2026届高三物理一轮复习-同步分层精练（五十六） 光的折射 全反射（有解析）

同步分层精练（五十六） 光的折射 全反射
1.(2024·浙江6月选考)如图为水流导光实验,出水口受激光照射,下面桶中的水被照亮,则 (　 )
A.激光在水和空气中速度相同
B.激光在水流中有全反射现象
C.水在空中做匀速率曲线运动
D.水在水平方向做匀加速运动
2.(多选)如图,水面下方有一固定的线状单色光源S,光源倾斜放置,和竖直方向夹角满足30°<θ<60°,水对该光的折射率为1.33。光源发出的光到达水面后有一部分可以直接透射出去,从水面上方看,该区域的形状可能为 (　 )
3.(2024·江苏高考)现有一光线以相同的入射角θ,打在不同浓度的两杯NaCl溶液中,折射光线如图所示(β1<β2),已知折射率随浓度增大而变大。则 (　 )
A.甲折射率大 B.甲浓度小
C.甲速度大 D.甲临界角大
4.(2024·茂名模拟)如图甲所示,海平面下方的核潜艇在某次训练中,其顶部光源S发出两束同种颜色的光,光路图如图乙所示。一束光经过海平面的a点发生折射,折射光线为ab,另一束光经过海平面的c点恰好发生全反射,b点在c点的正上方,海平面的d点在光源S的正上方,已知∠bac=37°,sin ∠Sce=,光源S与d点间的距离为H,sin 37°=0.6,光在真空中的传播速度为c,则此种颜色光从S到a点的传播时间为 (　 )
A. B.
C. D.
5.(2025·山西太原检测)高压汞灯UV光刻机的紫外光源,它可以产生365 nm、404 nm、436 nm、546 nm和579 nm五条尖锐的光谱线,但这些光中只有h光线(404 nm)是光刻机所需要的。高压汞灯辐射的光通过图中的三棱镜分离后形成a、b、c、d、e五束光,其中适合UV光刻机的是 (　 )
A.a B.b
C.d D.e
6.(2024·甘肃高考)(多选)如图为一半圆柱形均匀透明材料的横截面,一束红光a从空气沿半径方向入射到圆心O,当θ=30°时,反射光b和折射光c刚好垂直。下列说法正确的是 (　 )
A.该材料对红光的折射率为
B.若θ=45°,光线c消失
C.若入射光a变为白光,光线b为白光
D.若入射光a变为紫光,光线b和c仍然垂直
7.(2024年1月·九省联考河南卷)(多选)如图,将一平面镜置于某透明液体中,光线以入射角i=45°进入液体,经平面镜反射后恰好不能从液面射出。此时,平面镜与水平面(液面)夹角为α,光线在平面镜上的入射角为β。已知该液体的折射率为,下列说法正确的是 (　 )
A.β=30°
B.β=37.5°
C.若略微增大α,则光线可以从液面射出
D.若略微减小i,则光线可以从液面射出
8.为了能在紧急情况下从内部观察外面的目标,某地下室墙壁上开有一长方形对外观察孔,设墙壁厚度为d,孔的宽度为d,孔内嵌入某种型号的玻璃砖,俯视图如图甲所示。(已知≈3.6)
(1)若地下室的人通过移动位置刚好能观察到外界180°范围内的景物,则嵌入的玻璃砖折射率最小为多大
(2)现保持墙壁厚度不变,且用与第(1)问中相同折射率的玻璃材料,设计嵌入玻璃的俯视图如图乙所示,玻璃平面部分MN正好和墙壁内表面平齐,球冠的边缘恰好和墙壁外表面平齐,EF是半径为R的一段圆弧,圆弧的圆心为O,∠EOF=60°,如果通过改变墙壁观察孔的左右宽度,使地下室的人通过移动位置刚好也能观察到外界180°范围内的景物,则此时墙壁观察孔左右宽度至少为多大
9.(2024·山东高考)某光学组件横截面如图所示,半圆形玻璃砖圆心为O点,半径为R;直角三棱镜FG边的延长线过O点,EG边平行于AB边且长度等于R,∠FEG=30°。横截面所在平面内,单色光线以θ角入射到EF边发生折射,折射光线垂直EG边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为1.5。
(1)求sin θ;
(2)以θ角入射的单色光线,若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射,求光线在EF上入射点D(图中未标出)到E点距离的范围。
同步分层精练（五十六） 光的折射 全反射
1.(2024·浙江6月选考)如图为水流导光实验,出水口受激光照射,下面桶中的水被照亮,则 (　 )
A.激光在水和空气中速度相同
B.激光在水流中有全反射现象
C.水在空中做匀速率曲线运动
D.水在水平方向做匀加速运动
解析:选B　光在介质中的速度为v=,故激光在水中的传播速度小于在空气中的传播速度,故A错误;水流导光的原理为光在水中射到水与空气分界面时入射角大于等于临界角,发生了全反射,故B正确;水在空中只受到重力作用,做匀变速曲线运动,速率在增大,水在水平方向做匀速直线运动,故C、D错误。
2.(多选)如图,水面下方有一固定的线状单色光源S,光源倾斜放置,和竖直方向夹角满足30°<θ<60°,水对该光的折射率为1.33。光源发出的光到达水面后有一部分可以直接透射出去,从水面上方看,该区域的形状可能为 (　 )
解析:选AC　根据sin C=,解得C≈48°,如图所示,点光源对应的透射区域为以OM为半径,O为圆心的圆形区域,其中临界角C约为48°;当θ=C时上下端点的透射区对应的大小圆恰好内切;当θ>C时大小圆相交,反之大圆包含小圆。故A、C正确。
3.(2024·江苏高考)现有一光线以相同的入射角θ,打在不同浓度的两杯NaCl溶液中,折射光线如图所示(β1<β2),已知折射率随浓度增大而变大。则 (　 )
A.甲折射率大 B.甲浓度小
C.甲速度大 D.甲临界角大
解析:选A　光线的入射角θ相同,由于β1<β2,根据折射定律可知n甲>n乙,故甲浓度大;根据v=,可知光线在甲中的传播速度较小,由sin C=可知,折射率越大,临界角越小,故甲临界角小。故选A。
4.(2024·茂名模拟)如图甲所示,海平面下方的核潜艇在某次训练中,其顶部光源S发出两束同种颜色的光,光路图如图乙所示。一束光经过海平面的a点发生折射,折射光线为ab,另一束光经过海平面的c点恰好发生全反射,b点在c点的正上方,海平面的d点在光源S的正上方,已知∠bac=37°,sin ∠Sce=,光源S与d点间的距离为H,sin 37°=0.6,光在真空中的传播速度为c,则此种颜色光从S到a点的传播时间为 (　 )
A. B.
C. D.
解析:选B　光线在c点发生全反射,如图所示,有sin ∠Sce==,解得n=,光线在a点发生折射,有=n,解得sin θ=,由数学知识可得Sa==,光在海水中的传播速度为v==,所以此种颜色光从S到a点的传播时间为t==,故B正确。
5.(2025·山西太原检测)高压汞灯UV光刻机的紫外光源,它可以产生365 nm、404 nm、436 nm、546 nm和579 nm五条尖锐的光谱线,但这些光中只有h光线(404 nm)是光刻机所需要的。高压汞灯辐射的光通过图中的三棱镜分离后形成a、b、c、d、e五束光,其中适合UV光刻机的是 (　 )
A.a B.b
C.d D.e
解析:选C　根据折射率的定义式有n=,由题图可知,五束光在空气中的入射角相等,a、b、c、d、e五束光在介质中的折射角依次减小,可知naλb>λc>λd>λe,由于只有h光线(404 nm)是光刻机所需要的,根据题中给出的五条尖锐的光谱线的波长大小关系,可知,只有d光束适合UV光刻机。故选C。
6.(2024·甘肃高考)(多选)如图为一半圆柱形均匀透明材料的横截面,一束红光a从空气沿半径方向入射到圆心O,当θ=30°时,反射光b和折射光c刚好垂直。下列说法正确的是 (　 )
A.该材料对红光的折射率为
B.若θ=45°,光线c消失
C.若入射光a变为白光,光线b为白光
D.若入射光a变为紫光,光线b和c仍然垂直
解析:选ABC　根据几何关系可知,红光在材料内发生折射时光线的折射角为60°,故折射率为n==,故A正确;设临界角为C,则sin C==<,故C<45°,若θ=45°,入射角大于临界角,会发生全反射,光线c消失,故B正确;由于光线b为反射光线,反射角等于入射角,故当入射光a变为白光,光线b也为白光,故C正确;对同种介质,紫光的折射率比红光大,故若入射光a变为紫光,折射角将变大,反射角不变,光线b和c不会垂直,故D错误。
7.(2024年1月·九省联考河南卷)(多选)如图,将一平面镜置于某透明液体中,光线以入射角i=45°进入液体,经平面镜反射后恰好不能从液面射出。此时,平面镜与水平面(液面)夹角为α,光线在平面镜上的入射角为β。已知该液体的折射率为,下列说法正确的是 (　 )
A.β=30°
B.β=37.5°
C.若略微增大α,则光线可以从液面射出
D.若略微减小i,则光线可以从液面射出
解析:选BD　根据=n,解得光线在射入液面时的折射角为r=30°,光线经平面镜反射后,恰好不能从液面射出,光路图如图所示,
有sin C=,解得C=45°,由几何关系可得2β++=180°,解得β=37.5°,故A错误,B正确;若略微增大α,则光线在平面镜上的入射角β将变大,根据上面分析的各角度关系可知光线射出液面的入射角变大,将大于临界角,所以不可以从液面射出,故C错误;同理,若略微减小i,则r减小,导致光线在平面镜上的入射角β减小,可知光线射出液面的入射角变小,将小于临界角,可以从液面射出,故D正确。故选B、D。
8.为了能在紧急情况下从内部观察外面的目标,某地下室墙壁上开有一长方形对外观察孔,设墙壁厚度为d,孔的宽度为d,孔内嵌入某种型号的玻璃砖,俯视图如图甲所示。(已知≈3.6)
(1)若地下室的人通过移动位置刚好能观察到外界180°范围内的景物,则嵌入的玻璃砖折射率最小为多大
(2)现保持墙壁厚度不变,且用与第(1)问中相同折射率的玻璃材料,设计嵌入玻璃的俯视图如图乙所示,玻璃平面部分MN正好和墙壁内表面平齐,球冠的边缘恰好和墙壁外表面平齐,EF是半径为R的一段圆弧,圆弧的圆心为O,∠EOF=60°,如果通过改变墙壁观察孔的左右宽度,使地下室的人通过移动位置刚好也能观察到外界180°范围内的景物,则此时墙壁观察孔左右宽度至少为多大
解析:(1)
根据题意,画出光路图如图1所示
在B点,根据折射定律有n=
根据几何关系有tan θ==,解得n=2。
(2)根据题意,画出光路图如图2所示
在F点,根据折射定律有n=,其中β=60°,则sin α=,又tan(α+30°)=,解得R≈2.5d
即此时墙壁观察孔左右宽度至少为2.5d。
答案:(1)2　(2)2.5d
9.(2024·山东高考)某光学组件横截面如图所示,半圆形玻璃砖圆心为O点,半径为R;直角三棱镜FG边的延长线过O点,EG边平行于AB边且长度等于R,∠FEG=30°。横截面所在平面内,单色光线以θ角入射到EF边发生折射,折射光线垂直EG边射出。已知玻璃砖和三棱镜对该单色光的折射率均为1.5。
(1)求sin θ;
(2)以θ角入射的单色光线,若第一次到达半圆弧AMB可以发生全反射,求光线在EF上入射点D(图中未标出)到E点距离的范围。
解析:(1)由题意设光在三棱镜中的折射角为α,则根据折射定律有n=
由于折射光线垂直EG边射出,根据几何关系可知α=30°
代入数据解得sin θ=0.75。
(2)根据题意作出单色光第一次到达半圆弧AMB恰好发生全反射的光路图如图
则根据几何关系可知,FE上从P点到E点以θ角入射的单色光线第一次到达半圆弧AMB都可以发生全反射,根据全反射临界角公式有sin C=
设P点到FG的距离为l,则根据几何关系有
l=Rsin C,又因为xPE=
联立解得xPE=R
所以光线在EF上的入射点D到E点的距离范围为。
答案:(1)0.75　(2)
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