第四章 光的折射和全反射 单元测试题1（word解析版）

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第一册
第四章
光的折射和全反射
单元测试题1（解析版）
一、选择题（共40分）
1．一束光在两种介质的界面处发生全反射，下列判断正确的是（　　）
A．光一定是由光疏介质射向光密介质
B．光一定是由光密介质射向光疏介质
C．入射角一定等于临界角
D．入射角一定小于临界角
2．在用插针法测定梯形玻璃砖的折射率的实验中，某同学在纸上画出的界面与玻璃砖位置的关系如图所示，光从射入玻璃砖，从射出，该同学其他实验操作均正确，且均以为界面画光路图，该同学测得的折射率与真实值相比（　　）
A．偏大
B．偏小
C．不变
D．无法确定
3．一玻璃砖横截面如图所示，其中ABC为直角三角形（AC边未画出），AB为直角边，，ADC为一圆弧，其圆心在BC边的中点。此玻璃的折射率为1.5。P为一贴近玻璃砖放置的、与AB垂直的光屏。若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入玻璃砖，则（　　）
A．从BC边折射出一束宽度比BC边长度小的平行光
B．从BC边折射出一束宽度比BC边长度大的平行光
C．屏上有一亮区，其宽度等于AC边的长度
D．屏上有一亮区，其宽度小于AB边的长度
4．一半径为R的半圆形玻璃砖放置在竖直平面上，其截面如下图所示.
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内射出，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，从玻璃砖射出的光线刚好消失.则此玻璃的折射率为（
???）
A．
B．
C．
D．
5．下列说法正确的是（　　）
A．入射波的波长和反射波的波长相等
B．入射波的波长大于折射波的波长
C．入射波的波长小于折射波的波长
D．入射角与折射角之比等于两波速之比
6．、、三条平行光线从空气射向玻璃砖且方向垂直于半圆柱体玻璃砖的截面直径，如图所示。光线正好过圆心，光线、从光线的两侧对称入射，光线、从玻璃砖下表面进入空气后与光线交于、，则下列说法正确的是（　　）
A．玻璃对三种光的折射率关系是
B．玻璃对三种光的折射率关系是，光的折射率大小无法确定
C．光在真空中的传播速度大于光的传播速度
D．若、都能使某金属发生光电效应，则打出的光电子的最大初动能大于光打出的光电子的最大初动能
7．如图所示的光路图，不同频率的两细束单色光、平行地从相距为的两点射向玻璃砖的上表面，恰好在玻璃砖的下表面上相交于点，玻璃对两单色光的折射率分别为、，两单色光在玻璃中运动时间均为，真空中光速为，则下列说法正确的是（　　）
A．两束光的入射角的正弦值为
B．两束光的入射角的正弦值为
C．光的折射率大于光的折射率
D．光的频率大于光的频率
8．如图所示，一半圆形玻璃砖，C点为其圆心，直线过C点与玻璃砖上表面垂直。与直线平行且等距的两束不同频率的细光束a、b从空气射入玻璃砖，折射后相交于图中的P点，以下说法正确的是（　　）
A．此玻璃砖对b光的折射率大
B．真空中a光的波长小于b光的波长
C．a光的频率大于b光的频率
D．若a、b光从此玻璃砖射入真空，a光发生全反射的临界角较大
9．下列说法正确的是__________。
A．共享单车是“新四大发明”之一，手机和互联网、互联网和单车之间都是通过红外线传递信息的
B．高速运动的物体，沿运动方向的长度会变长
C．发生沙尘暴时能见度只有几十米，天空变黄发暗，这是因为发生沙尘暴时只有波长较长的一部分光才能到达地面
D．根据多普勒效应可以算出宇宙中的星球靠近或远离地球的速度
E.光纤通信、医用纤维式内窥镜都利用了光的全反射原理
10．下述现象哪些是由于全反射造成的（??
）
A．露水珠或喷泉的水珠，在阳光的照耀下格外耀眼?????
B．沙漠中的海市蜃楼
C．用光导纤维传输图象信号????????????????????????????????????????
D．插在水中的筷子看起来向上折了
二、实验题（共15分）
11．（1）某同学利用半圆形玻璃砖做“测定玻璃的折射率”的实验。光线沿着半径方向射到半圆形玻璃砖的圆心上，实验光路如图甲所示。从图a到图b到图c是入射角度逐渐增大的过程，角度增大到一定程度折射光线刚好消失，如图c。可以得出结论，随着入射角的逐渐增大，折射角________。该同学想利用插针法确定图c中的光路，如图乙，将P1、P2竖直插在入射光线上后，在玻璃砖的右侧如何插下P3：________。最后作得完整光路如图丙，并用量角器测得入射角θ等于37°，可以得出玻璃砖的折射率为______。（已知sin
37°＝0.6，cos
37°＝0.8）
　
（2）为了做“探究碰撞中的不变量”实验，某同学设计了如图所示实验，质量为mA的钢球A用细线悬挂于O点，质量为mB的钢球B放在离地面高度为H的平台边缘N点上（O点在N点正上方），悬线在A球释放前伸直，且悬线与竖直线的夹角为α，O点到A球球心的距离为L，A球释放后摆动到最低点时恰与B球正碰，碰撞后，A球把轻质指示针OC推到与竖直线夹角β处，B球落到地面上，地面上铺一张盖有复写纸的白纸D。保持α角度不变，多次重复上述实验，白纸上记录到多个B球的落点，测量落点到平台的水平距离并取平均值s。得出的表达式为__________________。（利用图中的物理量表示）
12．（1）在“测定玻璃的折射率”实验中，某同学经正确的操作，插好了4枚大头针P1、P2和P3、P4，如图所示．
①在坐标纸上画出完整的光路图，并标出入射角θ1和折射角θ2；
②对画出的光路图进行测量，求出该玻璃的折射率n=_________（结果保留2位有效数字）．
三、解答题（共45分）
13．如图所示，在一半径为的圆柱形薄壁容器中盛满透明液体，上表面圆心为为容器最右端的点，在正上方距离为的位置，为的中点，为正下方一点。已知液体的折射率为，光在真空中的传播速度为。
（1）在点放一个点光源，眼睛在点看向点正好能看见点光源，求点光源发出的光传播到眼睛所需的时间。
（2）若把眼睛移动到点，求眼睛能看到的液体最深处到液面的高度差。
14．“道威棱镜”广泛地应用在光学仪器当中。如图所示，将一等腰直角玻璃棱镜截去棱角，使其上表面平行于底面，就制成一“道威棱镜”，这样可减小棱镜的重量和杂散的内部反射。一细束平行于底边CD的单色光从AC边上的点射入，已知，真空中光速为，玻璃棱镜的折射率。（可能用到的数学公式：）求：
（1）
光线进入“道威棱镜”时的折射角；
（2）折射光从点第一次传播到边的时间。
15．如图甲所示的光学仪器，是被广泛用来进行图形翻转的“道威棱镜”示意图。棱镜的横截面OABC是底角为45°的等腰梯形，高为a，上底AB边长为2a，下底OC边长为4a、已知棱镜材料的折射率n=，真空中光速为c、
（1）一束光线平行AB从OA边射入棱镜，如图乙，请论证OC面是否有光线射出棱镜。
（2）一束光线垂直OC边射入棱镜，如图丙，求该光束在棱镜中的传播时间t。
16．如图所示为两个完全相同且正对的半球形玻璃砖，，半径大小为，其中为两球心的连线，一细光束沿平行于的方向由左侧玻璃砖外表面的点射入，已知点到轴线的距离为，光束由左侧玻璃砖的点射出、然后由右侧玻璃砖的点射入，最后恰好在右侧玻璃砖内表面的点发生全反射（点未在图中标出），忽略光束在各面的反射，已知玻璃砖的折射率均为。求：
(1)光束在点的折射角；
(2)点到轴线的距离。
参考答案
1．B
【详解】
光在两种介质的界面处发生全反射，知光从光密介质进入光疏介质，入射角大于或等于临界角
故选B。
2．B
【详解】
以为界面画光路图，会使得折射角增大，由折射定律
可知，折射率n将偏小，故该同学测得的折射率与真实值相比偏小。
故选B。
3．D
【详解】
根据临界角公式
可知
所以
C＜45°
则光在BC面上发生全反射，光经BC面全反射后垂直AC面由ADC进入空气，折射角大于入射角，故所有从曲面ADC射出的光线都向ADC的中央方向偏折，如图所示
屏上亮区宽度小于AC边长度，又AB边与AC边长度相等，当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时，屏上亮区先逐渐变小，一旦越过，折射光线的交点后，亮区渐渐变大。
故选D。
4．C
【详解】
根据题意可知，当入射光线与O点的距离为d时，从玻璃砖射出的光线刚好消失，光线恰好在MN圆弧面上发生了全反射，作出光路图，如图
根据几何知识得：
,
联立得：
A.
与上述计算结果
不相符，故A错误；
B.
与上述计算结果
不相符，故B错误；
C.
与上述计算结果相符，故C正确；
D.
与上述计算结果
不相符，故D错误．
5．A
【详解】
A．因为入射波和反射波在同种介质中，所以它们的波长相等，故A正确；
BC．介质不确定时，不能确定入射波长和折射波长的大小关系，故BC错误；
D．根据光的折射定律
则入射角的正弦值与折射角的正弦值之比等于两波速之比，故D错误。
故选A。
6．B
【详解】
AB．c光通过玻璃砖后偏折程度比a光的大，所以玻璃对c光的折射率大于对a光的折射率。由于玻璃对b光没有发生偏折，无法判断玻璃对b光的折射率与对a、c两光的折射率的大小，A错误，B正确；
C．光在真空中的传播速度等于光的传播速度，C错误；
D．c光的折射率大，频率高，根据光电效应方程可知，若a、c都能使某金属发生光电效应，则c打出的光电子的初动能更大，D错误。
故选B。
7．B
【详解】
AB．设两单色光在玻璃中的波程分别为、，进入玻璃的折射角分别为、，在玻璃中的传播速度分别、，由折射定律知
由几何关系知
又
联立解得
选项A错误，B正确；
CD．由图知，根据可知光的折射率小于光的折射率，光的频率小于光的频率，选项CD错误。
故选B。
8．AD
【详解】
A．由图和折射定律可知，玻璃砖对b的折射率大于a的，选项A正确；
BC．玻璃砖对b的折射率大于a的，所以b的频率高，由，可知在真空中，a光的波长大于b光的波长，选项BC错误；
D．由可知，a光的折射率小，所以a光发生全反射的临界角大，选项D正确。
故选AD。
9．CDE
【详解】
A．手机是通过电磁波传递信息的，故A错误；
B．根据相对论可知，高速运动的物体，沿运动方向的长度会变短，故B错误；
C．波长较短的光容易被障碍物挡住，不能到达地面，波长较长的光更容易发生衍射而透过沙尘间的缝隙到达地面，故C正确；
D．由于波源与接受者的相对位移的改变而导致接受频率的变化，称为多普勒效应，故根据多普勒效应，可以判断遥远天体相对于地球的运动速度，故D正确；
E．光纤通信、医用纤维式窥镜都利用了光的全反射原理，故E正确。
故选：CDE。
10．ABC
【解析】
【详解】
A．露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下在部分位置发生全反射，所以格外明亮，故A正确；
B．海市蜃楼是一种由光的折射产生的现象，是由于光在密度不均匀的物质中传播时，发生折射而引起的，属于全反射，故B正确；
C．由于光导纤维能全反射，故用来传输光信号、图象信号，故C正确；
D．水中的筷子看起来向上折了，是由于发生了光的折射，故D错误。
故选ABC。
【点睛】
日常生活中的全反射现象很多，但被我们利用却不多，注意全反射现象的条件：要发生光的全反射，必须光从光密介质进入光疏介质，且入射角大于临界角．
11．逐渐增大
让P3同时挡住P1和P2的像
（或1.67）
mA＝mA＋mB
【详解】
(1)[1][2][3]入射角增大，折射角也要增大，在插入P3时要让P3同时挡住P1和P2的像。
由于题图c恰好发生全反射，则：
(2)[4]小球B被撞后，平抛飞出，则
速度为：
高度为：
联立可得：
A球摆动到最低处的速度根据机械能守恒可得:
碰撞后A球能够摆动最高处为C，则根据机械能守恒可得：
碰撞过程动量守恒，所以：mAvA＝mAvA′＋mBvB，
代入得：
12．①如图所示
；②1.4
【详解】
试题分析：①
如图所示；②根据光的折射定律可知：
考点：测定玻璃砖的折射率.
13．（1）
；（2）
【详解】
（1）由题意，光路图如图1所示，从点光源N发出的光经M点折射到Q，由几何知识可得光在M点的折射角为。由折射定律可得
解得光在M点的入射角为。
由几何知识可得
光在液体中的传播速度为
解得点光源发出的光传播到眼睛所需的时间为
图1
（2）如图2所示，离P点最远的圆柱母线上的一点A反射点光源发出的光并射向P点，且在P点的入射角恰好达到全反射临界角C，则A点就是眼睛能够看到的液体最深处。
图2
光在液面发生全反射的临界角C的正弦值为
根据几何关系可知A点到液面的高度差为H=2R。
14．（1）；（2）
【详解】
（1）如图，由几何关系知，入射角，
据折射定律
解得光线进入“道威棱镜”时的折射角
（2）由几何关系知
设，由正弦定理
解得
光在玻璃棱镜中的传播速度
折射光从点第一次传播到边的时间
15．（1）没有，见解析；（2）
【详解】
（1）根据
解得
所以
根据
解得
在OC面发生全反射，没有光线射出棱镜
（2）由光路图
根据几何知识得，光在棱镜中通过的路程
根据
16．(1)；(2)
【详解】
(1)由题意作出光路图，如图所示：
a点到轴线的距离为，由几何关系得，则入射角
由折射定律，解得，由几何关系得，根据折射定律得
解得
(2)从e点射入右侧玻璃砖的光线，入射角，由折射定律，解得
光线在f点发生全反射，则，在中，由正弦定理得
解得
即e点到轴线的距离应为。