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11光的折射及折射定律-2024届高考物理一轮复习高频考点知识点突破练习（真题精选）
一．选择题（共4小题）
1．（2023 浙江）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h＝m，则有光射出的水面形状（用阴影表示）为（　　）
A． B． C． D．
2．（2023 湖北）如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为30°，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45°。不考虑多次反射，OQ边上有光射出部分的长度为（　　）
A． B． C．d D．
3．（2023 江苏）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．
4．（2023 浙江）如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图。一细黄光束从直角边AB以角度θ入射，依次经AC和BC两次反射，从直角边AC出射。出射光线相对于入射光线偏转了α角，则α（　　）
A．等于90° B．大于90°
C．小于90° D．与棱镜的折射率有关
二．多选题（共3小题）
（多选）5．（2023 辽宁）“球鼻艏”是位于远洋轮船船头水面下方的装置，当轮船以设计的标准速度航行时，球鼻艏推起的波与船首推起的波如图所示，两列波的叠加可以大幅度减小水对轮船的阻力。下列现象的物理原理与之相同的是（　　）
A．插入水中的筷子，看起来折断了
B．阳光下的肥皂膜，呈现彩色条纹
C．驶近站台的火车，汽笛音调变高
D．振动音叉的周围，声音忽高忽低
（多选）6．（2023 湖南）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°
（多选）7．（2023 甲卷）等腰三角形△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，甲光比乙光的大
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，甲光比乙光的大
三．实验题（共1小题）
8．（2023 海南）用激光测玻璃砖折射率的实验中，玻璃砖与屏P平行放置，从另一侧用激光笔以一定角度照射，此时在屏上的S1处有激光点，移走玻璃砖，光点移到S2处。
（1）请画出激光束经玻璃折射后完整的光路图；
（2）已经测出AB＝l1，OA＝l2，S1S2＝l3，则折射率n＝　 　（用l1、l2、l3表示）；
（3）若改用宽ab更小的玻璃砖做实验，则S1S2间的距离会 　 　（填“变大”，“变小”或“不变”）。
四．解答题（共2小题）
9．（2023 山东）一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量，其部分原理简化如图所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N，相距为d，直径均为2a，折射率为n（n＜）。M、N下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在M内多次全反射后从下端面射向被测物体，经被测物体表面镜面反射至N下端面，N下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。
（1）从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为θ，求θ的正弦值；
（2）被测物体自上而下微小移动，使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围（只考虑在被测物体表面反射一次的光线）。
10．（2023 乙卷）如图，一折射率为的棱镜的横截面为等腰直角三角形△ABC，AB＝AC＝l，BC边所在底面上镀有一层反射膜。一细光束沿垂直于BC方向经AB边上的M点射入棱镜，若这束光被BC边反射后恰好射向顶点A，求M点到A点的距离。
11光的折射及折射定律-2024届高考物理一轮复习高频考点知识点突破练习（真题精选）
参考答案与试题解析
一．选择题（共4小题）
1．（2023 浙江）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h＝m，则有光射出的水面形状（用阴影表示）为（　　）
A． B． C． D．
【答案】C
【解答】解：取细灯带上某一点作为点光源，点光源发出的光在水面上有光射出的水面形状为圆形，设此圆形的半径为R，点光源出的光线在水面恰好全反射的光路图如图1所示。
由sinC＝＝＝，可得：tanC＝
R＝h tanC＝×m＝0.3m
三角形发光体的每一条细灯带发出的光在水面上有光射出的水面形状的示意图如图2所示。
三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体发出的光在水面上有光射出的水面形状的示意图如图3所示
设直角边的长度为a＝0.9m，由几何关系可得此三角形的内切圆的半径r＝a﹣×＝
而R＝0.3m＝a，可知：R＞r，则由图3可知有光射出的水面形状在三角形中央区域无空缺部分，故C正确，ABD错误。
故选：C。
2．（2023 湖北）如图所示，楔形玻璃的横截面POQ的顶角为30°，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45°。不考虑多次反射，OQ边上有光射出部分的长度为（　　）
A． B． C．d D．
【答案】C
【解答】解：设光线在OQ界面点的入射角为α，折射角为β，几何关系可知
α＝30°
由于光路可逆，根据折射定律可得
n＝＝＝
光线射出OQ面的临界条件为发生全反射，光路图如图所示
光线在AB两点发生全反射，有公式
sinC＝＝＝
在AB两个位置临界角为45°，AB之间有光线射出，由几何关系可知
AB＝2AC＝2CS
由于∠QOP＝30°，所以
2CS＝OS＝d
故AB＝d
故ABD错误，C正确。
故选：C。
3．（2023 江苏）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．
【答案】A
【解答】解：因为地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，则太阳光斜射向地面的过程，总是由折射率较小的空气射向折射率较大的空气，即由光疏介质斜射入光密介质，光线始终会向靠近法线的方向偏折，法线为竖直方向上，故光线始终会向竖直方向偏折，故A正确，BCD错误；
故选：A。
4．（2023 浙江）如图所示为一斜边镀银的等腰直角棱镜的截面图。一细黄光束从直角边AB以角度θ入射，依次经AC和BC两次反射，从直角边AC出射。出射光线相对于入射光线偏转了α角，则α（　　）
A．等于90° B．大于90°
C．小于90° D．与棱镜的折射率有关
【答案】A
【解答】解：题图已经画出此过程中光的传播路径，通过BC作出△ABC的对称图形，如图所示：
根据对称性可知，从CD边射出的光线与法线的夹角也为θ，所以光线从AC射出时与法线的夹角也为θ；
由于垂直于AB的法线与垂直于AC的法线相互垂直，根据数学知识（一个角的两边与另一个角的两边相互垂直，这两个角相等或互补）可知，从AC边射出的光线与入射光线相互垂直，故出射光线相对于入射光线偏转角为α＝90°，故A正确、BCD错误。
故选：A。
二．多选题（共3小题）
（多选）5．（2023 辽宁）“球鼻艏”是位于远洋轮船船头水面下方的装置，当轮船以设计的标准速度航行时，球鼻艏推起的波与船首推起的波如图所示，两列波的叠加可以大幅度减小水对轮船的阻力。下列现象的物理原理与之相同的是（　　）
A．插入水中的筷子，看起来折断了
B．阳光下的肥皂膜，呈现彩色条纹
C．驶近站台的火车，汽笛音调变高
D．振动音叉的周围，声音忽高忽低
【答案】BD
【解答】解：由题图可看出球鼻艏推起的波的波长与船首推起的波的波长相等，两波在同一介质中传播，波速也相等，由v＝fλ，可知两列波的频率相同，故两列波叠加时发生了干涉现象。
A、插入水中的筷子，看起来折断了，是光线由水中斜射向空气经过水面时发生了偏折，光的传播方向改变了，这是光的折射现象，故A不符题意；
B、阳光下的肥皂膜，呈现彩色条纹，是肥皂膜的前后表面反射的光叠加产生的干涉现象，故B符合题意；
C、驶近站台的火车，汽笛音调变高，是火车与接收者逐渐靠近，使接收者接收到声音频率高于汽笛发声的频率，这是多普勒效应，故C不符题意；
D、振动音叉的周围，声音忽高忽低，是由于音叉的两个振片发出频率相同的两列声波，两列声波在音叉的周围叠加产生了振动加强和振动减弱区域，这是波的干涉现象，故D符合题意；
故选：BD。
（多选）6．（2023 湖南）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°
【答案】BC
【解答】解：AB、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，由此可知当α＝41°时激光恰好能发生全反射，根据全反射的临界公式可得：
解得：n＝，故B正确，A错误；
CD、当他以α＝60°向水面发射激光时，根据几何关系可知，此时的入射角i为30°，根据折射定律可得：
由此可知，折射角r大于30°，因此岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°，故C正确，D错误；
故选：BC。
（多选）7．（2023 甲卷）等腰三角形△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，甲光比乙光的大
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，甲光比乙光的大
【答案】ACE
【解答】解：ABCD、作出光路图如图所示
细光束经ab边折射后的折射角θ甲＞θ乙，根据几何关系可知光在bc边上的入射角甲光比乙光的大，根据 ，细光束在ab边折射时，两种光的入射角相同，折射角θ甲＞θ乙，所以 n甲＜n乙，乙光的折射率大，则频率大，波长小；由n＝可知乙光传播速度小，故AC正确，BD错误。
E、由题图可知从ac边射出的光线平行，即甲、乙两束光折射角相同，由n甲＜n乙，结合光路可逆，则有在棱镜内bc边反射时的入射角，甲光比乙光的大，故E正确。
故选：ACE。
三．实验题（共1小题）
8．（2023 海南）用激光测玻璃砖折射率的实验中，玻璃砖与屏P平行放置，从另一侧用激光笔以一定角度照射，此时在屏上的S1处有激光点，移走玻璃砖，光点移到S2处。
（1）请画出激光束经玻璃折射后完整的光路图；
（2）已经测出AB＝l1，OA＝l2，S1S2＝l3，则折射率n＝　　（用l1、l2、l3表示）；
（3）若改用宽ab更小的玻璃砖做实验，则S1S2间的距离会 　变小　（填“变大”，“变小”或“不变”）。
【答案】（1）光路图见解析；（2）；（3）变小。
【解答】解：（1）根据题意结合光的传播情况作出光路图如图所示：
（2）根据光的折射定律可得：n＝
根据几何关系可得：
sini＝＝
sinr＝＝＝
联立解得：n＝
（3）若玻璃砖宽度变小，相当于把ad边下移，与两条光线的交点距离变小，即BC就小，那S1S2也会变小。
故答案为：（1）光路图见解析；（2）；（3）变小。
四．解答题（共2小题）
9．（2023 山东）一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量，其部分原理简化如图所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N，相距为d，直径均为2a，折射率为n（n＜）。M、N下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在M内多次全反射后从下端面射向被测物体，经被测物体表面镜面反射至N下端面，N下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。
（1）从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为θ，求θ的正弦值；
（2）被测物体自上而下微小移动，使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围（只考虑在被测物体表面反射一次的光线）。
【答案】（1）从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角θ的正弦值为；
（2）玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围为≤b≤。
【解答】解：（1）设激光在M内发生全反射的入射角为α，从下端由M射出时的入射角为β，光路图如图
激光在M内发生全反射，故sinα≥
由几何关系得：α+β＝90°
则sinβ≤
根据折射定律得：n＝
则最大偏角的正弦值为sinθ＝
（2）做光路图如图：
当光线刚好能照到N下端最左侧时，玻璃丝下端面到被测物体距离b1＝
光线刚好能照全部覆盖N下端时，玻璃丝下端面到被测物体距离b2＝
sinθ＝
则tanθ＝＝＝
则玻璃丝下端面到被测物体距离的范围为：≤b≤
答：（1）从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角θ的正弦值为；
（2）玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围为≤b≤。
10．（2023 乙卷）如图，一折射率为的棱镜的横截面为等腰直角三角形△ABC，AB＝AC＝l，BC边所在底面上镀有一层反射膜。一细光束沿垂直于BC方向经AB边上的M点射入棱镜，若这束光被BC边反射后恰好射向顶点A，求M点到A点的距离。
【答案】M点到A点的距离为l。
【解答】解：作光路图如图：
设光束经过AB面时折射角为α，由折射定律得：n＝＝
解得：α＝30°
设光束经过BC面时入射角为θ，由几何关系得：90°﹣α+45°+90°﹣θ＝180°
解得：θ＝15°
由反射定律得：∠MOA＝2θ＝2×15°＝30°
根据几何关系得：∠BMO＝90°﹣α＝90°﹣30°＝60°
∠BAO＝180°﹣90°﹣α﹣2θ＝180°﹣90°﹣30°﹣2×15°＝30°
∠CAO＝90°﹣∠BAO＝90°﹣30°＝60°
则△BMO∽△CAO
△AMO为等腰三角形，则：MA＝MO＝AO
＝
且MA+BM＝AB＝l
联立解得：MA＝l
答：M点到A点的距离为l。
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