第四章 光 单元测试卷（基础卷）（word版含答案）
文档属性
| 名称 | 第四章 光 单元测试卷（基础卷）（word版含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 587.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-10-23 15:02:50 | ||
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文档简介
第四章 光 单元测试卷（基础卷）
一、单选题
1．如图所示，将一个半圆形玻璃砖置于空气中，当一束单色光入射到玻璃砖的圆心O时，下列情况不可能发生的是（ ）
A．B．C．D．
2．下列有关光现象的说法正确的是（ ）
A．在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的全反射现象
B．光导纤维丝外套材料的折射率比内芯材料的折射率大
C．阳光下玻璃的边缘呈现彩色；雨过天晴后，有时天空中会出现彩虹，这两种现象都是光的色散现象
D．光的偏振现象说明光是一种纵波
3．关于甲、乙、丙、丁四个实验，以下说法正确的是( )
A．四个实验产生的条纹均为干涉条纹.
B．甲、乙两实验产生的条纹均为等距条纹
C．丙实验中，产生的条纹间距越大，该光的频率越大.
D．丁实验中，产生的明暗条纹为光的衍射条纹
4．如图所示的是一个透明圆柱体的横截面，一束单色光平行于直径AB射向圆柱体，光线经过折射后恰能射到B点．已知入射光线到直径AB的距离为R，R是圆柱体的半径．已知光在真空中的传播速度为c，则 ( )
A．该透明圆柱体介质的折射率为
B．该单色光从C点传播到B点的时间为
C．折射光线过B点时可能发生全反射
D．改变入射光线到直径AB的距离，折射光线仍然能够射到B点
5．如图为、、三种光在同一光电效应装置中测的光电流和电压的关系．由、、组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的是（ ）
A． B．
C． D．
6．夏天，海面上下层空气的温度比上层空气的温度低。可以设想海面上的空气是由折射率不同的许多水平气层组成的。景物发出的光线由于不断被折射，越来越偏离原来的方向、人们逆着光线看去就出现了蜃景。如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A．蜃景是景物由于海平面对光的反射所成的像
B．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率大
C．A是蜃楼，B是景物
D．B是蜃景，A是景物
7．如表所示是某种频率的光常温下从真空向介质入射时几种介质对真空的折射率，由表中数据结合相关知识可以知道（ ）
几种介质的折射率
介质 折射率 介质 折射率
金刚石 2.42 岩盐 1.55
二硫化碳 1.63 酒精 1.36
玻璃 1.5~1.8 水 1.33
水晶 1.55 空气 1.00028
A．这种光在玻璃中的速度大于在水中的速度
B．这种频率的光用同一装置在水中进行双缝干涉实验观测的条纹间距大于在空气中观测的条纹间距
C．光密介质的密度一定大于光疏介质密度
D．这种频率的光从水晶射入空气比从水射入空气更容易发生全反射
8．用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后
A．干涉条纹消失
B．彩色条纹中的红色条纹消失
C．中央条纹变成暗条纹
D．中央条纹变成红色
二、多选题
9．平行单色光射向一横截面为半圆形的玻璃柱体，射向其圆弧面的光只有图中所示圆心角为的一段圆弧上有光射出（不考虑光在玻璃内的多次反射）。已知当入射光为a光时，，当入射光为b光时，，则（ ）
A．该玻璃对a光的折射率为2 B．该玻璃对b光的折射率为
C．在玻璃中a光的速度比b光的速度大 D．在玻璃中a光的速度比b光的速度小
10．华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理学奖，他被誉为“光纤通信之父”。光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。下列关于光导纤维的说法中正确的是（ ）
A．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
B．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
C．波长越短的光在光纤中传播的速度越大
D．频率越大的光在光纤中传播的速度越小
11．如图所示，一个厚度的军事设施，观察孔宽度L=60cm。为了扩大向外的观察视野，将折射率的某种玻璃砖完全嵌入观察孔内（图中为观察孔的俯视图），则（ ）
A．在观察孔的中央观察，视野角比安装前增大60°
B．在观察孔的中央观察，视野角比安装前增大90°
C．若观察者在孔的边缘观察，可以观察到在中央观察所看不到的位置
D．要使视野角接近180°，则需嵌入折射率至少为n=2的玻璃砖
12．如图所示，甲、乙分别是a、b两束单色光用同一双缝干涉装置进行实验得到的干涉图样，下列关于a、b两束单色光的说法正确的是（ ）
A．a、b光在真空中的波长满足
B．a、b光在玻璃中的折射率满足
C．若该两束光分别为红光和紫光，则a为紫光
D．若a、b光分别从玻璃射入空气，则a光临界角较小
三、解答题
13．某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率如图甲中实线所示．在固定好的白纸上作出直角坐标系xOy，实验时将半圆形玻璃砖M放在白纸上，使其底边与Ox轴重合，且圆心恰好位于O点，实验正确操作后，移去玻璃砖，作连线，用圆规以O点为圆心画一个圆（如图中虚线所示），此圆与AO线交点为B，与连线的交点为C,测出B点到x、y轴的距离分别为，C点到x、y轴的距离分别为．
（1）根据测出的B、C两点到两坐标轴的距离，可知此玻璃折射率测量值的表达式n=______；
（2）若实验中该同学在y<0的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到的像，其原因最可能是_____________________________________________________．
（3）该同学又用平行玻璃砖做实验如图乙所示．他在纸上正确画出玻璃砖的两个界面和后，不小心碰了玻璃砖使它向方向平移了少许，如图所示．则他测出的折射率将_____（填“偏大”“偏小”或“不变”）．
14．公园的湖面上修建了一个伸向水面的观景平台，如图所示为其竖直截面图，水平湖底上的P点位于观景平台右侧边缘正下方，观景平台下表面距湖底的高度为H=4m，在距观景平台右侧边缘正前方d=4m处有垂直湖面足够大的宣传布幕．在P点左侧l=3m处湖底上的Q点安装有一单色光光源（可视为点光源）．已知水对该单色光的折射率n=，当水面与观景平台的下表面齐平时，只考虑在图中截面内传播的光，求：
①该光源发出的光照射到布幕上的最高点距水面的高度h；
②该光源发出的光能射出水面的最远位置距观景平台右侧的最远距离s．
15．自古以来人们对钻石都情有独钟，而市面上各种材料做的假钻石也非常多，对比钻石折射率是钻石真假的一种方法．如图所示，OABCD为某种材料做成的钻石的横截面，关于直线OO’对称，∠A＝∠D＝90°．图中∠AOO’角度为θ＝45°．现使一束单色光照射到AB边上的P点，入射角α＝60°，进入钻石的光线在AO边中点M发生全反射，并从OD边上N点折射出去，其中OA＝2mm，ON＝1mm．已知真钻石对该光线的折射率为2.42．
（1）通过求解该钻石的折射率，判断该钻石的真假．
（2）光在真空中传播的速度为c＝3×108m/s．求该单色光从入射到第一次折射出该钻石经历的时间（结果保留两位小数）．
16．军事科技领域发明了一种折射率为负值的特殊材料。电磁波通过空气和这种材料时，电磁波的传播规律仍然不变，入射角和折射角的大小关系仍然遵从折射定律（此时折射角取负值，即折射角和入射角在法线同一侧）。现有一该材料制作的横截面为半圆的柱形物体平放在可以吸收光线的地面上，如图所示，以圆心为坐标原点建立竖直平面坐标系。让左侧一束单色光从半圆的顶点入射，光在真空中传播的速度为c，该材料对该单色光的折射率为。半圆的半径为R。
（1）改变入射角度，求出地面上光点横坐标的取值范围；
（2）求该单色光在材料中传播的时间范围。
17．为了研究某种透明新材料的光学性质，将其压制成半圆柱形，如图（a）所示．一束激光由真空沿半圆柱体的径向与其底面过O的法线成角射入．CD为光学传感器用以探测光的强度．从AB面反射回来的光强随角变化的情况如图（b）所示．现在将这种新材料制成的一根光导纤维束弯成半圆形，如图（c）所示，暴露于空气中（假设空气中的折射率与真空相同），设半圆形外半径为R, 光导纤维束的半径为r. 求：
(i)这种新材料的折射率；
(ii)用同种激光垂直于光导纤维的端面EF射入，若该束激光不从光导纤维的侧面外泄，则弯成的半圆形的半径R与光导纤维半径r应满足的关系．
参考答案
1．D
【解析】A．当光由空气斜射进入半圆形玻璃砖时，既有反射又有折射，折射角小于入射角，是可能发生的， A不符合题意；
B．当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角小于临界角，既有反射又有折射，是可能发生的， B不符合题意；
C．当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角大于等于临界角时，会发生全反射，光线就不能进入空气，这种情况是可能发生的， C不符合题意；
D．当光由空气射入半圆形玻璃砖折射时，折射角应小于入射角，所以这种情况不可能发生，D符合题意。
故选D。
2．C
【解析】在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的干涉现象，选项A错误；光导纤维丝外套材料的折射率比内芯材料的折射率小，选项B错误；阳光下玻璃的边缘呈现彩色；雨过天晴后，有时天空中会出现彩虹，这两种现象都是光的色散现象，选项C正确；光的偏振现象说明光是一种横波，选项D错误.
3．D
【解析】A项：甲、乙、丙实验产生的条纹均为干涉条纹，而丁实验是光的衍射条纹，故A错误；
B项：甲实验产生的条纹为等距条纹，而乙是牛顿环，空气薄层不均匀变化，则干涉条纹间距不相等，故B错误；
C项：根据干涉条纹间距公式，丙实验中，产生的条纹间距越大，则波长越长，那么频率越短，故C错误；
D项：丁实验中，产生的明暗条纹间距不相等，且通过单缝，则为光的衍射条纹，故D正确．
4．B
【解析】光线P经折射后经过B点，光路图如图所示．
由几何知识得：，α=60°，β=α=30°；则折射率为：，故A错误．CB间的距离为 s=2Rcosβ=R，光在圆柱体传播速度为 v=c/n，则光从C点传播到B点的时间为．故B正确．由几何知识知，折射光线射到B点时的入射角等于β，由光路可逆性原理，折射光线不可能在B点发生全反射，一定能从B点射出，故C错误．改变入射光线到直径AB的距离，α改变，由 知，β改变，所以折射光线不能够射到B点，故D错误．故选B．
5．C
【解析】由光电效应的方程，动能定理，两式联立可得，故截止电压越大说明光的频率越大，则有三种光的频率，则可知三种光的折射率的关系为，因此光穿过三棱镜时b光偏折最大，c光次之，a光最小，故选C，ABD错误．
6．C
【解析】ACD．由于光在大气层中不停地发生全反射，蜃景是景物由于光在大气层中全反射，人们逆着光线看去就出现了蜃景，所以A是蜃景，B是景物,故AD错误，C正确；
B．光在大气层中发生全反射，知下层空气的折射率大于上层空气的折射率，故B错误。
故选C。
7．D
【解析】A．由表中数据可知玻璃的折射率大于水的折射率，根据可知，光在玻璃中的速度小于在水中的速度，故A错误；
B．这种频率的光在水中的波长小于在空气中的波长，则根据可知，这种频率的光用同一装置在水中进行双缝干涉实验观测的条纹间距小于在空气中观测的条纹间距，故B错误；
C．光密介质的折射率较大，而密度不一定较大，例如：酒精的折射率大于水的折射率，但其密度小于水的密度，故C错误；
D．水晶的折射率大于水的折射率，根据可知，这种频率的光在水晶中的临界角较小，则光从水晶射入空气比从水射入空气更容易发生全反射，故D正确。
故选D。
8．D
【解析】当用白光做干涉实验时，频率相同的色光，相互叠加干涉，在光屏上形成彩色条纹，中央形成白色的亮条纹；当在光源与单缝之间加上红色滤光片后，只有红光能通过单缝，然后通过双缝后相互叠加干涉，在光屏上形成红色干涉条纹，光屏中央为加强点，所以中央条纹变成红色亮条纹，故选项D正确，ABC错误；
点睛：本题考查了光的干涉现象，注意只有频率相同、振动相同的两列波才能形成稳定的干涉图像，同时要掌握哪些点是振动加强点，哪些点是振动减弱点．
9．AD
【解析】A．由题图知该玻璃对a光的折射率
故A正确；
B．该玻璃对b光的折射率
故B错误；
CD．根据折射定律可知玻璃对b光的折射率较小，根据，所以在玻璃中a光的速度比b光的速度小。故C错误D正确。
故选AD。
10．AD
【解析】AB．光从光密介质射向光疏介质才能发生全反射，所以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，选项A正确，B错误；
CD．频率越大（波长越短），折射率越大，根据
折射率越大的光在光纤中传播的速度越小，选项C错误，D正确。
故选AD。
11．ACD
【解析】AB.由知识知折射角为，根据折射定律
解得
则视野角比安装前增大，所以选项A正确，选项B错误；
C. 若观察者在孔的边缘观察，折射角变大，同样入射角变大，故可以观察到在中央观察所看不到的位置，所以选项C正确；
D.要使视野角接近180°，即入射角为，而折射角 不变，则折射率
所以选项D正确。
故选ACD。
12．CD
【解析】A．根据双缝干涉相邻条纹间距公式
可知，在其他条件不变的情况下，相干光的波长越长，条纹间距越大，由题图可知λa＜λb，故A错误；
B．同种介质对频率越大的光折射率越大，又由λa＜λb可知，所以na＞nb，故B错误；
C．由可知，若该两束光分别为红光和紫光，则a光为紫光，故C正确；
D．由
,na＞nb
知a光的临界角小于b光的临界角，故D正确。
故选CD。
13． 确定的光在介面上入射角太大发生了全反射 不变
【解析】解：(1)设光线在x轴上的入射角为i，折射角为r，玻璃砖的半径为R，根据数学知识得：，，则此玻璃折射率测量值的表达式为：；
(2)若实验中该同学在的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到、像，其原因可能是：确定的光在介面上入射角太大，发生了全反射；
(3)如图所示，红线表示将玻璃砖向上平移后实际的光路图，而黑线是作图时所采用的光路图，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，由折射率的定义式得知，测得的折射率将不变；
14．①3m②
【解析】射向观景台右侧边缘的光线折射后射到布幕上的位置最高，作出光路图，由数学知识求折射角的正弦值，即可由折射定律求出入射角的正弦，再由数学知识求解高度h．
Ⅱ、点光源S接近水面时，入射角为90°，光能照亮的距离最远，由折射定律求出折射角，即可由几何知识求解最远距离．
Ⅰ.光路如图所示：
射向观景台右侧边缘的光线折射后射到布幕上的位置最高
由折射定律得：
而
解得 sini=0.8
而
解得 h=3m
Ⅱ、点光源S接近水面时，光在观景台右侧面与水面交接处掠射到水里时，被照亮的距离为最远距离，此时，入射角为90°，折射角为临界角C．
根据
以及
解得：
15．（1）该钻石是假的．（2）该单色光从入射到第一次折射出该钻石经历的时间为2.31×10﹣11s．
【解析】（1）做出光线传播光路如图所示，设光线在AB边的折射角为β．
由几何关系可知：∠OMN＝β
tanβ，得β＝30°
该钻石的折射率 n
解得 n2.42，可以判断该钻石是假钻石．
（2）根据光的传播规律，可得该单色光在钻石中传播的速度大小为v
如图中光路所示，由几何关系可知，光在钻石中走过的路程为
s＝PM+MN＝4 mm＝4×10﹣3m
可得光在钻石中传播的时间 t
解得 t≈2.31×10﹣11s
16．（1）；（2）
【解析】（1）根据题意知，入射点是半圆顶点，折射光线在法线的左侧，作出光路图如图所示
根据
当入射角为，刚好折射角达到临界角，则有
可得临界角为
地面上光点横坐标的取值范围为
（2）光程最长对应的传播时间最长，最长的光程近似为
光在材料中传播速度
因此，该单色光在材料中传播的最长时间近似为
解得
同理，光程最短对应的传播时间最短，最短的光程为，因此，该单色光在材料中传播的最短时间为
.
所以该单色光在材料中传播的时间范围为
17．（1）n=1.25 ; （2）R=10r
【解析】(i)由图知，当时发生全反射，则：
(ii)激光不从光导纤维束侧面外泄的临界条件是入射光在外侧面处发生全反射，临界光路如图：
，解得：
一、单选题
1．如图所示，将一个半圆形玻璃砖置于空气中，当一束单色光入射到玻璃砖的圆心O时，下列情况不可能发生的是（ ）
A．B．C．D．
2．下列有关光现象的说法正确的是（ ）
A．在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的全反射现象
B．光导纤维丝外套材料的折射率比内芯材料的折射率大
C．阳光下玻璃的边缘呈现彩色；雨过天晴后，有时天空中会出现彩虹，这两种现象都是光的色散现象
D．光的偏振现象说明光是一种纵波
3．关于甲、乙、丙、丁四个实验，以下说法正确的是( )
A．四个实验产生的条纹均为干涉条纹.
B．甲、乙两实验产生的条纹均为等距条纹
C．丙实验中，产生的条纹间距越大，该光的频率越大.
D．丁实验中，产生的明暗条纹为光的衍射条纹
4．如图所示的是一个透明圆柱体的横截面，一束单色光平行于直径AB射向圆柱体，光线经过折射后恰能射到B点．已知入射光线到直径AB的距离为R，R是圆柱体的半径．已知光在真空中的传播速度为c，则 ( )
A．该透明圆柱体介质的折射率为
B．该单色光从C点传播到B点的时间为
C．折射光线过B点时可能发生全反射
D．改变入射光线到直径AB的距离，折射光线仍然能够射到B点
5．如图为、、三种光在同一光电效应装置中测的光电流和电压的关系．由、、组成的复色光通过三棱镜时，下述光路图中正确的是（ ）
A． B．
C． D．
6．夏天，海面上下层空气的温度比上层空气的温度低。可以设想海面上的空气是由折射率不同的许多水平气层组成的。景物发出的光线由于不断被折射，越来越偏离原来的方向、人们逆着光线看去就出现了蜃景。如图所示，则下列说法正确的是（ ）
A．蜃景是景物由于海平面对光的反射所成的像
B．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率大
C．A是蜃楼，B是景物
D．B是蜃景，A是景物
7．如表所示是某种频率的光常温下从真空向介质入射时几种介质对真空的折射率，由表中数据结合相关知识可以知道（ ）
几种介质的折射率
介质 折射率 介质 折射率
金刚石 2.42 岩盐 1.55
二硫化碳 1.63 酒精 1.36
玻璃 1.5~1.8 水 1.33
水晶 1.55 空气 1.00028
A．这种光在玻璃中的速度大于在水中的速度
B．这种频率的光用同一装置在水中进行双缝干涉实验观测的条纹间距大于在空气中观测的条纹间距
C．光密介质的密度一定大于光疏介质密度
D．这种频率的光从水晶射入空气比从水射入空气更容易发生全反射
8．用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹，在光源与单缝之间加上红色滤光片后
A．干涉条纹消失
B．彩色条纹中的红色条纹消失
C．中央条纹变成暗条纹
D．中央条纹变成红色
二、多选题
9．平行单色光射向一横截面为半圆形的玻璃柱体，射向其圆弧面的光只有图中所示圆心角为的一段圆弧上有光射出（不考虑光在玻璃内的多次反射）。已知当入射光为a光时，，当入射光为b光时，，则（ ）
A．该玻璃对a光的折射率为2 B．该玻璃对b光的折射率为
C．在玻璃中a光的速度比b光的速度大 D．在玻璃中a光的速度比b光的速度小
10．华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理学奖，他被誉为“光纤通信之父”。光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。下列关于光导纤维的说法中正确的是（ ）
A．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
B．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
C．波长越短的光在光纤中传播的速度越大
D．频率越大的光在光纤中传播的速度越小
11．如图所示，一个厚度的军事设施，观察孔宽度L=60cm。为了扩大向外的观察视野，将折射率的某种玻璃砖完全嵌入观察孔内（图中为观察孔的俯视图），则（ ）
A．在观察孔的中央观察，视野角比安装前增大60°
B．在观察孔的中央观察，视野角比安装前增大90°
C．若观察者在孔的边缘观察，可以观察到在中央观察所看不到的位置
D．要使视野角接近180°，则需嵌入折射率至少为n=2的玻璃砖
12．如图所示，甲、乙分别是a、b两束单色光用同一双缝干涉装置进行实验得到的干涉图样，下列关于a、b两束单色光的说法正确的是（ ）
A．a、b光在真空中的波长满足
B．a、b光在玻璃中的折射率满足
C．若该两束光分别为红光和紫光，则a为紫光
D．若a、b光分别从玻璃射入空气，则a光临界角较小
三、解答题
13．某同学用半圆形玻璃砖测定玻璃的折射率如图甲中实线所示．在固定好的白纸上作出直角坐标系xOy，实验时将半圆形玻璃砖M放在白纸上，使其底边与Ox轴重合，且圆心恰好位于O点，实验正确操作后，移去玻璃砖，作连线，用圆规以O点为圆心画一个圆（如图中虚线所示），此圆与AO线交点为B，与连线的交点为C,测出B点到x、y轴的距离分别为，C点到x、y轴的距离分别为．
（1）根据测出的B、C两点到两坐标轴的距离，可知此玻璃折射率测量值的表达式n=______；
（2）若实验中该同学在y<0的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到的像，其原因最可能是_____________________________________________________．
（3）该同学又用平行玻璃砖做实验如图乙所示．他在纸上正确画出玻璃砖的两个界面和后，不小心碰了玻璃砖使它向方向平移了少许，如图所示．则他测出的折射率将_____（填“偏大”“偏小”或“不变”）．
14．公园的湖面上修建了一个伸向水面的观景平台，如图所示为其竖直截面图，水平湖底上的P点位于观景平台右侧边缘正下方，观景平台下表面距湖底的高度为H=4m，在距观景平台右侧边缘正前方d=4m处有垂直湖面足够大的宣传布幕．在P点左侧l=3m处湖底上的Q点安装有一单色光光源（可视为点光源）．已知水对该单色光的折射率n=，当水面与观景平台的下表面齐平时，只考虑在图中截面内传播的光，求：
①该光源发出的光照射到布幕上的最高点距水面的高度h；
②该光源发出的光能射出水面的最远位置距观景平台右侧的最远距离s．
15．自古以来人们对钻石都情有独钟，而市面上各种材料做的假钻石也非常多，对比钻石折射率是钻石真假的一种方法．如图所示，OABCD为某种材料做成的钻石的横截面，关于直线OO’对称，∠A＝∠D＝90°．图中∠AOO’角度为θ＝45°．现使一束单色光照射到AB边上的P点，入射角α＝60°，进入钻石的光线在AO边中点M发生全反射，并从OD边上N点折射出去，其中OA＝2mm，ON＝1mm．已知真钻石对该光线的折射率为2.42．
（1）通过求解该钻石的折射率，判断该钻石的真假．
（2）光在真空中传播的速度为c＝3×108m/s．求该单色光从入射到第一次折射出该钻石经历的时间（结果保留两位小数）．
16．军事科技领域发明了一种折射率为负值的特殊材料。电磁波通过空气和这种材料时，电磁波的传播规律仍然不变，入射角和折射角的大小关系仍然遵从折射定律（此时折射角取负值，即折射角和入射角在法线同一侧）。现有一该材料制作的横截面为半圆的柱形物体平放在可以吸收光线的地面上，如图所示，以圆心为坐标原点建立竖直平面坐标系。让左侧一束单色光从半圆的顶点入射，光在真空中传播的速度为c，该材料对该单色光的折射率为。半圆的半径为R。
（1）改变入射角度，求出地面上光点横坐标的取值范围；
（2）求该单色光在材料中传播的时间范围。
17．为了研究某种透明新材料的光学性质，将其压制成半圆柱形，如图（a）所示．一束激光由真空沿半圆柱体的径向与其底面过O的法线成角射入．CD为光学传感器用以探测光的强度．从AB面反射回来的光强随角变化的情况如图（b）所示．现在将这种新材料制成的一根光导纤维束弯成半圆形，如图（c）所示，暴露于空气中（假设空气中的折射率与真空相同），设半圆形外半径为R, 光导纤维束的半径为r. 求：
(i)这种新材料的折射率；
(ii)用同种激光垂直于光导纤维的端面EF射入，若该束激光不从光导纤维的侧面外泄，则弯成的半圆形的半径R与光导纤维半径r应满足的关系．
参考答案
1．D
【解析】A．当光由空气斜射进入半圆形玻璃砖时，既有反射又有折射，折射角小于入射角，是可能发生的， A不符合题意；
B．当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角小于临界角，既有反射又有折射，是可能发生的， B不符合题意；
C．当光由半圆形玻璃砖射入空气时，若入射角大于等于临界角时，会发生全反射，光线就不能进入空气，这种情况是可能发生的， C不符合题意；
D．当光由空气射入半圆形玻璃砖折射时，折射角应小于入射角，所以这种情况不可能发生，D符合题意。
故选D。
2．C
【解析】在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的干涉现象，选项A错误；光导纤维丝外套材料的折射率比内芯材料的折射率小，选项B错误；阳光下玻璃的边缘呈现彩色；雨过天晴后，有时天空中会出现彩虹，这两种现象都是光的色散现象，选项C正确；光的偏振现象说明光是一种横波，选项D错误.
3．D
【解析】A项：甲、乙、丙实验产生的条纹均为干涉条纹，而丁实验是光的衍射条纹，故A错误；
B项：甲实验产生的条纹为等距条纹，而乙是牛顿环，空气薄层不均匀变化，则干涉条纹间距不相等，故B错误；
C项：根据干涉条纹间距公式，丙实验中，产生的条纹间距越大，则波长越长，那么频率越短，故C错误；
D项：丁实验中，产生的明暗条纹间距不相等，且通过单缝，则为光的衍射条纹，故D正确．
4．B
【解析】光线P经折射后经过B点，光路图如图所示．
由几何知识得：，α=60°，β=α=30°；则折射率为：，故A错误．CB间的距离为 s=2Rcosβ=R，光在圆柱体传播速度为 v=c/n，则光从C点传播到B点的时间为．故B正确．由几何知识知，折射光线射到B点时的入射角等于β，由光路可逆性原理，折射光线不可能在B点发生全反射，一定能从B点射出，故C错误．改变入射光线到直径AB的距离，α改变，由 知，β改变，所以折射光线不能够射到B点，故D错误．故选B．
5．C
【解析】由光电效应的方程，动能定理，两式联立可得，故截止电压越大说明光的频率越大，则有三种光的频率，则可知三种光的折射率的关系为，因此光穿过三棱镜时b光偏折最大，c光次之，a光最小，故选C，ABD错误．
6．C
【解析】ACD．由于光在大气层中不停地发生全反射，蜃景是景物由于光在大气层中全反射，人们逆着光线看去就出现了蜃景，所以A是蜃景，B是景物,故AD错误，C正确；
B．光在大气层中发生全反射，知下层空气的折射率大于上层空气的折射率，故B错误。
故选C。
7．D
【解析】A．由表中数据可知玻璃的折射率大于水的折射率，根据可知，光在玻璃中的速度小于在水中的速度，故A错误；
B．这种频率的光在水中的波长小于在空气中的波长，则根据可知，这种频率的光用同一装置在水中进行双缝干涉实验观测的条纹间距小于在空气中观测的条纹间距，故B错误；
C．光密介质的折射率较大，而密度不一定较大，例如：酒精的折射率大于水的折射率，但其密度小于水的密度，故C错误；
D．水晶的折射率大于水的折射率，根据可知，这种频率的光在水晶中的临界角较小，则光从水晶射入空气比从水射入空气更容易发生全反射，故D正确。
故选D。
8．D
【解析】当用白光做干涉实验时，频率相同的色光，相互叠加干涉，在光屏上形成彩色条纹，中央形成白色的亮条纹；当在光源与单缝之间加上红色滤光片后，只有红光能通过单缝，然后通过双缝后相互叠加干涉，在光屏上形成红色干涉条纹，光屏中央为加强点，所以中央条纹变成红色亮条纹，故选项D正确，ABC错误；
点睛：本题考查了光的干涉现象，注意只有频率相同、振动相同的两列波才能形成稳定的干涉图像，同时要掌握哪些点是振动加强点，哪些点是振动减弱点．
9．AD
【解析】A．由题图知该玻璃对a光的折射率
故A正确；
B．该玻璃对b光的折射率
故B错误；
CD．根据折射定律可知玻璃对b光的折射率较小，根据，所以在玻璃中a光的速度比b光的速度小。故C错误D正确。
故选AD。
10．AD
【解析】AB．光从光密介质射向光疏介质才能发生全反射，所以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，选项A正确，B错误；
CD．频率越大（波长越短），折射率越大，根据
折射率越大的光在光纤中传播的速度越小，选项C错误，D正确。
故选AD。
11．ACD
【解析】AB.由知识知折射角为，根据折射定律
解得
则视野角比安装前增大，所以选项A正确，选项B错误；
C. 若观察者在孔的边缘观察，折射角变大，同样入射角变大，故可以观察到在中央观察所看不到的位置，所以选项C正确；
D.要使视野角接近180°，即入射角为，而折射角 不变，则折射率
所以选项D正确。
故选ACD。
12．CD
【解析】A．根据双缝干涉相邻条纹间距公式
可知，在其他条件不变的情况下，相干光的波长越长，条纹间距越大，由题图可知λa＜λb，故A错误；
B．同种介质对频率越大的光折射率越大，又由λa＜λb可知，所以na＞nb，故B错误；
C．由可知，若该两束光分别为红光和紫光，则a光为紫光，故C正确；
D．由
,na＞nb
知a光的临界角小于b光的临界角，故D正确。
故选CD。
13． 确定的光在介面上入射角太大发生了全反射 不变
【解析】解：(1)设光线在x轴上的入射角为i，折射角为r，玻璃砖的半径为R，根据数学知识得：，，则此玻璃折射率测量值的表达式为：；
(2)若实验中该同学在的区域内，从任何角度都无法透过玻璃砖看到、像，其原因可能是：确定的光在介面上入射角太大，发生了全反射；
(3)如图所示，红线表示将玻璃砖向上平移后实际的光路图，而黑线是作图时所采用的光路图，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，由折射率的定义式得知，测得的折射率将不变；
14．①3m②
【解析】射向观景台右侧边缘的光线折射后射到布幕上的位置最高，作出光路图，由数学知识求折射角的正弦值，即可由折射定律求出入射角的正弦，再由数学知识求解高度h．
Ⅱ、点光源S接近水面时，入射角为90°，光能照亮的距离最远，由折射定律求出折射角，即可由几何知识求解最远距离．
Ⅰ.光路如图所示：
射向观景台右侧边缘的光线折射后射到布幕上的位置最高
由折射定律得：
而
解得 sini=0.8
而
解得 h=3m
Ⅱ、点光源S接近水面时，光在观景台右侧面与水面交接处掠射到水里时，被照亮的距离为最远距离，此时，入射角为90°，折射角为临界角C．
根据
以及
解得：
15．（1）该钻石是假的．（2）该单色光从入射到第一次折射出该钻石经历的时间为2.31×10﹣11s．
【解析】（1）做出光线传播光路如图所示，设光线在AB边的折射角为β．
由几何关系可知：∠OMN＝β
tanβ，得β＝30°
该钻石的折射率 n
解得 n2.42，可以判断该钻石是假钻石．
（2）根据光的传播规律，可得该单色光在钻石中传播的速度大小为v
如图中光路所示，由几何关系可知，光在钻石中走过的路程为
s＝PM+MN＝4 mm＝4×10﹣3m
可得光在钻石中传播的时间 t
解得 t≈2.31×10﹣11s
16．（1）；（2）
【解析】（1）根据题意知，入射点是半圆顶点，折射光线在法线的左侧，作出光路图如图所示
根据
当入射角为，刚好折射角达到临界角，则有
可得临界角为
地面上光点横坐标的取值范围为
（2）光程最长对应的传播时间最长，最长的光程近似为
光在材料中传播速度
因此，该单色光在材料中传播的最长时间近似为
解得
同理，光程最短对应的传播时间最短，最短的光程为，因此，该单色光在材料中传播的最短时间为
.
所以该单色光在材料中传播的时间范围为
17．（1）n=1.25 ; （2）R=10r
【解析】(i)由图知，当时发生全反射，则：
(ii)激光不从光导纤维束侧面外泄的临界条件是入射光在外侧面处发生全反射，临界光路如图：
，解得：