考向二 光的折射和全反射（选择题）
1．对折射率的理解
（1）n＝
（θ1、θ2分别为入射角和折射角）。
（2）n＝
（c为光速，v为光在介质中的速度）。
（3）折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关。
（4）折射率与介质的密度没有关系，光密介质不是指密度大的介质。
（5）同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。
2．对全反射的理解
（1）全反射的条件：
光从光密介质进入光疏介质，入射角大于或等于临界角。
（2）临界角公式：
sinC＝
。
（3）光的全反射现象遵循光的反射定律，光路是可逆的。
（4）当光射到两种介质的界面上时，往往同时发生光的折射和反射现象，但在全反射现象中，只发生反射，不发生折射。
当折射角等于90°时，实际上就已经没有折射光了。
（5）全反射现象可以从能量的角度去理解；当光由光密介质射向光疏介质时，在入射角逐渐增大的过程中，反射光的能量逐渐增强，折射光的能量逐渐减弱，当入射角等于临界角时，折射光的能量已经减弱为零，这时就发生了全反射。
（2014·德阳模拟）一半径为R的半圆形玻璃砖放置在竖直平面上，其截面如图所示。
图中O为圆心，MN为竖直方向的直径。
有一束细光线自O点沿水平方向射入玻璃砖，可以观测到有光线自玻璃砖右侧射出，现将入射光线缓慢平行下移，当入射光线与O点的距离为d时，从玻璃砖右侧射出的光线刚好消失。
则此玻璃的折射率为（ ）
A.
B.
C.
D.
[解析] 当从玻璃砖射出的光线刚好消失时，入射光线在半圆面上的入射角恰好等于玻璃砖的临界角，由几何关系可知，sinC＝
，又sinC＝
，故得n＝
，C正确。
[答案] C
[感悟升华]
求解光的折射和全反射的思路
4.（2014·四川高考）如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球，则（ ）
A．小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球
B．小球所发的光能从水面任何区域射出
C．小球所发的光从水中进入空气后频率变大
D．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大
解析：
选D 发光小球沿水平方向发出的光，均能射出玻璃缸，不发生全反射，A错误；小球发出的光射到水面上时，当入射角大于等于临界角时，会发生全反射，B错误；光的频率由光源决定，光由一种介质进入另一种介质时，光的频率不变，C错误；根据n＝
，光在水中的传播速度较小，D正确。
5．（2013·四川高考）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：
选D 光属于电磁波，是一种横波，另外光的折射现象的出现不能说明光是纵波，A错误；当光从光密介质射向光疏介质，且入射角足够大时，会在分界面处发生全反射现象，此时只有折射光线而反射光线消失，B错误；当光垂直射到两种不同介质的分界面时，折射光线与入射光线的传播方向是相同的，C错误；当光射到两种不同介质的分界面时会发生折射现象，这是因为不同介质对光的（绝对）折射率n＝
不同，即光在不同介质中的传播速度不同，D正确。
6．如图所示，一束光从空气中射向折射率为n＝
的某种玻璃的表面，θ1表示入射角，则下列说法中错误的是（ ）
A．当θ1＞45°时会发生全反射现象
B．无论入射角θ1是多大，折射角θ2都不会超过45°
C．欲使折射角θ2＝30°，应以θ1＝45°的角度入射
D．当入射角θ1＝arctan
时，反射光线和折射光线恰好互相垂直
解析：
选A 光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于临界角时，才能发生全反射，A项中，光从空气射向玻璃时不会发生全反射现象，A错误；由折射率n＝
＝
可知，当入射角最大为90°时，折射角θ2＝45°，B正确；由折射率n＝
可知，C、D均正确。
7．（2014·全国新课标Ⅰ）一个半圆柱形玻璃砖，其横截面是半径为R的半圆，AB为半圆的直径，O为圆心，如图所示。
玻璃的折射率为n＝
。
（1）一束平行光垂直射向玻璃砖的下表面，若光线到达上表面后，都能从该表面射出，则入射光束在AB上的最大宽度为多少？
（2）一细束光线在O点左侧与O相距
R处垂直于AB从下方入射，求此光线从玻璃砖射出点的位置。
解析：
（1）在O点左侧，设从E点射入的光线进入玻璃砖后在上表面的入射角恰好等于全反射的临界角θ，则OE区域的入射光线经上表面折射后都能从玻璃砖射出，如图甲所示。
甲
由全反射条件有
sinθ＝
①
由几何关系有
xOE＝Rsinθ②
由对称性可知，若光线都能从上表面射出，光束的宽度最大为
l＝2xOE③
联立①②③式，代入已知数据得
l＝
R④
（2）设光线在距O点
R的C点射入后，在上表面的入射角为α，由几何关系及①式和已知条件得
α＝60°>θ⑤
光线在玻璃砖内会发生三次全反射，最后由G点射出，如图乙所示。
乙
由反射定律和几何关系得
xOG＝xOC＝
R⑥
射到G点的光有一部分被反射，沿原路返回到达C点射出。
答案：
（1）
R
（2）见解析
考向三 光的波动性 电磁波和相对论（选择题）
1．光的波动性
（1）必须明确光的干涉现象和光的衍射现象证明了光的波动性，光的偏振现象说明光为横波。
（2）必须掌握光的干涉和光的衍射产生的条件：
发生干涉的条件是两光源频率相等，相位差恒定；发生明显衍射的条件是障碍物或小孔的尺寸跟光的波长相差不多或比光的波长小。
2．对麦克斯韦电磁场理论的进一步理解
3.狭义相对论的两个基本假设
（1）狭义相对性原理：
在不同的惯性参考系中，一切物理规律都是相同的。
（2）光速不变原理：
真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的。
4．时间和空间的相对性
“同时”的相对性：
同时是相对的，与参考系的运动有关。
（2014·江苏高考）某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到图甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，观察到的条纹如图乙所示。
他改变的实验条件可能是（ ）
A．减小光源到单缝的距离
B．减小双缝之间的距离
C．减小双缝到光屏之间的距离
D．换用频率更高的单色光源
[思路探究]
由双缝干涉条纹间距公式Δx＝
λ分析判断。
[解析] 根据Δx＝
λ知，要使条纹间距变大，可减小双缝之间的距离d，增大光的波长λ（即降低光的频率）或增大双缝到屏的距离l，B正确，A、C、D错误。
[答案] B
[感悟升华]
分析光的干涉现象“三注意”
（1）干涉条件：
两列相干波源频率相同、相位差恒定、振动方向在同一直线上。
（2）明暗条纹的形成条件：
Δr＝kλ（k＝0,1,2,3，…），明条纹。
Δr＝
λ（k＝0,1,2,3，…），暗条纹。
（3）条纹间距：
Δx＝
λ。
用双缝干涉实验测光的波长原理：
λ＝
Δx。
8．目前雷达发射的电磁波频率多在200MHz至1000MHz的范围内。
下列关于雷达和电磁波的说法正确的是（ ）
A．真空中上述雷达发射的电磁波的波长范围在0.3m至1.5m之间
B．电磁波是由恒定不变的电场或磁场产生的
C．测出从发射电磁波到接收反射波的时间间隔可以确定雷达和目标的距离
D．波长越短的电磁波，反射性能越强
解析：
选ACD 由公式v＝λf可得，λmin＝
＝
m＝0.3m，λmax＝
＝
m＝1.5m，A正确；电磁波是由周期性变化的电场或磁场产生的，B错误；由雷达的工作原理可知C正确；波长越短的电磁波，传播的直线性越好，反射性能越强，D正确。
9．（2014·攀枝花模拟）下列现象中，属于光的衍射现象的是（ ）
A．雨后天空出现彩虹
B．通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹
C．一束白光通过三棱镜形成彩色光带
D．日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹
解析：
选B 雨后天空出现彩虹是太阳光经过空气中悬浮的水珠时发生折射和全反射而形成的，不是衍射，A错误；通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹属于单缝衍射，B正确；一束白光通过三棱镜形成彩色光带是因为组成白光的各单色光折射率不同而发生的色散，不是衍射，C错误；日光照在肥皂泡上在肥皂泡的前后表面两次发射的光叠加而产生干涉，彩色条纹属于干涉图样，D错误。
1．（2014·成都质检）下列说法中正确的是（ ）
A．做简谐运动的质点，其振动能量与振幅无关
B．泊松亮斑是光的干涉现象，玻璃中的气泡看起来特别明亮是光的全反射现象
C．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源和观察者的运动无关
D．各种电磁波在真空中的传播速度与光速一样，为3×105m/s
解析：
选C 做简谐运动的质点，其振动能量与振幅有关，A错误；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，B错误；真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，与光源和观察者的运动无关，C正确；各种电磁波在真空中的传播速度与光速一样，为3×108m/s，D错误。
2．图（a）为一列简谐横波在t＝0.10s时刻的波形图，P是平衡位置在x＝1.0m处的质点，Q是平衡位置在x＝4.0m处的质点；图（b）为质点Q的振动图像。
下列说法正确的是（ ）
A．在t＝0.10s时，质点Q向y轴正方向运动
B．在t＝0.25s时，质点P的加速度方向与y轴正方向相同
C．从t＝0.10s到t＝0.25s，该波沿x轴正方向传播了6m
D．从t＝0.10s到t＝0.25s，质点P通过的路程为30cm
解析：
选B 由振动图像可知，在t＝0.10s时，质点Q向y轴负方向运动，A错误；结合波形图及质点运动方向与波的传播方向的“上坡下、下坡上”规律可知，波沿x轴负方向传播，题图（a）中质点P经Δt＝0.25s－0.10s＝0.15s＝
T时间，位移变为负值，即此时质点P的加速度方向沿y轴正方向，B正确；波在Δt＝0.15s＝
T时间内沿x轴负方向传播
λ＝6m，C错误；任意质点在半个周期内通过的路程为2倍振幅，即20cm，从平衡位置或最大位移处开始，
T时间内通过的路程等于振幅，而题图（a）中质点P在半个周期后，已经过平衡位置并向负的最大位移处运动，
T时间内通过的路程小于振幅，D错误。
3．（2014·攀枝花质检）关于下列光学现象，说法正确的是（ ）
A．水中蓝光的传播速度比红光快
B．光从空气射入玻璃时可能发生全反射
C．在岸边观察前方水中的一条鱼，鱼的实际深度比看到的要浅
D．分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距更宽
解析：
选D 光在介质中的传播速度v＝
，其中n是折射率，由于水对蓝光的折射率大于水对红光的折射率，所以在水中蓝光传播速度比红光慢，A错误；光从光密介质射入光疏介质时，才有可能发生全反射，B错误；视深h和实际深度H的关系为h＝
，所以鱼的实际深度比看到的要深，C错误；双缝干涉实验中条纹间距Δx＝
λ，由于红光波长大于蓝光波长，所以用红光时得到的条纹间距更宽，D正确。
4．（2014·宜宾模拟）下列说法中不正确的是（ ）
A．泊松亮斑的本质是光绕过盘的边缘产生的衍射现象
B．在同一种物质中，不同波长的光波的传播速度不一样，波长越短，波速越小
C．全息照相是利用了光的衍射原理，这就要求参考光和物光有很高的相干性
D．经典力学的时空观就是一个绝对的时空观，时间与空间、物体的运动无关
解析：
选C 泊松亮斑的本质是光绕过盘的边缘产生的衍射现象，A正确；在同一种物质中，不同波长的光波的传播速度不一样，波长越短，波速越小，B正确；全息照片的拍摄利用了光的干涉原理，即两束光频率必须相同，要求参考光和物光有很高的相干性，C错误；经典力学的时空观就是一个绝对的时空观，时间与空间、物体的运动无关，D正确。
5．（2014·湖北重点中学联考）波速均为v＝2m/s的甲、乙两列简谐横波都沿x轴正方向传播，某时刻波的图像分别如图甲、乙所示，其中P、Q处的质点均处于波峰。
关于这两列波，下列说法正确的是（ ）
A．甲波中的M处质点比P处质点先回到平衡位置
B．从图示的时刻开始，经过1.0s，P质点通过的位移为2m
C．从图示的时刻开始，P处质点比Q处质点先回到平衡位置
D．此时刻，M点的运动方向沿x轴正方向
解析：
选C 根据上下坡法可知甲图中M点正向上振动，需要大于四分之一周期时间才能回到平衡位置，P点正通过最大振幅向下振动，需要四分之一周期回到平衡位置，故P处的质点比M处质点先回到平衡位置，A、D错误；由图知，λ甲＝4m，λ乙＝8m，由v＝
解得T甲＝2s，T乙＝4s，故P处的质点经过1s振动了二分之一周期，振动到了波谷位置，即通过的位移为0.2m，B错误；P、Q处的质点要想回到平衡位置，最小需要四分之一周期，即P处的质点需要0.5s，Q处的质点需要1s，故从图示的时刻开始，P处质点比Q处质点先回到平衡位置，C正确。
6．属于狭义相对论基本假设的是：
在不同的惯性系中（ ）
A．真空中光速不变
B．时间间隔具有相对性
C．物体的质量不变
D．物体的能量与质量成正比
解析：
选A 由爱因斯坦狭义相对论基本假设可知选项A正确。
7．（2014·广元模拟）下列说法中正确的是（ ）
A．交通警察通过发射超声波测量车速，利用了波的干涉原理
B．电磁波的频率越高，它所能携带的信息量就越大，所以激光可以比无线电波传递更多的信息
C．单缝衍射中，缝越宽，衍射现象越明显
D．地面上测得静止的直杆长为L，则在沿杆方向高速飞行的火箭中的人测得杆长应小于L
解析：
选BD 交警通过发射超声波测量车速，利用了多普勒效应，A错误；电磁波能携带的信息量与其频率有关，频率越高，能携带的信息量就越大，选项B正确；由发生明显衍射条件知，选项C错误；根据爱因斯坦相对论可知，运动的物体长度变短，选项D正确。
8．（2014·安徽六校联考）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
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：
选D 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（dtanC）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。
9．（2014·九江联考）下列物理现象中：
（1）在春天里一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝；
（2）“闻其声而不见其人”；
（3）学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音；
（4）当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高。
这些物理现象分别属于波的（ ）
A．反射、衍射、干涉、多普勒效应
B．折射、衍射、多普勒效应、干涉
C．反射、折射、干涉、多普勒效应
D．衍射、折射、干涉、多普勒效应
解析：
选A 在春天里在一次闪电过后，有时雷声轰鸣不绝，属于声波的反射；“闻其声而不见其人”属于声波的衍射；学生围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音属于声波的干涉；当正在鸣笛的火车向着我们急驶而来时，我们听到汽笛声的音调变高属于多普勒效应。
正确选项是A。
10．（2014·上海虹口期末）小河中有一个实心桥墩P，A为靠近桥墩浮在水面上的一片树叶，俯视如图所示，小河水面平静。
现在S处以某一频率拍打水面，使形成的水波能带动树叶A振动起来，可以采用的方法是（ ）
A．提高拍打水面的频率
B．降低拍打水面的频率
C．无论怎样拍打，A都不会振动起来
D．无需拍打，A也会振动起来
解析：
选B 使形成的水波能带动树叶A振动起来，必须使水面形成的波波长足够长，衍射现象明显，可以采用的方法是降低拍打水面的频率，选项B正确。
11.（2014·唐山模拟）某学习小组在探究三棱镜对光的色散的实验中，用一束含有两种A、B不同颜色的光束以一定的角度从三棱镜的一边射入，并从另一面射出，如图所示。
由此我们可以知道（ ）
A．在同种介质中，A光的波长比B光的波长长
B．从空气中以相同的入射角射入同样的介质，A光的折射角比B光的小
C．A、B两种光在水中的速度一样大
D．A、B两种光从相同的介质入射到空气中，逐渐增大入射角，B光先发生全反射
解析：
选AD 由图可知，B光折射率较大，B光的频率大。
在同种介质中，A光的波长比B光的波长长，选项A正确；从空气中以相同的入射角射入同样的介质，A光的折射角比B光的大，选项B错误；A、B两种光在水中的速度，A光较大，选项C错误；由于B光的折射率较大，B光的全反射临界角较小，A、B两种光从相同的介质入射到空气中，逐渐增大入射角，B光先发生全反射，选项D正确。
12．光纤通信采用的光导纤维是由内芯和外套组成，如图所示，其中内芯的折射率为n1，外套的折射率为n2，下列说法正确的是（ ）
A．内芯和外套的折射率应满足n1＞n2
B．内芯和外套的折射率应满足n1＜n2
C．从左端面入射的光线，其入射角θ必须大于某值，全部光才能被传导
D．从左端面入射的光线，其入射角θ必须小于某值，全部光才能被传导
解析：
选AD 光纤通信是利用光的全反射原理来工作的，光只有从光密介质进入光疏介质中时，才能发生全反射，因而内芯和外套的折射率应满足n1＞n2。
从图中看由左端面入射的光线，其入射角越小，进入介质后，在n1与n2的界面上入射角越大，越易发生全反射，故A、D正确。
13．（2014·焦作一模）下列说法中正确的是（ ）
A．光的偏振现象说明光是纵波
B．人耳能听见的声波比超声波更易发生衍射
C．光的双缝干涉实验中，若仅将入射光从红光改为紫光，则相邻亮条纹间距一定变大
D．光导纤维传播光信号利用了光的全反射原理
解析：
选BD 光的偏振现象说明光是横波，
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