2022届高考物理一轮复习光学专题几何光学---全反射能力提升（1）

这是一份2022届高考物理一轮复习光学专题几何光学---全反射能力提升（1），共19页。试卷主要包含了单选题，共10小题，多选题，共3小题，填空题，共4小题，解答题，共4小题等内容，欢迎下载使用。


一、单选题，共10小题
1．如图是同一单色光从介质a射向介质b时的光路图，由此可知（ ）
A．a是光密介质，b是光疏介质
B．增大入射角，光在界面可能发生全反射
C．光在介质a中的频率大于在介质b中的频率
D．光在介质a中的传播速度大于在介质b中的传播速度
2．如图所示，是四个光学实验现象，下列叙述错误的是（ ）
A．甲图光导纤维内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射
B．乙图研究光的干涉现象时，减小双缝间的距离，干涉条纹间的距离减小
C．丙图一束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为a、b两种单色光，a光的光子能量小于b光的光子能量
D．丁图光电效应实验中，使验电器指针发生偏转的是正电荷
3．用激光笔照射光具盘上的半圆形玻璃砖，观察到的现象如图所示。以下说法正确的是（ ）
A．光线a是入射光线
B．玻璃砖的折射率
C．顺时针转动玻璃砖时，光线b也顺时针方向转
D．逆时针转动玻璃砖时，光线a逐渐减弱最后消失
4．关于全反射，下列说法中正确的是（ ）
A．发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线
B．光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象
C．光从光疏介质射向光密介质时，也可能发生全反射现象
D．水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生全反射
5．如图所示，两束相同的平行单色光、照射到一块矩形玻璃砖的上表面，发生折射后分别射到和界面上，玻璃砖对单色光的折射率为，则（ ）
A．若时，折射光能发生全反射B．若时，折射光能发生全反射
C．若时，折射光能发生全反射D．若时，折射光能发生全反射
6．为了研究某种透明新材料的光学性质，将其压制成半圆柱形，如图甲所示。一束激光由真空沿半圆柱体的径向与其底面过O的法线成θ角射入。CD为光学传感器，可以探测光的强度。从AB面反射回来的光强随入射角θ变化的情况如图乙所示，则下列说法正确的是（ ）
A．该新材料的折射率n＜1
B．该新材料的折射率
C．图甲中若减小入射角θ，则反射光线和折射光线之间的夹角将变大
D．图甲中若减小入射角θ到0°，则光线将全部从AB界面透射出去
7．如图所示，夏天，在平静无风的海面上，向远方望去，有时能看到山峰船舶、楼台、亭阁、集市等出现在远方的空中。沙漠里有时也会看到远处的水源、仙人掌近在咫尺，可望而不可即，这就是“蜃景”。下列有关蜃景的说法错误的是（ ）
A．海面上，上层空气的折射率比下层空气的折射率要小
B．沙面上，上层空气的折射率比下层空气的折射率要小
C．A是蜃景，B是景物
D．C是蜃景，D是景物
8．如图甲为一种检测油深度的油量计，油量计竖直固定在油桶内，当入射光竖直向下照射时，通过观察油桶上方的矩形窗口亮暗两个区域可确定油量。图乙是油量计结构图，它是一块锯齿形的透明塑料，锯齿形的底部是一个等腰直角三角形，最右边的锯齿刚接触到油桶的底部。已知透明塑料的折射率小于油的折射率，则下列说法正确的是（ ）
A．透明塑料的折射率应小于
B．塑料锯齿和油的界面处发生全反射形成暗区
C．油量增加时，亮区范围变大
D．若入射光由红光换为绿光时，亮区范围不变
9．如图所示，一束可见光以入射角从玻璃砖射向空气，经折射后分为a、b两束单色光。a、b两束光相比，下列说法正确的是（ ）
A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率
B．在玻璃中，a光的速度较大b光的速度
C．增大入射角，b光首先发生全反射
D．增大入射角，a光首先发生全反射
10．如图是同一单色光从介质a射向介质b时的光路图，由此可知（ ）
A．a是光密介质，b是光疏介质
B．增大入射角，光在界面可能发生全反射
C．光在介质a中的频率大于在介质b中的频率
D．光在介质a中的传播速度大于在介质b中的传播速度
二、多选题，共3小题
11．下列说法正确的是（ ）
A．光导纤维的内芯是光密介质，外套是光疏介质
B．太阳光下的油膜呈彩色，这是太阳光经薄膜干涉产生的
C．电视机遥控器发出的红外线的波长比消毒用的紫外线的波长短
D．若红光与紫光以相同的入射角从水面射向空中，则在不断增大入射角的过程中，水面上紫光比红光先消失
E.分别用红光，紫光在同一装置上做双缝干涉实验，红光的相邻两个亮条纹的中心间距小于紫光的相邻两个亮条纹的中心间距
12．下列说法正确的是（ ）
A．只有横波才能产生干涉、衍射现象
B．均匀变化的磁场产生均匀变化的电场向外传播就形成了电磁波
C．泊松亮斑支持了光的波动说，牛顿环是光的干涉产生的
D．由红光和绿光组成的一细光束从水中射向空气，在不断增大入射角时水面上首先消失的是绿光
13．如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角θ=60°时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c，则（ ）
A．玻璃砖的折射率为1.5B．光在玻璃砖内的传播速度为
C．OP之间的距离为D．光从玻璃到空气的临界角为30°
三、填空题，共4小题
14．当光由___________射入___________时，当入射角增大到一定程度时，光线将全部反射回光密介质中，这种现象叫光的全反射。
15．一复色光中只含有a、b两种单色光，在真空中a光的波长大于b光的波长．
①在真空中，a光的速度__________(填“大于”“等于”或“小于”)b光的速度．
②若用此复色光通过半圆形玻璃砖且经圆心O射向空气时，下列四个光路图中可能符合实际情况的是__________．
16．下列说法正确的是__________．（填正确答案前标号．选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得5分．每选错1个扣3分，最低得分为0分）
A．当声源相对于观察者远离时，观察者听到的声音频率会变低
B．光导纤维中内层的折射率小于外层的折射率
C．泊松亮斑是光的衍射现象，玻璃中的气泡特别明亮是光的全反射现象
D．雷达是利用电磁波中的长波来测定物体位置的无线电设备
E．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源的运动和观察者的运动无关
17．如图所示，玻璃球的半径为R，球心为O，玻璃球的对称轴O1O2与足够大的屏幕垂直相交于O2点，一束单色光沿图示方向以入射角θ=60°射入球内在屏上留下光斑P．若玻璃对该单色光的折射率为，则玻璃对该单色光的全反射临界角的正弦值为___________，P点与O2点间的距离为___________．
四、解答题，共4小题
18．如图所示，半圆形玻璃砖固定在水平桌面上，圆心为O半径为R。A点是的中点光线从A垂直于半径入射，在B点恰好发生全反射，反射光线到达C点。已知光在真空中传播的速度为c，不考虑光的多次反射。求：
①玻璃砖的折射率；
②光从A到C所用的时间。
19．如图所示，一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触发工作的，光从挡风玻璃内侧Р点射向外侧M点再折射到空气中，测得入射角为，折射角为；光从Р点射向外侧N点，刚好发生全反射并被Q接收，已知挡风玻璃的厚度为d，光在空气中的传播速度为c，求：
①该挡风玻璃的折射率；
②光从P点射向外侧N点并被Q接收所需的时间。
20．某同学用一种透明介质制作的三棱镜来改变一束平行光的光路。如图，三棱镜的横截面为直角三角形，，，。一束平行光以60°入射角射向边，A和B两点均有光线照射；光线在边发生全反射后从边射出，射出方向与边平行（不考虑多次反射）。
（ⅰ）求三棱镜的折射率；
（ⅱ）边有光线射出的长度。
21．人造树脂是人工合成的一类高分子聚合物，是一种常用的眼镜镜片材料。如图所示为厚度为d的足够大的透明树脂平板截面，点光源置于其左边界上P点处。已知平板对该光的折射率，光在真空中的传播速度为c。不考虑光在平板中的多次反射，求：
（1）光在平板中传播的最短时间；
（2）从右侧观察到平板右边界上透光区域的面积。
参考答案
1．D
【详解】
A．结合光路图可判定入射角大于折射角，可知介质a是光疏介质，b是光密介质，故A错误；
B．全反射发生在从光密介质到光疏介质过程，故B错误；
C．同一单色光在不同介质中传播，频率不变，即光在介质a中的频率等于在介质b中的频率，故C错误；
D．由折射率
可知
所以，光在介质a中的传播速度大于在介质b中的传播速度，故D正确。
故选D。
2．B
【详解】
A．甲图光导纤维内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射，选项A正确，不符合题意；
B．乙图研究光的干涉现象时，根据
减小双缝间的距离d，干涉条纹间的距离变大，选项B错误，符合题意；
C．丙图一束平行光经玻璃三棱镜折射后分解为a、b两种单色光，因a光的偏折程度较小，则a光折射率较小，频率较小，则a光的光子能量小于b光的光子能量，选项C正确，不符合题意；
D．丁图光电效应实验中，从锌板中打出光电子，则锌板带正电，则使验电器指针发生偏转的是正电荷，选项D正确，不符合题意。
故选B。
3．C
【详解】
A．如图可知，c是入射光线，b是反射光线，a是折射光线，故A错误；
B．玻璃砖的折射率
故B错误；
C．顺时针转动玻璃砖时，入射角r增大，故反射角也增大，光线b顺时针方向转，故C正确；
D．逆时针转动玻璃砖时，入射角r减小，故折射角也减小，不可能发生全反射，光线a不会消失，故D错误。
故选C。
4．D
【详解】
A．发生全反射时，所有光线全部反射，没有折射光线，A错误；
B．光线从光密介质射向光疏介质时，并且入射角大于临界角时，才会发生全反射现象，B错误；
C．光从光疏介质射向光密介质时，入射角大于折射角，不可能发生全反射现象，C错误；
D．水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生全反射，使反射的光线特不强，从而看起来特别明亮，D正确。
故选D。
5．A
【详解】
A．如果，则发生全反射的临界角
可得
假设折射光的折射角为30°，则根据几何关系可知，光线d在NQ的入射角等于60°，大于临界角，所以若时，折射光能发生全反射，故A正确；
C．如果，则发生全反射的临界角等于45°，根据几何关系可知光线d在NQ的入射角等于45°，即等于临界角，刚好发生全反射，所以若时，折射光不能发生全反射，故C错误；
BD．折射光在面上的入射角等于在MN面上的折射角，根据光路可逆原理，折射光不能发生全反射，故BD错误。
故选A。
6．C
【详解】
AB．题图乙可知，当时发生全反射，则有
故AB错误；
C．甲中若减小入射角，根据折射定律和反射定律可知反射角和折射角都变小，则反射光线和折射光线之间的夹角将变大，故C正确；
D．减小入射角到0°时，不会发生折射现象，但是会有反射现象，所以光线不会全部从AB界面投射出去，故D错误；
故选C。
7．B
【详解】
海面上，下层空气的温度比上层的低，密度比上层的大，故海面附近的空气折射率从下到上逐渐减小；沙面上，下层空气的温度比上层的高，密度比上层的小，故沙漠地表附近的空气折射率从下到上逐渐增大，故ACD正确，与题意不符；B错误，与题意相符。
故选B。
8．D
【详解】
A．如图所示，光由上面射入塑料板中，在直角部分发生全反射时上面看起来才会明亮，光在从透明塑料板射向空气，此时发生全反射的条件是折射率
即透明塑料的折射率应大于，A错误。
B．光从塑料锯齿和油的界面处发生折射，光线射向油中，在矩形窗口形成暗区，B错误；
C．油量增加时，被浸入到油中的塑料锯齿增多，则全反射光线减小，则亮区范围变小，C错误；
D．若入射光由红光换为绿光时，不影响光线在界面处发生全反射，则亮区范围不变，D正确。
故选D。
9．D
【详解】
AB．因为玻璃对a光的偏折程度大于b光，所以玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率，根据
可知，在玻璃中，a光的速度小于b光的速度，选项AB错误；
CD．根据
分析知，a光的临界角比b光的小，逐渐增大入射角，先达到a光的临界角，则a光最先发生全反射，故C错误，D正确；
故选D。
10．D
【详解】
A．结合光路图可判定入射角大于折射角，可知介质a是光疏介质，b是光密介质，故A错误；
B．全反射发生在从光密介质到光疏介质过程，故B错误；
C．同一单色光在不同介质中传播，频率不变，即光在介质a中的频率等于在介质b中的频率，故C错误；
D．由折射率
可知
所以，光在介质a中的传播速度大于在介质b中的传播速度，故D正确。
故选D。
11．ABD
【详解】
A．光导纤维有内、外两层材料，其中内层是光密介质，外层是光疏介质，故A正确；
B．在太阳光照射下，水面上油膜前后表面反射光，频率相同，出现彩色是因为光的薄膜干涉现象，故B正确；
C．根据电磁波谱的特点可知，红外线的波长比紫外线的波长要长，故C错误；
D．根据
可知，紫光的频率大，临界角小，在不断增大入射角的过程中，水面上紫光比红光先消失，故D正确；
E．红光的波长长于紫光波长，根据
可知在同一装置上做双缝干涉实验，红光的相邻两个亮条纹的中心间距大于紫光的相邻两个亮条纹的中心间距，故E错误。
故选ABD。
12．CD
【详解】
A．任意波，只要频率相同，均能产生干涉现象，A错误；
B．均匀变化的磁场产生稳定的电场，稳定的电场不能再产生磁场，故不能激发电磁波，B错误；
C．泊松亮斑是衍射现象支持了光的波动说，牛顿环是光的干涉产生的，C正确；
D．绿光的折射率大于红光的折射率，由临界角公式
sin C=
知，绿光的临界角小于红光的临界角，当光从水中射向空气，在不断增大入射角时，绿光先发生全反射，从水面上消失，D正确。
故选CD。
13．BC
【详解】
ABC．作出两种情况下的光路图，如图所示
设，在A处发生全反射故有
由于出射光平行可知，在B处射出，故
由于
联立可得
由
可得
故BC正确，A错误；
D．由于
所以临界角不为30°，故D错误。
故选BC。
14．光密介质 光疏介质
【详解】
[1][2]当光由光密介质射入光疏介质时，入射角增大到一定程度时，光线将全部反射回光密介质中，这种现象叫做光的全反射。
15．等于 BC
【分析】
①在真空中所有色光的速度都相等；
②在真空中a光的波长大于b光的波长，分析它们频率关系，从而确定出玻璃对两种色光折射率的大小．光在分界面上会发生折射和反射，根据折射率的大小确定a、b两种单色光，以及注意当入射角大于等于临界角时，会发生全反射，根据折射率的大小，判断谁先会发生全反射．
【详解】
①在真空中所有色光的速度都相等，故在真空中，a光的速度等于b光的速度；
②由题，在真空中a光的波长大于b光的波长，则a光的频率小于b光的频率，玻璃对b光的折射率大于对a光的折射率，当光在分界面上同时发生折射和反射时，由折射定律得知，b光的折射角大于a光的折射角，B可能符合实际．故A错误，B正确．当入射角大于等于临界角时，会发生全反射，由于b光的折射率大，其临界角小，先发生全反射，故C可能符合实际．故C正确，D错误．故选BC
【点睛】
本题可将两种色光与红光、紫光类比，即可得到折射率关系，轻松分析可能发生的光现象．
16．ACE
【详解】
A、根据多普勒效应可知，当声源相对于观察者远离时，观察者听到的声音频率会变低，故选项A正确；
B、光导纤维传播信号利用了光的全反射原理，结合全反射的条件可知，光导纤维中内层的折射率大于外层的折射率，故选项B错误；
C、泊松亮斑是光的衍射现象，玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的全反射现象，故选项C正确；
D、雷达是利用电磁波中的微波来测定物体位置的，故选项D错误；
E、真空中，光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源的运动和观察者的运动无关，故选项E正确；
故选ACE．
17．
【详解】
光路如图所示，
设玻璃对该单色光的全反射临界角为C，则sin C＝，
根据折射定律得＝n，又∠1＝∠2，得∠3＝60°，∠1＝∠2＝30°，又∠O2OP′＝∠1＋∠2＝∠60°＝∠3，所以PP′∥OO2，
P点与O2点间的距离为Rsin∠O2OP′＝R.
18．①；②
【详解】
①如图所示；设﹐临界角为C，在B点恰好发生全反射，故有
且A为中点
故
解得
②由几何关系可知
光在玻璃砖中传播的速度
则
19．①；②
【详解】
①光线在M点发生折射，由于光线从光密介质射入光疏介质折射，则由折射定律得
②光在N点恰好发生全反射。则
即
光在介质中的传播速度为
光从点射向外侧点并被接收所需的时间
20．（ⅰ）；（ⅱ）10cm
【详解】
（ⅰ）光线平行射出，则在边折射角为60°，设入射角为；光线射入边，入射角为60°，所以折射角也为。设光线在边入射角为
根据角度关系
解得
所以
（ⅱ）根据几何关系，自接近A点的入射光线将自C点射出，自接近B点入射光线，折射后自边反射的光线平行与，所以
自射出光线的上边界为G点，
21．(1)；(2)
【详解】
（1）由折射定律可得
则要想光在平板中传播的时间最短，那么传播路径就要最短，而最短传播路径为d，则最短传播时间为
（2）射反射临界角为，则
解得
作图如下
由几何关系得，平板右边界上的透光区域为一个圆，AB为圆的直径，大小为2d，则半径为d，有
故从右侧观察到平板右边界上透光区域的面积为。