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第四章 光
4.1-4.2：光的折射和全反射
一：知识精讲归纳
考点一、折射定律
1．光的反射
(1)反射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光会返回到第1种介质的现象．
(2)反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角．
2．光的折射
(1)折射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光会进入第2种介质的现象．
(2)折射定律
折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即＝n12(式中n12是比例常数)．
(3)在光的折射现象中，光路是可逆的．
考点二、折射率
1．定义
光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，即n＝.
2．折射率与光速的关系
某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝.
3．理解
由于c＞v，故任何介质的折射率n都大于(填“大于”“小于”或“等于”)1.
考点三、全反射
1．光疏介质和光密介质
(1)光疏介质：折射率较小(填“大”或“小”)的介质．
(2)光密介质：折射率较大(填“大”或“小”)的介质．
(3)光疏介质与光密介质是相对(填“相对”或“绝对”)的．
2．全反射现象
(1)全反射：光从光密介质射入光疏介质时，同时发生折射和反射．若入射角增大到某一角度，折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象．
(2)临界角：刚好发生全反射，即折射角等于90°时的入射角．用字母C表示，光从介质射入空气(真空)时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的关系是sin C＝.
(3)全反射发生的条件
①光从光密介质射入光疏介质．
②入射角等于或大于临界角．
考点四、全反射棱镜和光导纤维
1．形状：截面为等腰直角三角形的棱镜．
2．全反射棱镜的特点：当光垂直于它的一个界面射入后，都会在其内部发生全反射，与平面镜相比，它的反射率很高．
光导纤维
1．原理：利用了光的全反射．
2．构造：由内芯和外套两层组成．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射．
3．光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等．
4．光纤通信的优点是传输容量大、衰减小、抗干扰性及保密性强等．
技巧归纳：
全反射棱镜改变光路的几种情况
　　　入射方式 项目　　　　 方式一 方式二 方式三
光路图
入射面 AB AC AB
全反射面 AC AB、BC AC
光线方向改变角度 90° 180° 0°(发生侧移)
、光导纤维
1．构造及传播原理
(1)构造：光导纤维是一种透明的玻璃纤维丝，直径只有几微米到一百微米，如图5所示，它是由内芯和外套两层组成的，内芯的折射率大于外套的折射率．
图5
(2)传播原理：光由一端进入，在两层的界面上经过多次全反射，从另一端射出，光导纤维可以远距离传播光信号，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像．
2．光导纤维的折射率：设光导纤维的折射率为n，当入射角为θ1时，进入光导纤维的光线传到侧面恰好发生全反射，则有：sin C＝，n＝，C＋θ2＝90°，由以上各式可得：sin θ1＝.
由图6可知：当θ1增大时，θ2增大，由光导纤维射向空气的光线的入射角θ减小，当θ1＝90°时，若θ＝C，则所有进入光导纤维中的光线都能发生全反射，即解得n＝.
图6
以上是光从光导纤维射向真空时得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此折射率要比大些．
二：考点题型归纳
题型一：光的折射、折射率
1．（2022·辽宁·高三期末）如图所示，截面为直角三角形的透明介质，，一单色光从边的中点D垂直边射入透明介质，通过透明介质后与的延长线交于E点．若．则透明介质对该光的折射率为（　　）
A． B． C．1.5 D．2
2．（2021·江苏·南通市海门四甲中学高二期中）某同学利用平行玻璃砖测量玻璃的折射率，按插针法步骤正确操作，借助刻度尺完成了光路图。该同学有圆规，却没有量角器，他就以O点为圆心，为半径画圆，分别交入射光线于A点，交直线的延长线于C点。分别过A、C点作法线的垂线交于B、D点，如图所示。用刻度尺测得，，则说法正确的是（　　）
①玻璃的折射率 ②玻璃的折射率
③若玻璃砖前后两面并不平行，按正确实验操作，则他测出的折射率会受到影响
④若玻璃砖前后两面并不平行，按正确实验操作，则他测出的折射率不会受到影响
A．①③ B．②③ C．①④ D．②④
3．（2022·辽宁辽阳·高二期末）如图所示，为某种玻璃制成的三棱镜的横截面，其中长度为。今有一束单色光从P点垂直边入射，边边上的M点出射，出射方向与的夹角为，则玻璃的折射率为（　　）
A． B． C． D．
题型二：折射率的波长、速度表达式
4．（2022·河北衡水·高二期末）如图所示，一束仅由黄光和蓝光组成的复色光从O点沿SO方向射入一块横截面为半圆形的玻璃柱体内，O为圆心。偏折后分别从圆弧上的A、B两点射出，已知，，下列说法正确的是（　　）
A．玻璃柱体对从B点射出的光线的折射率较小
B．两种色光穿过玻璃柱体所需的时间相同
C．从A点射出的是黄色光，从B点射出的是蓝色光
D．玻璃柱体对从A点射出的光线的折射率为
5．（2021·江西金溪·高二期末）一束光由空气射向一块平行平面玻璃砖，折射后分为两束单色光a、b，下列判断正确的是（　　）
A．在玻璃砖中a光的速度大于b光的速度，射出玻璃砖后单色光a、b平行
B．在玻璃砖中a光的速度大于b光的速度，射出玻璃砖后单色光a、b不平行
C．在玻璃砖中a光的速度小于b光的速度，射出玻璃砖后单色光a、b平行
D．在玻璃砖中a光的速度小于b光的速度，射出玻璃砖后单色光a、b不平行
6．（2021·江苏·常熟中学高二阶段练习）中国古人对许多自然现象有深刻认识，唐人张志和在《玄真子·涛之灵》中写道：“雨色映日而为虹”，从物理学的角度看，虹是太阳光经过雨滴的两次折射和一次反射形成的，右图是彩虹成因的简化示意图，其中时两种不同频率的单色光，则两光（　　）
A．在同种玻璃种传播，光的传播速度一定大于光
B．以相同角度斜射到同一玻璃板透过平行表面后，光侧移量大
C．分别照射同一介质，介质对光的折射率大于对光的折射率
D．以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是光
题型三：全反射的条件、临界角问题
7．（2022·湖北·天门市教育科学研究院高二期末）两种单色光由水中射向空气时发生全反射的临界角分别为θ1、θ2，已知θ1>θ2，用n1、n2分别表示水对两单色光的折射率，v1、v2分别表示两单色光在水中的传播速度，则（　　）
A．n1﹤n2、v1﹤v2 B．n1﹤n2、v1﹥v2
C．n1﹥n2、v1﹤v2 D．n1﹥n2、v1﹥v2
8．（2022·广东东莞·高二期末）两束不同频率的单色平行光束a、b从空气射入水中，发生了如图所示的折射现象，下列结论中正确的是（　　）
A．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小
B．在水中的传播速度，光束a比光束b小
C．若增大光束a的入射角，则可能发生全反射
D．若光束从水中射向空气，则光束b的临界角比光束a的临界角大
9．（2022·江苏苏州·高三期末）如图所示，玻璃半球半径为R，球心为O，AB为水平直径，M点是半球的最高点。半球内从A点发出与AB成θ=30°的光线从BM间某点C平行于AB射出。光在真空中的传播速度为c。则（　　）
A．此玻璃的折射率为
B．光从A到C的时间为
C．若增大θ，光线不可能在C与M间发生全反射
D．若θ为某个不为零的值，光从A到B的时间为
题型四：判断是否发生全反射
10．（2021·宁夏·海原县第一中学高二阶段练习）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
11．（2021·浙江·高三阶段练习）如图所示，OBCD为半圆柱体玻璃的横截面，OD为直径，一束由紫光和红光组成的复色光沿AO方向从真空射入玻璃，分两束分别射到圆柱面的B、C两点。下列说法正确的是（　　）
A．从B、C两点射出的光分别是红光、紫光
B．入射光线AO向右平移，红光会先发生全反射
C．光从O传到B与光从O传到C的时间相等
D．若两束光均能使某金属发生光电效应，则C光照射时逸出的光电子动能一定小
12．（2021·全国·高二期末）如图所示，半圆柱形玻璃砖的圆心为O。一束复色光束以入射角i＝30°由玻璃砖内射向O点，折射后分为两束单色光束a、b。其中单色光束a的折射角恰为r＝45°，则下列说法正确的是（　　）
A．玻璃砖对单色光b的折射率应略小于
B．若光束从水中射向空气，则光束a的临界角比光束b的临界角小
C．光束b比光束a更容易发生明显衍射现象
D．在光的双缝干涉实验中，仅将入射光束由a改为b，则条纹间距变小
题型五：全反射的应用
13．（2021·广东·深圳实验学校高中部高二阶段练习）光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，长为L，其侧截面如图所示，一复色光以入射角从轴心射入光导纤维后分为a、b两束单色光，两单色光在内芯和外套界面多次全反射后从光导纤维另一端射出，已知内芯材料对a光的折射率为n，真空中的光速为c。下列说法正确的是（　　）
A．内芯材料对b光的折射率大于n
B．在内芯中a光传播速度比b光小
C．若a光恰好发生全反射，则在这段光纤中的传播时间为
D．当逐渐增大到时，开始有光从纤维侧壁射出
14．（2021·山东·乳山市第一中学高二阶段练习）下列四幅图为光的相关现象，关于它们说法正确的是（　　）
A．图甲中若改变复色光的入射角，则b光先在水珠中发生全反射
B．图乙为光导纤维示意图，内芯的折射率比外套的折射率小
C．图丙是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凸起的
D．图丁中的M、N是偏振片，P是光屏。当M固定不动，缓慢转动N时，光屏P上的光亮度会发生变化，此现象表明光波是一种横波
15．（2021·全国·高二期末）光纤在现代通信中有着巨大作用，如图所示，由透明材料制成的光纤纤芯折射率大于包层折射率，若纤芯的折射率为n1，包层材料的折射率为n2，则当光由纤芯射向包层时，发生全反射的临界角C满足。若光纤纤芯的半径为a，并设光垂直于端面沿轴入射，为保证光信号一定能发生全反射，则在铺设光纤时，光纤轴线的转弯半径不能超过（　　）
A． B． C． D．
题型六：光的折射和全反射综合性问题
16．（2022·广东·深圳市光明区高级中学高三阶段练习）提高玻璃折射率的有效措施是掺入铅和钡的氧化物。由该玻璃材料制成的玻璃砖截面图如图所示，△ABC为直角三角形，，，AB边的长度为l。一细束绿光从AB边中点D垂直入射，恰好在BC边发生全反射，光在真空中的传播速度为c，求：
①该玻璃材料对绿光的折射率；
②光束从进入玻璃砖到第一次射出经历的时间。
17．（2021·湖北·模拟预测）如图所示，MN为竖直放置的光屏，光屏的左侧有半径为R、折射率为n的透明半球体，O为球心，轴线OA垂直于光屏，O至光屏的距离R，位于轴线上O点左侧R处的点光源S发出一束与OA夹角θ=60°的光线射向半球体，已知光在真空中传播的速度为c。试求：
（i）从半球体出射光线与光屏的夹角；
（ii）光线从S传播到达光屏所用的时间。
18．（2022·吉林东丰·高二期末）老师上课喜欢用红色激光笔，它发出的红光，用它来投映一个光点或一条光线指向物体，如图甲所示，AB为半圆的直径，O为圆心，在O点左侧，用红色激光笔从E点垂直AB射入的红光进入半球形介质后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角C=45°
（1）求半球形介质的折射率；
（2）若取用半球形介质制成环状玻璃砖，如图乙所示，内径为R、外径为R'= R的环状玻璃砖的圆心为O，一束平行于水平轴OO的光线由A点进入玻璃砖，到达B点（图中未标出）刚好发生全反射，求A点处光线的入射角和折射角。
三：课堂过关精练
一、单选题
19．（2022·辽宁营口·）如图所示，两束单色光a和b从水中射向水面的O点，它们进入空气后的光合成一束光c。根据这一现象可知（　　）
A．在水中时a光和b光的传播速度相同 B．两束光在从水进入空气时频率均变小
C．从水中射向空气时，a光全反射的临界角比b光小 D．真空中a光的波长比b光长
20．（2021·全国·）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，光路如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．单色光1的频率比2的低 B．射出后的两束单色光平行
C．在真空中单色光1的波长比2的长 D．在玻璃中单色光1的传播速度比2的大
21．（2021·全国·）对于波的折射现象，下列说法正确的是（　　）
A．当入射速度小于折射速度时，折射光线偏离法线
B．当波垂直界面入射时，传播方向不改变，波速和波长都不改变
C．在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都发生改变
D．波发生折射时一定不会发生反射现象
22．（2021·全国·）如图所示，为一全反射棱镜，棱镜对不同色光的折射率不同，对红光的临界角为，M为一与边垂直的光屏，一束白光沿平行于的方向射向面，经面折射后的光线又射向面，则（　　）
A．面将有色光射出
B．光屏M上会出现彩色光带且紫光在上
C．光屏M上会出现彩色光带且红光在上
D．将光屏与保持垂直地向右平移，屏上彩色光带逐渐变宽
23．（2021·浙江·）如上图所示为一梯形玻璃砖，A、B、C、D为外表面四个顶点，将用“插针法”测此玻璃砖的折射率，实验时操作较为规范的是 __________
A．可直接用手抓AB、CD所在的上、下侧面
B．用铅笔直接紧靠CD所在的面画边界线
C．移动玻璃砖应用手捏A、D（或B、C）所在的棱
D．只能用平行的 、 所在的上下侧面测折射率
24．（2021·江苏·）如图所示，两单色光a、b由空气斜射向平行玻璃砖，折射后合成一束复色光。下列说法正确的是（　　）
A．a、b两光在玻璃砖中的折射率
B．a、b两光在玻璃砖中的传播时间
C．a、b两光从该玻璃砖射向空气时的临界角
D．增大入射角，a、b可能不会从另一侧射出
25．（2021·江苏通州·）测两面平行玻璃砖折射率的实验中，在白纸上描出玻璃砖的两个边和，、和、为正确实验插在白纸上的四枚大头针，为入射角，下列说法不正确的是（　　）
A．连线平行于连线
B．为减小误差，、之间的距离要适当大一些
C．测量中若将玻璃砖整体向上平移少许，测得的折射率将不变
D．增大入射角，在侧将看不清、的像，是因为光在玻璃砖下表面发生了全反射
四：高分突破精练
一：单选题
26．（2021·海南·）如图，长方体玻璃砖的横截面为矩形，，其折射率为。一束单色光在纸面内以的入射角从空气射向边的中点O，则该束单色光（　　）
A．在边的折射角为
B．在边的入射角为
C．不能从边射出
D．不能从边射出
27．（2021·新疆·呼图壁县第一中学）关于光现象的下列说法中，错误的是（　　）
A．“海市蜃楼”的形成，是由于光发生了色散
B．影的形成，是由于光的直线传播
C．玻璃幕墙反射的光会“晃”着人的眼睛，是由于光发生了镜面反射
D．小芳站在穿衣镜前1m处，当她远离平面镜后退0.5m时，则镜中的像与她相距3m
28．（2021·浙江·）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
二、多选题
29．（2022·全国·）如图所示，一束单色光从A点射入玻璃球内，已知入射角为。现发现有光线恰好能经过A点从玻璃球内折射回空气，且此光线在球内经过两次反射。已知玻璃球的半径为，光在真空中传播速度为。下列选项正确的是（　　）
A．玻璃球对该单色光的折射率为
B．从玻璃球射出的光线相对从A点入射光线的偏向角一定为30°
C．经过A点从玻璃球内折射回空气的光在玻璃球内的传播时间为
D．一定有部分单色光在玻璃球内的传播时间超过
30．（2021·陕西·西安市高新第二高级中学）如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与边的夹角为，E、F分别为边、的中点，则下列说法正确的是（　　）
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，其速度变小
D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行
31．（2021·浙江衢州·）透明烧杯中装有适量的水和食用油，现将一根筷子竖直插入到烧杯内的左侧，在一定的角度观察发现筷子被“折断”成多节，如图所示，则（　　）
A．食用油的折射率比水大
B．光从食用油向水中传播时频率减小
C．光从食用油向水中传播时，达到一定角度后会发生全发射
D．当筷子竖直放置于烧杯正中间时，筷子不会被“折断”
32．（2021·全国·）如图所示，一束由两种色光混合的复色光沿PO方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面镜的上表面，得到三束光线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，若平面镜的上下表面足够宽，不考虑光线由玻璃平面镜内射向上表面时的反射。下列说法正确的是（　　）
A．光束Ⅰ仍为复色光，光束Ⅱ、Ⅲ为单色光
B．玻璃对光束Ⅱ的折射率小于对光束Ⅲ的折射率，当α角减小为某一值时，光束Ⅱ先消失了，光束Ⅲ还存在
C．改变α角，光线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ仍保持平行
D．在玻璃中，光束Ⅱ的速度要小于光束Ⅲ的速度
33．（2021·全国·）关于全反射，下列说法正确的是（　　）
A．光只有从光密介质射向光疏介质时才可能发生全反射现象
B．光只有从光疏介质射向光密介质时才可能发生全反射现象
C．光只有从折射率大的介质射向折射率小的介质时才可能发生全反射现象
D．光只有从折射率小的介质射向折射率大的介质时才可能发生全反射现象
34．（2021·全国·）如图是不平行玻璃砖的截面，a、b两束单色光从空气垂直玻璃砖上表面射入，在下表面上反射和折射情况如图所示，则a、b两束光（　　）
A．在同种均匀介质中传播时，b光的传播速度大
B．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较大
C．在真空中，a光的波长大于b光波长
D．在玻璃中，naE.让b光以入射点为轴，逆时针转动，则b光会在玻璃砖的下表面发生全反射
三、解答题
35．（2021·湖南·）如图，三棱镜的横截面为直角三角形，，。一束平行于边的光线自边的点射入三棱镜，在边发生反射后从边的点射出。若光线在点的入射角和在点的折射角相等。
（1）求三棱镜的折射率；
（2）如果的边长为，调整点的位置，使光线恰好在边中点发生反射，光在真空中（或空气中）传播速度为，求光在三棱镜中传播的时间。
36．（2021·河北·唐山一中）如图甲所示，某汽车大灯距水平地面的高度为81cm，该大灯结构的简化图如图乙所示。现有一束光从焦点处射出，经旋转抛物面反射后，垂直半球透镜的竖直直径AB从C点射入透镜。已知透镜直径远小于大灯离地面高度，，半球透镜的折射率为，tan15°≈0.27，求这束光照射到地面的位置与大灯间的水平距离。
37．（2021·新疆·柯坪湖州国庆中学）如图所示，一横截面为扇形ABC的玻璃砖放置在水平面上，∠ABC＝75°，扇形半径R＝AB＝BC＝10cm，一束水平光线以45°入射角射到弧面AC点，玻璃对光的折射率为，求：
（1）水平光线离地面的距离；
（2）光线经玻璃砖后的偏向角。
38．（2022·新疆昌吉·）由某种材料制成的圆锥体倒立放置，其截面如图所示，虚线为垂直于AB边的对称轴，AO边与BO边的夹角可以调节，现使一光线从图示位置垂直于AB边射入圆锥截面。当AO边与BO边的夹角为106°时，光线恰好不会从AO边射出。取，。
（1）求该材料的折射率；
（2）改变AO边与BO边的夹角，让光线仍沿原方向入射，结果光线射到BO边时刚好发生全发射，求此时AO边与BO边的夹角（结果保留三位有效数字）。
39．（2022·山东滨州·）在空间站中的微重力环境下形成一个水球，在水球中心注入空气，水层内外两球面球心均在点O，如图所示。一束光从球外的A点以一定角度i射入球中，在内球面上恰好发生全反射。已知水的折射率为，内球面半径为R，外球面半径为2R，光速为c，≈7.4，≈2.6。求：
（1）光束的入射角i；
（2）光束在水中的传播时间。
试卷第1页，共3页
参考答案
1．B
【详解】
根据折射定律，作出光路图，如图
由几何关系，可得
根据折射率的定义式，可得
故选B。
2．D
【详解】
根据折射定律得
因为测量玻璃折射率的原理是折射定律，只需要测出入射角和折射角即可，与玻璃砖前后面是否平行没有关系，所以玻璃砖前后两面并不平行，他测出的折射率不会受到影响。
故选D。
3．C
【详解】
光从BC射入，从AC射出，则在AB边发生全反射，由于不考虑光的多次反射，则光线在玻璃中的光路图如图所示
由几何关系可得
光在AC边M点
玻璃的折射率为
故选C。
4．C
【详解】
A．由图及
可知从A点射出的光线折射率较小，从B点射出的光线的折射率较大，A错误；
B．根据折射率与光速的关系可知从A点射出的光线在玻璃柱体中的速度较大，两种色光穿过玻璃柱体的路程相等，速度不同，所需的时间不相同，B错误；
C．蓝色光线的折射率大于黄色光线的折射率，所以从A点射出的是黄色光，从B点射出的是蓝色光，C正确；
D．由折射定律可知玻璃柱体对从A点射出的光线的折射率为
D错误。
故选C。
5．A
【详解】
由光路图可知，b光的偏折程度较大，则b光的折射率大，根据
知，b光在玻璃砖中传播的速度较小，光线在玻璃砖的上表面的折射角和下表面的入射角相等，根据光的可逆原理知，光线在下表面的折射角与上表面的入射角相等，可知射出玻璃砖后单色光a、b平行。
故选A。
6．C
【详解】
A．由图可知，光线a的折射率大于b，根据
可以确定a光在同种玻璃中速度小于b光，故A错误；
B．以相同的入射角度射入平行玻璃砖折射率越大侧移量越大，则a光侧移量较大，故B错误；
C．分别照射同一介质，介质对光的折射率大于对光的折射率，C正确；
D．根据
折射率越大，越容易发生全反射，在水外越不容易看到，即以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一定是b光，D错误。
故选C。
7．B
【详解】
根据光的全反射，临界角与折射率的关系
则有
因，故
又
所以
故B正确。
故选B。
8．A
【详解】
A．根据已知条件，可知两束光入射角相等，折射角满足
根据折射定律
可知b光束的折射率较大，A正确；
B．根据
因b光的折射率较大，所以b光在水中的传播速率较小，B错误；
C．发生全反射的条件必须满足光从光密介质射到光疏介质，则光从空气射入水中不可能发生全反射，C错误；
D．根据临界角公式
因b光的折射率较大，则光束b的临界角比光束a的临界角小，D错误。
故选A。
9．D
【详解】
A．如图所示
由几何关系可得
根据折射定律有
A错误；
B．光从A到C的时间为
联立解得
B错误；
C．若增大θ，入射角增大，由光密到光疏，当入射角大于临界角时，光线可能在C与M间发生全反射，C错误；
D．如图所示当光的入射角为时，光在M点的反射光线经过B点，光从A到B的时间为
D正确。
故选D。
10．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。
11．C
【详解】
A．二束光以相同的入射角射入玻璃，OB光的偏折大，得B光的频率大，B为紫光，所以A选项错；
B．当入射光线AO向右平移，在半弧面上红光的入射角均小于临界角，故不能发生全反射，所以B选项错；
C．C光在玻璃中的传播时间
得∶光在玻璃中的传播时间相等，故C项正确；
D．发生光电效应时，入射光的频率越大，逸出的光电子最大初动能就越大，但内层的光电子动能不一定大，故D选项错。
故选C。
12．D
【详解】
A．根据折射率的定义可知a光的折射率
由图知，两束光的入射角相等，a的折射角小于b的折射角，通过折射定律可知，玻璃砖对b光的折射率大于对a光的折射率，所以b光的折射率大于，故A错误；
B．由于b的折射角大于a的折射角，则使入射角i逐渐变大时，b光的折射角先达到90°，发生全反射现象，b的临界角小，故B错误；
C．a的频率小，则波长大，根据明显衍射的条件可知，光束a比光束b更容易发生衍射现象，故C正确;
D．根据干涉条纹的宽度公式
可知，在光的双缝干涉实验中，仅将入射光束由a改为b，条纹间隔变窄，故D正确。
故选D。
13．A
【详解】
A．设折射角为，根据
由于a光的折射角大于b光的折射角，因此内芯材料对光的折射率大于对a的折射率n，故A正确；
B．根据
由于内芯对光a的折射率小于对b光的折射率，因此在内芯中光传播速度比光大，故B错误；
C．若光恰好发生全反射，光线a的临界角为C，有
则在这段光纤中的传播时间为
故C错误；
D．光线a由内芯进入外套时得临界角为C，如图
设外套得折射率为，内芯对外套得相对折射率为，则
随着入射角逐渐增大，光线a与边界间的夹角逐渐减小，恰好达到临界角时，根据几何关系
而
整理得
则当还未增大到时，开始有光从纤维侧壁射出，故D错误。
故选A。
14．D
【详解】
A．根据图像可知，复色光能够进入水珠，根据光路的可逆性，两光不可能在水珠内发生全反射，A错误；
B．图乙为光导纤维示意图，内芯的折射率比外套的折射率大，B错误；
C．图丙是用干涉法检测工件表面平整程度时得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测的平面在此处是凹陷的，C错误；
D．图丁中的M、N是偏振片，P是光屏。当M固定不动，缓慢转动N时，光屏P上的光亮度会发生变化，发生偏振现象，此现象表明光波是一种横波，D正确。
故选D。
15．A
【详解】
光线的临界态是光垂直端面从内芯的轴线上入射时，在上表面发生全反射，光路如图，则
又
解得
故选A。
16．① 2；②
【详解】
①由题意光束恰好在BC边发生全反射，光路如图所示，
由几何关系，恰好全反射时临界角为30°，又因为
解得
②由几何关系，光束进入玻璃砖内传播路程
光在玻璃砖中的传播速度
从光束进入玻璃砖到第一次射出经历的时间为
17．（i）90°；（ii）
【详解】
（i）光从光源S射出经半球体到达光屏的光路如图。
光由空气射向半球体，由折射定律，有
解得
α=30°
在中，由正弦定理得
R
解得
β=30°
光由半球体射向空气，由折射定律，有
n
解得
γ=60°
即出射光线与轴线OA平行，与光屏垂直。
（ii）光从光源S出发经玻璃半球体到达光屏所用的时间为：
t
根据几何知识可得
R
2（RR）cosβR
R﹣Rsin30°R
光在玻璃半球体内的传播速度为
v
解得
t
18．（1）；（2）45°；30°
【详解】
（1）由题图甲可计算出该半球形介质的折射率，由全反射条件有
即
半球形介质的折射率
（2）光线沿AB方向射向内球面。刚好发生全反射，在B点的入射角等于临界角C。在 中。，由正弦定理得
可得
则有A点处光线的折射角
在A点，由
得A点处光线的入射角
19．D
【详解】
A．由光的可逆性可知，如果光从空气射入水中时，则a光偏折的程度较小，可知a光在水中的折射率小，由可知，在水中时a光比b光的传播速度大，A错误；
B．光的频率由光源决定，与传播的介质无关，所以两束光在从水进入空气时频率均保持不变，B错误；
C．从水中射向空气时，由可知，a光全反射的临界角比b光大，C错误；
D．a光在水中的折射率小，由折射率与光的频率关系可知，a光的频率小，由公式可知，a光的波长大， D正确。
故选D。
20．B
【详解】
A．由题图可知，两束单色光的入射角i相等，单色光1的折射角小于单色光2的折射角，根据折射定律
可知，玻璃对单色光1的折射率大于对单色光2的折射率，单色光1的频率大于单色光2的频率，A错误；
B．根据几何关系可知，折射光线射到平行玻璃板下表面的入射角等于上表面的折射角，根据光路可逆性可知，光线射出下表面时的折射角等于射入上表面的入射角，故两条出射光线平行，B正确；
C．由可知，真空中单色光1的波长小于单色光2的波长，C错误；
D．根据可知，在玻璃中单色光1的传播速度小于单色光2的传播速度，D错误。
故选B。
21．C
【详解】
A．当入射速度小于折射速度时，折射光线不一定偏离法线，当入射角为零度时，折射光线与法线重合，故A错误；
B．当波垂直界面入射时，传播方向不改变，但波速和波长都发生改变，故B错误；
C．波的频率由波源决定，与介质无关，在波的折射中，波的频率不改变，波速和波长都改变，故C正确；
D．波发生折射时在同一个界面也可发生反射现象，故D错误。
故选C。
22．B
【详解】
A．由图，入射角∠1=45°，据
得到
∠2＜45°
由几何知识得到
∠3＞45°
由题，红光的临界角为42°，则所有色光在BC面上都发生了全反射，没有光线从BC面射出。故A错误。
BC．根据反射定律得知：∠3=∠4，可以证明，∠2=∠5，故由光路可逆原理得到∠1=∠6，即入射光线与出射光线平行，而不同色光的折射率不同，偏折程度不同，折射率越大的色光偏折越强，经反射再折射后位于屏上部，即屏上的色彩紫光在上。故B正确，C错误。
D．由于所有出射光线都与入射光线平行，则所有出射光线相互平行，则将光屏与BC保持垂直地向右平移，屏上彩色光带宽度不变。故D错误。
故选B。
23．C
【详解】
AB．不能用手抓光学面，不能把玻璃当尺子画线，故AB错误；
C．移动玻璃砖应用手捏A、D（或B、C）所在的棱，故C正确；
D．除平行的AB、CD所在的上下侧面，其它面也可测折射率，故D错误。
故选C。
24．C
【详解】
A．a光偏折程度较大，由折射率的定义可知，折射率较大，即
A错误；
B．由可知，a光在玻璃中传播速度较小，a、b两光在玻璃砖中的传播距离相同，故a光所用时间较长，即
B错误；
C．由可知，a、b两光从该玻璃砖射向空气时的临界角
C正确；
D．光线射出玻璃时的入射角等于光线射入玻璃时的折射角，由光路可逆的特点可知，增大入射角，a、b均会从另一侧射出，D错误。
故选C。
25．D
【详解】
A．根据光线的光路特征，可知连线平行于连线，A不符合题意；
B． 、之间的距离要适当大一些时，相同的偏转距离引起的角度误差会小些，B不符合题意；
C．测量中若将玻璃砖整体向上平移少许，根据光线的特征，其入射角不会发生变化，故测得的折射率将不变，C不符合题意；
D．由几何知识可知，光线在上表面的折射角等于下表面的入射角，根据光路可逆性原理可知，光线一定会从下表面射出，故增大入射角，在侧将看不清、的像，不是因为光在玻璃砖下表面发生了全反射，D符合题意。
故选D。
26．C
【详解】
A．光线从O点入射，设折射角为，由折射定律有
解得
即该束单色光在边的折射角为，故A错误；
B．设边长，则，作出光路图如图所示。
由几何关系可知光在边的入射角为，故B错误；
C．设光在玻璃砖与空气界面发生全反射的临界角设为C，有
即，而光在MN边的入射角大于，所以光在MN边发生全反射，不能从边射出，故C正确；
D．根据几何关系可知光在A点发生全反射后到达NP边的B点时的入射角为30°，小于全反射临界角，所以光在B点折射出玻璃砖，故D错误。
故选C。
27．A
【详解】
A．“海市蜃楼”是远处的景物发出的光线经过不均匀的空气时发生折射形成，故A错误；
B．影子是因为光的直线传播而形成的，故B正确；
C．玻璃幕墙表面非常平整，平行光射到玻璃幕墙上，反射光是平行的，光线非常强，因此会“晃”着人的眼睛，故C正确；
D．小芳站在穿衣镜前1m处，当她远离平面镜后退0.5m时，则物距为1.5m，像距也为1.5m，镜中的像与她相距3m，故D正确。
本题选错的，故选A。
28．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。
29．AB
【详解】
A．作出光路如图所示
由对称性及光路可逆可知，第一次折射的折射角为30°，则由折射定律可知
故A 正确；
B．由几何关系可知，光线第一次从玻璃球内出射时相对于射入玻璃球的光线的偏向角为
α=2（i-r）=30°
故B正确；
C．光线从A点进入及第一次从A点射出时在玻璃球中传播的距离为
在玻璃中运动的速度为
可得经过A点从玻璃球内折射回空气的光在玻璃球内的传播时间为
故C错误；
D．只要入射角和折射角不变，则路程s就不变，时间也不变，故D错误。
故选AB。
30．AC
【详解】
光路如图
A．由几何知识得：光线在AB面上入射角为
折射角为
则棱镜的折射率为
A正确；
BD．由几何关系可以知道，光线在F点的入射角等于AB面上的折射角，根据光路可逆性原理知，光在F点不可能发生全反射，而且从F点出射的光束与BC的夹角为θ，所以从F点出射的光束与入射到E点的光束不平行 BD错误；
C．光从空气进入棱镜，根据
波速变小，C正确。
故选AC。
31．ACD
【详解】
A．由题图偏折情况可知，光线在食用油中偏折程度比在水中大，则食用油的折射率大于水的折射率，故A正确；
B．光在不同介质中传播，频率不变，故B错误；
C．光从光密介质进入光疏介质，当入射角大于临界角时，会发生全发射，故C正确；
D．当筷子竖直放置于烧杯正中间时，来自浸入水中的筷子的光几乎垂直地射到水与空气的界面，射出的光线偏折较小，所以筷子看上去仍然是直的，感觉筷子不会被“折断”，故D正确。
故选ACD。
32．ACD
【详解】
A．作出三束光线的完整光路图，如下图所示。由反射定律可知，光束Ⅰ是复色光在玻璃平面镜上表面的反射光线，故光束Ⅰ是复色光，而两种色光由于折射率的不同而偏折分离，即光束Ⅱ、Ⅲ是单色光，故A正确；
B．由光路图知，光束Ⅱ的偏折程度大于光束Ⅲ，根据折射定律可知玻璃对光束Ⅱ的折射率大于对光束Ⅲ的折射率，光束先从光疏介质射向光密介质，进行光路分析可知，光线由玻璃平面镜内射向上表面时不会发生全反射现象，无论α多小，光束Ⅱ、Ⅲ都不会消失，故B错误；
C．根据厚玻璃平面镜上、下表面平行，以及反射定律、折射定律可知，改变α角，光束Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ仍保持平行，故C正确；
D．光在玻璃中的传播速度为
该玻璃对光束Ⅱ的折射率大于对光束Ⅲ的折射率，故光束Ⅱ在玻璃中的传播速度小于光束Ⅲ的，故D正确。
故选ACD。
33．AC
【详解】
AB．光从光密介质射向光疏介质时，若入射角大于或等于临界角，会发生全反射现象；光从光疏介质射向光密介质时，不会发生全反射现象，A正确，B错误；
CD．光只有从折射率大的介质射向折射率小的介质时，才可能发生全反射现象，C正确，D错误。
故选AC。
34．ABE
【详解】
D．由图可知，a光发生了全反射，b光没有发生全反射，即a光发生全反射的临界角C小于b光发生全反射的临界角C，由
知b光的折射率小，即
故D错误；
A根据
n＝
知
A．正确；
B．根据
当θ1相等时，b光的折射角较大，B正确；
C．由于
则
由
知
C错误；
E．当b光逆时针转动时，b光在玻璃砖下表面的入射角会增大，当该角大于b光的临界角时，b光就会发生全反射，E正确。
故选ABE。
35．(1)；(2)
【详解】
(1)光线在AB面上的入射角为60°。因为光线在M点的入射角和在N点的折射角相等。知光线在AB面上的折射角等于光线在BC面上的入射角。如图
根据几何关系知，光线在AB面上的折射角为30°。根据
解得
(2)由折射率
解得光线在玻璃中的传播速度
由几何关系可得
，
光在三棱镜中传播的时间
36．300cm
【详解】
如图所示
设光线从C点水平射向半球玻璃时的入射角为α，从半球玻璃折射后的出射光线与水平面成β角，依题意有
根据折射定律有
设这束光照射到地面的位置与车头大灯间的水平距离为x，根据几何关系有
联立得
x=300cm
37．（1）；（2）30°
【详解】
（1）由题意，根据几何关系可得水平光线离地面的距离为
（2）设光线在弧面上D点的折射角为r，根据折射定律有
解得
r＝30°
根据几何关系知光线在BC面上E点的入射角为
设光线在E点的折射角为r′，根据折射定律有
解得
r′＝45°
根据几何关系可知在E点的出射光线与DB平行，所以光线经玻璃砖后的偏向角为
δ＝30°
38．（1）；（2）
【详解】
（1）设光线在该材料中发生全反射的临界角为C，光路如图甲所示，
根据几何关系有
又
解得
（2）当AO边与BO边的夹角减小时，光线在AO边的入射角增大，光线在AO边发生全反射后，传播到BO边时恰好发生全反射，光路如图乙所示，
根据光的反射定律及几何关系有
解得
39．（1）；（2）
【详解】
做出光路图如下所示
光在内球面上发生全反射
则
对有
得
光在外球面折射
得
所以i=30°
（2）设光从A到B的距离为s，则光束在水中的传播时间
带入计算可得

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