UePlus - 试卷云

专题34  光的传播

考点01 光的折射定律

1. （2024年高考广东卷） 如图所示，红绿两束单色光，同时从空气中沿同一路径以角从MN面射入某长方体透明均匀介质。折射光束在NP面发生全反射。反射光射向PQ面。若逐渐增大。两束光在NP面上的全反射现象会先后消失。已知在该介质中红光的折射率小于绿光的折射率。下列说法正确的是（　　）

A. 在PQ面上，红光比绿光更靠近P点

B. 逐渐增大时，红光的全反射现象先消失

C. 逐渐增大时，入射光可能MN面发生全反射

D. 逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐增大

【参考答案】B

【名师解析】由于红光的频率比绿光小，根据频率小折射率小，可知红光的折射率小于绿光。在MN面，入射光的入射角相同，根据折射定律，n=，可知绿光在MN面的折射角较小，根据几何关系可知，绿光比红光更靠近P点，A错误；根据发生全反射的临界角公式 sinC=1/n，可知红光发生全反射临界角较大。逐渐增大时，红光的全反射现象先消失，B正确；在MN面，光是从光疏介质到光密介质，无论入射角多大，在MN面，都不可能发生全反射，C错误；根据折射定律产生条件，n=，可知入射角逐渐减小时，两束光在MN面折射的折射角逐渐增小，D错误。

2. （2024年高考江苏卷）现有一光线以相同的入射角θ，打在不同浓度NaCl的两杯溶液中，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. 甲中光线的传播速度大

D. 甲临界角大

【答案】A

【解析】

入射角相同，由于，根据折射定律可知，故甲浓度大；根据，可知光线在甲中的传播速度较小，由可知折射率越大临界角越小，故甲临界角小。故选A

3. （2024年高考甘肃卷）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，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

【答案】ABC

【解析】

根据几何关系可知从材料内发生折射时光线的折射角为，故折射率为    

故A正确；

设临界角为C，得

故，故若，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，光线b和c不会垂直，故D错误。故选ABC。

4.（2024年高考全国理综甲卷）. 一玻璃柱的折射率，其横截面为四分之一圆，圆的半径为R，如图所示。截面所在平面内，一束与AB边平行的光线从圆弧入射。入射光线与AB边的距离由小变大，距离为h时，光线进入柱体后射到BC边恰好发生全反射。求此时h与R的比值。

【答案】

【解析】

如图，画出光路图

可知

设临界角为C，得

，

根据可得

解得

故可得

故可知

5. （2023高考江苏学业水平选择性考试）地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是（    ）

A.    B.   

C.    D.   

【参考答案】A

【名师解析】

根据折射定律  n_上sinθ_上 = n_下sinθ_下

由于地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，则n_下 > n_上，则θ_下逐渐减小，画出光路图如下

则从高到低θ_下逐渐减小，则光线应逐渐趋于竖直方向。能描述该现象的是图A。

6.（2023高考全国甲卷）（5分）等腰直角三角形△abc为一棱镜的横截面，ab=ac。一平行于bc边的细光束从ab边射入棱镜，在bc边反射后从ac边射出，出射光分成了不同颜色的两束。甲光的出射点在乙光的下方，如图所示。不考虑多次反射，下列说法正确的是        。

A. 甲光的波长比乙光的长

B. 甲光的频率比乙光的高

C. 在棱镜中的传播速度，甲光比乙光大

D. 该棱镜对甲光的折射率大于对乙光的折射率

E. 在棱镜内bc边反射时的入射角，甲光比乙光大

【参考答案】ACE

【命题意图】本题考查光的折射定律、光路图、光速与折射率关系、波长与频率关系及其相关知识点。

【解题思路】根据折射定律，画出甲乙两光的光路图，可知相同入射角情况下，乙光的折射角r较小，由折射定律n=sini/sinr可知，乙光的折射率较大，D错误；由n=c/v可知，在棱镜中的传播速度，甲光比乙光大，C正确；根据光的频率越大，折射率越大可知，甲光的频率比乙光低，B错误；根据光的频率与波长成反比可知，甲光的波长比乙光的长，A正确；根据画出的光路图可知，在棱镜内bc边反射时的入射角，甲光比乙光大，E正确。

【方法总结】正确画出光路图是正确解题的关键。

7. （2023高考湖南卷）一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，设激光光束与水面的夹角为α，如图所示。他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，下列说法正确的是（   ）

A. 水的折射率为

B. 水的折射率为

C. 当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°

D. 当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60°

【参考答案】BC

【名师解析】根据题述，当α＞41°时，即从水面下的入射角小于49°时，光线才能射出水面，水面全反射临界角为C=49°，由sinC=1/n可得n=1/sin49°，B正确A错误；当他以α=60°向水面发射激光时，入射角i=30°，由折射定律n=sinr/sini可得射出水面的折射角正弦值sinr=1/2sin49°，折射角大于30°，岸上救援人员接收到激光束的方向与水面小于60°，C正确D错误。

8. （2023高考湖北卷） 如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为，OP边上的点光源S到顶点O的距离为d，垂直于OP边的光线SN在OQ边的折射角为。不考虑多次反射，OQ边上有光射出部分的长度为（    ）

A. B.

C. D.

【参考答案】C

【名师解析】

设光纤在OQ界面的入射角为，折射角为，几何关系可知，则有折射定律

光纤射出OQ界面的临界为发生全反射，光路图如下，其中

光线在AB两点发生全反射，有全反射定律

即AB两处全反射的临界角为，AB之间有光线射出，由几何关系可知

，C正确。

9．（2022新高考海南卷）如图为一用透明材料做成的中心是空的球，其中空心部分半径与球的半径之比为1׃3..。当细光束以30°的入射角射入球中。其折射光线刚好与内壁相切，则该透明材料的折射率为

A.     B .  1.5     C.      D. 2

【参考答案】B

【名师解析】由图中几何关系可知，折射角的正弦值sinr=1/3，由折射定律可得该透明材料的折射率为n=sin30°/ sinr=1.5，选项B正确。

10. （2022高考湖北物理）如图所示，水族馆训练员在训练海豚时，将一发光小球高举在水面上方的A位置，海豚的眼睛在B位置，A位置和B位置的水平距离为d，A位置离水面的高度为d。训练员将小球向左水平抛出，入水点在B位置的正上方，入水前瞬间速度方向与水面夹角为θ。小球在A位置发出的一束光线经水面折射后到达B位置，折射光线与水平方向的夹角也为θ。

已知水的折射率，求:

（1）tanθ的值；

（2）B位置到水面的距离H。

【参考答案】（1）；（2）

【命题意图】本题平抛运动规律、折射定律。

【解题思路】（1）由平抛运动规律，小球入水前瞬间竖直方向速度v_y==，，d=v_xt，联立解得：v_x=，tanθ==4/3。

（2）因可知，从A点射到水面的光线的入射角为α，折射角为，则由折射定律可知

解得

由几何关系可知

解得

11.（2022·全国理综乙卷·34）（2）. 一细束单色光在三棱镜的侧面上以大角度由D点入射（入射面在棱镜的横截面内），入射角为i，经折射后射至边的E点，如图所示，逐渐减小i，E点向B点移动，当时，恰好没有光线从边射出棱镜，且。求棱镜的折射率。

【参考答案】1.5

【名师解析】

因为当时，恰好没有光线从AB边射出，可知光线在E点发生全反射，设临界角为C，则

由几何关系可知，光线在D点的折射角为

则

联立可得

n=1.5

12. （2022年1月浙江选考）如图所示，用激光笔照射半圆形玻璃砖圆心O点，发现有a、b、c、d四条细光束，其中d是光经折射和反射形成的。当入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度时，b、c、d也会随之转动，则（　　）

A. 光束b顺时针旋转角度小于

B. 光束c逆时针旋转角度小于

C. 光束d顺时针旋转角度大于

D. 光速b、c之间的夹角减小了

【参考答案】B

【名师解析】设入射光线a的入射角为，则反射角为，光束c的折射角为，光束d的反射角也为，入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度时，入射角变为。由反射定律可知反射角等于入射角，则光束b顺时针旋转角度等于，故A错误；由折射定律有，，

可得，即光束c逆时针旋转角度小于，故B正确；光束d的反射角变化与光束c的折射角变化相等，则光束d顺时针旋转角度小于，故C错误；光束b顺时针旋转角度等于，光束c逆时针旋转角度小于，则光速b、c之间的夹角减小的角度小于，故D错误。

考点02 光的全反射

1. （2024年高考海南卷） 一正三角形OPQ玻璃砖，某束光线垂直OP射入，恰好在PQ界面发生全反射，则玻璃砖的折射率（　　）

A. B. C. D. 2

【答案】C

【解析】

如图所示

根据几何关系可知光线在PQ界面的入射角为    

根据全反射的临界条件可得

解得

故选C。

2.．（2023年6月高考浙江选考科目）在水池底部水平放置三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体，直角边的长度为0.9m，水的折射率，细灯带到水面的距离，则有光射出的水面形状（用阴影表示）为（    ）

A．        B．         C．        D．

【参考答案】D

【名师解析】灯带发出的光从水面射出的时发生全反射临界角的正弦值

则

灯带上的一个点发出的光的发生全反射的临界角如图所示

根据几何关系可得

则一个点发出的光在水面上能看到的的圆，光射出的水面形状边缘为弧形，AB错误。在等腰直角三角形发光体中，斜边上的高为0.45m=0.64m，大于斜边上高的两个端点发出的光在上面上内看到的光面宽度2r=0.6m，所以光带射出水面的光面中间有无法射出光线的等腰三角形区域，所以则有光射出的水面形状为图D，C错误D正确。

3. （2023高考福建卷）如图，一教师用侧面开孔透明塑料瓶和绿光激光器演示“液流导光”实验。瓶内装有适量清水．水从小孔中流出后形成了弯曲的液流。让激光水平射向小孔，使光束与液流保持在同一竖直平面内，观察到光束沿着弯曲的液流传播。下列操作中，有助于光束更好地沿液流传播的是（　　）

A. 减弱激光强度

B. 提升瓶内液面高度

C. 改用折射率更小液体

D. 增大激光器与小孔之间的水平距离

【参考答案】B

【名师解析】若想使激光束完全被限制在液流内，则应使激光在液体内发生全反射现象，根据全反射临界角，可知应该增大液体的折射率或则增大激光束的入射角。

减弱激光的强度，激光的临界角，折射率均不会改变，故A错误；提升瓶内液面的高度，会造成开口处压强增大，水流的速度增大，水流的更远，进而增大了激光束的入射角，则会有大部分光在界面处发生全反射，有助于光速更好的沿液流传播，故B正确；若改用折射率更小的液体，临界角变大，更不容易发生全反射，故C错误；增大激光器与小孔之间的水平距离不能改变液体的折射率或激光束的入射角，现象不会改变，故D错误。

4. （2023高考河北卷）制造某型芯片所使用的银灰色硅片覆上一层厚度均匀的无色透明薄膜后，在自然光照射下硅片呈现深紫色。关于此现象，下列说法正确的是（　　）

A. 上述现象与彩虹的形成原理相同

B. 光在薄膜的下表面发生了全反射

C. 薄膜上下表面的反射光发生了干涉

D. 薄膜厚度发生变化，硅片总呈现深紫色

【参考答案】C

【名师解析】．上述现象是由于光的干涉造成的，彩虹的形成原理主要为光的折射，上述现象与彩虹的形成原理不相同，故A错误；硅片呈现深紫色的原因是薄膜的厚度正好使紫光在薄膜上下表面的反射光发生干涉，振动加强，故B错误，C正确；根据光的干涉中相互加强的条件，可知当薄膜的厚度发生变化时，满足加强条件的波长也会发生改变，导致硅片呈现不同的颜色，故D错误。

5. （2022高考辽宁物理）完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮。2021年12月，在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球。如图所示，若气泡与水球同心，在过球心O的平面内，用单色平行光照射这一水球。下列说法正确的是（   ）

A. 此单色光从空气进入水球，频率一定变大

B. 此单色光从空气进入水球，频率一定变小

C. 若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射

D. 若光线2在N处发生全反射，光线1在M处一定发生全反射

【参考答案】C

【命题意图】本题考查光的折射、全反射及其相关知识点.

【名师解析】

由于光的频率是由光源决定的，与介质无关，所以此单色光从空气进入水球，频率不变，选项AB错误；

由光路图可看出光线1入射到水球的入射角小于光线2入射到水球的入射角，则光线1在水球外表面折射后的折射角小于光线2在水球外表面折射后的折射角，设水球半径为R、气泡半径为r、光线经过水球后的折射角为α、光线进入气泡的入射角为θ，根据几何关系，由正弦定理可得

由此可知光线2的θ大于光线1的θ，故若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射，C正确、D错误。

6. （2022山东物理）柱状光学器件横截面如图所示，右侧是以O为圆心、半径为R的圆，左则是直角梯形，长为R，与夹角，中点为B。a、b两种频率的细激光束，垂直面入射，器件介质对a，b光的折射率分别为1.42、1.40。保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，能在面全反射后，从面射出的光是（不考虑三次反射以后的光）（       ）

A. 仅有a光 B. 仅有b光

C. a、b光都可以 D. a、b光都不可以

【参考答案】A

【命题意图】本题考查光的折射定律、反射定律及其相关知识点。

【名师解析】

当两种频率的细激光束从A点垂直于AB面入射时，激光沿直线传播到O点，经第一次反射沿半径方向直线传播出去。

保持光的入射方向不变，入射点从A向B移动过程中，如下图可知，激光沿直线传播到CO面经反射向PM面传播，根据图像可知，入射点从A向B移动过程中，光线传播到PM面的入射角逐渐增大。

当入射点为B点时，根据光的反射定律及几何关系可知，光线传播到PM面的P点，此时光线在PM面上的入射角最大，设为，由几何关系得

根据全反射临界角公式得，，

两种频率的细激光束的全反射的临界角关系为

故在入射光从A向B移动过程中，a光能在PM面全反射后，从OM面射出；b光不能在PM面发生全反射，故仅有a光。选项A正确，BCD错误。

7．（2022年6月浙江选考）如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是 

A．气泡表面有折射没有全反射  

B．光射入气泡衍射形成“亮斑”

C．气泡表面有折射和全反射  

D．光射入气泡干涉形成“亮斑”

【参考答案】C

【命题意图】本题考查光的折射和全反射。

【解题思路】气泡看起来很明亮，其主要原因是气泡表面有折射和全反射，C正确。

8.（2022·全国理综甲卷·34（2））（10分）如图，边长为a的正方形为一棱镜的横截面，M为AB边的中点。在截面所在平面内，一光线自M点射入棱镜，入射角为60°，经折射后在边的N点恰好发生全反射，反射光线从边的P点射出棱镜。求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离。

【参考答案】     a

【命题意图】本题考查折射定律、全反射。

【解题思路】由折射定律，n=sin60°/sinr，sinC=1/n，r+C=90°，

联立解得n=，sinr=，sinC=

设BN=b，PC=c，则有sinr=，

sinC=，

联立解得c=a。

9 （2022年高考广东物理）（6分）一个水平放置的圆柱形罐体内装了一半的透明液体，液体上方是空气，其截面如图16所示。一激光器从罐体底部P点沿着罐体的内壁向上移动，它所发出的光束始终指向圆心O点。当光束与竖直方向成角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束。已知光在空气中的传播速度为c，求液体的折射率n和激光在液体中的传播速度v。

【命题意图】本题考查折射定律、光速。

【解题思路】当光束与竖直方向成45°角时，恰好观察不到从液体表面射向空气的折射光束，说明发生了全反射，由sin45°=1/n，

解得n=

由n=c/v，解得v=c/2.