光导纤维中的速度较大
D. 用b光照射该金属不能发生光电效应
【参考答案】C
【名师解析】入射角相同，但a光的折射角大于b光的折射角，根据折射定律
式中为入射角，为折射角，可知，折射角越小折射率越大，因此a光的折射率小于b光的折射率，故A错误；光的频率越大则其折射率越大，根据以上分析可知，a光的折射率小于b光的折射率，则a光的频率小于b光的频率，故B错误；．根据
可知，a光折射率小于b光的折射率，则a光在光导纤维中的速度较大，故C正确；
b光的频率大于a光的频率，根据爱因斯坦的光电效应方程
可知，a光照射某金属可发生光电效应，则用b光照射该金属一定能发生光电效应，故D错误
9. （2024山东德州期末） 某物理学习兴趣小组成员小张找到了一个LED灯和一段光导纤维进行研究。查阅资料发现，LED灯是一块用环氧树脂密封的发光半导体材料。光导纤维由内芯和外套两层组成，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。
（1）有一LED灯结构如图甲所示，发光区域为直径（MN之间）的圆盘（厚度不计），发光面上覆盖折射率的半球形环氧树脂，发光圆盘的圆心与球心重合。要使发光区域发出的所有光线在球面上都不发生全反射，求环氧树脂半径R满足的条件；
（2）一段长直光导纤维由内芯和外套组成，其剖面如图乙，其中内芯的折射率，外套的折射率。已知光从折射率为的介质射入折射率为的介质时，入射角与折射角间满足关系。试通过计算说明从该光导纤维一端入射的光信号是否会通过外套“泄漏”出去。
【参考答案】（1）；（2）不会
【名师解析】
（1）如图所示﹐从半圆弧上任取一点P，
从M、N两端发出的光入射角最大，取N点光线，连接OP，NP，则入射角为，
在中
即
，
当时取最大值，
由题意
解得
（2）如图所示，作出光路图。
由
得
解得
由折射定律得
由几何关系得
越大，越大，越小，
当时
，
说明光信号不会通过外套“泄漏”出去。
10．（2024广东百日冲刺联合检测）光导纤维由纤芯和包层两部分组成，为了在纤芯与包层的分界面发生全反射，光导纤维中纤芯材料的折射率应大于包层材料的折射率。如图所示，一条长直光导纤维的长度，在纤芯与包层的分界面发生全反射的临界角。现一束细光从右端面中点以的入射角射入，光在纤芯与包层的界面恰好发生全反射。，，光在空气中的传播速度取）求：
（1）纤芯的折射率；
（2）若从右端射入的光能够传送到左端，求光在光导纤维内传输的最长时间和最短时间。
【参考答案】（1）；（2），
【名师解析】（1）为使射入的光在内芯与包层的界面恰好发生全反射，则有
又
可得
解得
（2）光在内芯的传播速度为
当光射到芯层与包层分界面的入射角等于临界角时，光在光导纤维内传输的时间最长，此时光传播的路程为
则最长时间
当光射向左端面的入射角为时，光在光导纤维内传输的时间最短，则有
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