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第十四章 波与相对论
第三讲 光的折射 全反射
课时跟踪练
A组 基础巩固
1．(2018·徐州模拟)光射到两种不同介质的分界面，分析其后的传播情形可知( )
A．折射现象的出现说明光是纵波
B．光总会分为反射光和折射光
C．折射光与入射光的传播方向总是不同的
D．发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同
解析：光的折射不能反映光是纵波还是横波，由光的偏振现象可知光是横波，选项A错误；当光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于等于临界角时，发生全反射现象，没有折射光，选项B错误；当光线垂直于界面入射时，折射光与入射光的传播方向相同，选项C错误；发生折射是因为光的传播速度在不同介质中不同，选项D正确．
答案：D
2．(2018·潍坊模拟)公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度的若干彩灯，在晚上观察不同颜色彩灯的深度和水面上被照亮的面积，下列说法正确的是( )
A．红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较小
B．红灯看起来较深，红灯照亮的水面面积较小
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C．红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较大
D．红灯看起来较深，红灯照亮的水面面积较大
解析：光从水里射入空气发生折射，入射角相同时，折射率越大，折射角越大，从水面上看光源越浅，红灯发出的红光的折射率最小，看起来最深；设光源的深度为d，光的临界角为C，则光能够照亮的水面面积大小为S＝π(dtan C)2，可见，临界角越大，照亮的面积越大，各种色光中，红光的折射率最小，临界角最大，所以红灯照亮的水面面积较大，选项D正确．
答案：D
3．(2015·重庆卷)虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可用白光照射玻璃球来说明．两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩色光带，光路如图所示．M 、N、P、Q点的颜色分别为( )
A．紫、红、红、紫 B．红、紫、红、紫
C．红、紫、紫、红 D．紫、红、紫、红
解析：白光中的可见光部分从红到紫排列，对同一介质的折射率n紫>n红，由折射定律知紫光的折射角较小，由光路可知，紫光将到达M点和Q点，而红光到达N点和P点，故选A.
答案：A
4．如图所示，一块两面平行的玻璃砖平放在纸面上，将它的前、后两个边界PQ、MN记录在纸面上．若单色光沿纸面从真空中以入射角i＝60°从MN表面射入时，光通过玻璃砖的时间为t
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；若保持入射光的方向不变，现撤去玻璃砖，光通过PQ、MN之间的区域的时间也为t，那么，这块玻璃砖对该入射光的折射率为( )
A．2 B.
C．1.5 D.
解析：设玻璃砖的厚度为d，折射率为n，折射角为γ，则＝＝＝t，＝＝t，n＝，可得n＝，选项B正确．
答案：B
5．(多选)(2017·苏北四校联考)如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为 θ＝30°，E、F分别为边AB、BC的中点，则( )
A．该棱镜的折射率为
B．光在F点发生全反射
C．光从空气进入棱镜，波长变小
D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行
解析：在E点作出法线可知入射角为60°，折射角为30°，折射率为，选项A正确；由光路的可逆性可知，在BC边上的入射角小于临界角，不会发生全反射，选项B错误；光从空气进入棱镜时，
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频率不变，波速变小，由波速公式v＝λf得知，波长变小，可知选项C正确；从F点出射的反射光线与法线的夹角为30°，折射光线与法线的夹角为60°，由几何关系知，不会与入射到E点的光束平行，选项D错误．
答案：AC
6．(多选)(2018·承德模拟)频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如图所示，下列说法正确的是( )
A．单色光1的波长小于单色光2的波长
B．在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度
C．单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间
D．单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角
解析：由题图知单色光1在界面折射时的偏折程度大，则单色光1的折射率大，因此单色光1的频率大于单色光2的，那么单色光1的波长小于单色光2的，选项A正确；由n＝知，折射率大的单色光1在玻璃中传播速度小，而在玻璃板中单色光1通过的路程比单色光2短，二者通过的时间将无法确定，选项B、C都错误；由sin C＝及单色光1的折射率大知，选项D正确．
答案：AD
7.(多选)(2018·青岛模拟)如图所示，实线为空气和水的分界面，
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一束蓝光从空气中的A点沿AO1方向(O1点在分界面上，图中O1点和入射光线都未画出)射向水中，折射后通过水中的B点，图中O点为A、B连线与分界面的交点，下列说法正确的是( )
A．O1点在O点的右侧
B．蓝光从空气中射入水中时，速度变小
C．若沿AO1方向射向水中的是一束紫光，则折射光线有可能通过B点正下方的C点
D．若沿AO1方向射向水中的是一束红光，则折射光线有可能通过B点正上方的D点
E．若蓝光沿AO方向射向水中，则折射光线有可能通过B点正上方的D点
解析：由折射定律n＝知，蓝光从空气射向水中，入射角比折射角大，O1点在O点的左侧，选项A错误；由v＝知，蓝光进入水中的速度变小，选项B正确；若沿AO1方向射向水中的是一束紫光，紫光折射率大，折射角小，则折射光线有可能通过B点正下方的C点，选项C正确；若沿AO1方向射向水中的是一束红光，红光折射率小，折射角大，则折射光线有可能通过B点正上方的D点，选项D正确；若蓝光沿AO方向射向水中，则折射光线有可能通过B点正下方的C点，不可能通过B点正上方的D点，选项E错误．
答案：BCD
8．(2015·海南卷)一半径为R的半圆形玻璃砖，
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横截面如图所示．已知玻璃的全反射临界角γ.与玻璃砖的底平面成角度、且与玻璃砖横截面平行的平行光射到玻璃砖的半圆柱面上．经柱面折射后，有部分光(包括与柱面相切的入射光)能直接从玻璃砖底面射出．若忽略经半圆柱内表面反射后射出的光，求底面透光部分的宽度．
解析：光路图如图所示，沿半径方向射入玻璃砖的光线，即光线①射到MN上时，根据几何知识入射角恰好等于临界角，即恰好在圆心O处发生全反射，光线①左侧的光线，经球面折射后，射到MN上的角一定大于临界角，即在MN上发生全反射，不能射出，光线①右侧的光线射到MN上的角小于临界角，可以射出，如图光线③与球面相切，入射角θ1＝90°，从MN上垂直射出，
根据折射定律可得sin θ2＝，
根据全反射定律n＝，
两式联立解得θ2＝γ，
根据几何知识，底面透光部分的宽度OE＝Rsin γ.
答案：Rsin γ
B组 能力提升
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9．(2018·威海模拟)如图所示，一束复色光从空气射入水面，进入水中分成a、b两束．已知它们与水面间的夹角分别是α、β，则a、b两束光在水中的传播速度之比为( )
A. B.
C. D.
解析：设入射角为θ，由折射定律可得
nb＝＝＝，
na＝＝＝，
两式相比可得＝，故选项C正确．
答案：C
10．(多选)(2018·大连模拟)固定的半圆形玻璃砖的横截面如图所示，O点为圆心，OO′为直径MN的垂线．足够大的光屏PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN.由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射光线与OO′夹角θ较小时，光屏NQ区域出现两个光斑，逐渐增大θ角，当θ＝α时，光屏NQ区域A光的光斑消失，继续增大θ角，当θ＝β时，光屏NQ区域B光的光斑消失，则( )
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A．玻璃砖对A光的折射率比对B光的大
B．A光在玻璃砖中传播速度比B光的大
C．α＜θ＜β时，光屏上只有1个光斑
D．β＜θ＜时，光屏上只有1个光斑
解析：当入射角θ逐渐增大时，A光的光斑先消失，说明A光的折射角大于B光的折射角，即玻璃对A光的折射率大于对B光的折射率(nA＞nB)，所以vA＜vB，选项A正确，B错误；当A光、B光都发生全反射时，光屏上只有1个光斑，选项C错误，D正确．
答案：AD
11．(2018·衡水模拟)DVD光盘由塑料保护层和信息记录层组成．如图所示，激光束以入射角θ1从空气入射到厚度为d、折射率为n的塑料保护层后，聚焦到信息记录层的光斑宽度为a，才能有效获取信息．
(1)写出sin θ1应当满足的关系式；
(2)在保证a不变的前提下，减小激光束照到塑料保护层的宽度l(l＝a＋2b)，可采取哪些措施(答出三条措施)?
解析：(1)由折射定律得n＝，
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式中θ2为折射角，sin θ2＝，
解得sin θ1＝.
(2)要保证a不变的前提下，减小宽度l，即减小b，由(1)的求解过程得
b2＝，故在θ1和n不变时，减小d，或在θ1和d不变时，增大n，或在n和d不变时，减小θ1.
答案：(1)sin θ1＝ (2)见解析
12．(2017·江苏卷)人的眼球可简化为如图所示的模型．折射率相同、半径不同的两个球体共轴．平行光束宽度为D，对称地沿轴线方向射入半径为R的小球，会聚在轴线上的P点．取球体的折射率为，且D＝R.求光线的会聚角α(示意图未按比例画出)．
解析：设入射角为i，折射角为γ，由几何关系sin i＝，解得i＝45°，
则由折射定律＝n，解得γ＝30°，
且i＝γ＋，解得α＝30°.
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答案：30°
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