2021-2022学年高二上学期物理鲁科版（2019）选择性必修第一册第四章 光的折射和全反射 单元测试卷（word版含答案）

第四章光的折射和全反射单元测试
单项选择题：本题共8小题，每小题3分，共24分。每小题只有一个选项符合题目要求
1．发出白光的细线光源（长度为）竖直放置，上端a恰好在水面以下，如图所示．现考虑线光源发出的靠近水面法线（图中的虚线）的细光束经水面折射后所成的像，由于水对光有色散作用，若以表示红光所成的像的长度，以表示紫光所成的像的长度，则（　　）
A． B．
C． D．
2．如图甲所示，发光二极管（LED）可高效地将电能转化为光能，在照明、平板显示、医疗器件等领域具有广泛的用途。LED的原理结构如图乙所示，管芯的发光面紧贴半球形透明介质，人们能从半球形表面看到发出的光。已知半球球心点为发光面的中点，半球和发光面的半径分别为和，则（　　）
A．发光面射出的光进入透明介质后，光的颜色发生了变化
B．若半球形表面（弧面）的任意位置都有整个发光面的光射出，则介质折射率应小于
C．若透明介质的折射率为，发光面的直径为，为了半球形表面（弧面）的任意位置都有整个发光面的光射出，必须大于
D．无论和大小关系如何，不可能在半球形表面（弧面）任意位置都有整个发光面的光射出
3．一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光，光路如图所示，比较内芯中的a、b两束光，a光的（　　）
A．频率小，发生全反射的临界角小
B．频率大，发生全反射的临界角小
C．频率小，发生全反射的临界角大
D．频率大，发生全反射的临界角大
4．如图是同一单色光从介质a射向介质b时的光路图，由此可知（　　）
A．a是光密介质，b是光疏介质
B．增大入射角，光在界面可能发生全反射
C．光在介质a中的频率大于在介质b中的频率
D．光在介质a中的传播速度大于在介质b中的传播速度
5．汽车氙气大灯（前照灯）通常需要透镜（近似看作半球形玻璃砖）才能达到更好的照明效果，保证行车安全。如图是某汽车所用的透镜，图中MN为透镜的直径，两单色光A、B照射到圆心O上，出射光线都沿OP方向。下列说法正确的是（　 　）
A．若A、B两单色光以相同入射角照射到某一界面，只有一种单色光发生了全反射，则该单色光一定是B光
B．不考虑反射，B光在玻璃中传播的时间比A光的短
C．若分别用A、B光照射某金属，只有一种单色光能产生光电效应，则该光一定是A光
D．若A、B两单色光经同样的装置做“双缝干涉”实验，A光的条纹间距小
6．如图所示，是两个城市间的光缆中的一条光导纤维，光缆长为，它的玻璃芯的折射率为，外层材料的折射率为，光在空气中的传播速度为，光由它的一端射入经多次全反射后从另一端射出为全反射的临界角，已知则（　　）
A．，光从它的一端射入到从另一端射出所需要的时间等于
B．，光从它的一端射入到从另一端射出所需要的时间等于
C．，光从它的一端射入到从另一端射出所需要的时间小于等于
D．，光从它的一端射入到从另一端射出所需要的时间等于
7．如图所示，某种透明介质制成的截面为平行四边形的棱镜，其中。有一束单色光垂直于边射入介质，在边恰好发生全反射，反射光线射到边，且在边的反射光线可射到边上。则自边射出光线与自边射入光线夹角为（　　）
A．0° B．30° C．90° D．120°
8．道威棱镜是医用内窥镜的重要组成部分，如图1所示，其截面ABCD为等腰梯形如图2所示，E、F分别是AC和AB的中点。一细光束平行AB边从E点射入，折射后射向F点。已知∠BAC=∠ABD=45°，CD边长和梯形的高分别为、a，不考虑光束的多次反射，则细光束（　　）
A．一部分在F点反射，一部分出射
B．AC面上的入射角逐渐减小至零，光束均不会从AB面射出
C．AC面上的入射点逐渐上移，光束将在BD面上发生全反射
D．AC面上的入射点逐渐上移，光束在棱镜中的传播时间变长
二、多项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。每小题有多个选项符合题目要求。全部选对得4分，选对但不全的得2分，有选错的得0分。
9．如图所示，宽度为d的单色平行光从玻璃射向玻璃和空气的分界面，若它能进人空气，则（　　）
A．进入空气后光束变宽
B．进入空气后光速变大
C．进入空气后波长变长
D．进入空气后光束宽度不变
10．如图，空气中有两块材质不同、上下表面平行的透明玻璃板平行放置；一细光束从空气中以某一角度（）入射到第一块玻璃板的上表面。下列说法正确的是（　　）
A．在第二块玻璃板下表面一定没有出射光
B．第二块玻璃板下表面的出射光方向一定与入射光方向平行
C．第二块玻璃板下表面的出射光一定在入射光延长线的左侧
D．第一块玻璃板下表面的出射光线一定在入射光延长线的右侧
11．DVD光盘由塑料保护层和信息记录层组成。如图所示，激光束以入射角从空气入射到厚度为、折射率为的塑料保护层后，聚集到信息记录层的光斑宽度为，才能有效获取信息。在保证不变的前提下，减小激光束照到塑料保护层的宽度（），则（　　）
A．须满足 B．须满足
C．在和不变时，须减小 D．在和不变时，须减小
12．如图所示，直角三棱镜ABC的折射率n＝，∠A＝60°，D是BC边上中点．现让四条同种单色光线a、b、c、d按图示方向射在BC面上，其中光线b是垂直BC边，关于光线第一次射出三棱镜的说法正确的是（　　）
A．光线a垂直AC边射出
B．光线b垂直AB边射出
C．光线c垂直BC边射出
D．光线d垂直AB边射出
三、实验题
13．（6分）在测量玻璃折射率的实验中：
（1）某同学做实验插针的步骤如下：
A．在表示入射光线的上插上大头针和；
B．通过玻璃砖观察和，调整视线，直到的像被的像挡住；
C．在观察一侧插上大头针和，并记下和的位置，
这位同学在操作中的重要疏漏是________。
（2）以通过的直线与玻璃砖的交点O为圆心，以某一适当长度R为半径画圆，与交于P，与的延长线交于Q，从P和Q分别作玻璃砖界面的法线的垂线，和分别为垂足，如图所示，用刻度尺量得，，则玻璃砖的折射率的表达式为__________，折射率的值为__________。
14．（8分）（1）如图所示，用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，下列说法中正确的是（__________）
A．若 、 的距离较大时，通过玻璃砖会看不到 、的像
B．为减少测量误差， 、的连线与法线NN'的夹角应尽量小些
C．为了减小作图误差， 和 的距离应适当取大些
D．若 、的连线与法线NN'夹角较大时，有可能在bb'面发生全反射，所以在bb'一侧就看不到 、的像
（2）在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图所示，从图线可知玻璃砖的折射率是________。
（3）该实验小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线P1O、折射光线OO'的延长线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN'的垂线，垂足分别为C、D点，如图甲所示，则玻璃的折射率n = ______（用图中线段的字母表示）；进一步测得所需数据分别为1.68cm和1.12cm，则该玻璃砖的折射率数值为_____。
（4）在用针插法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙二位同学在纸上画出的界面 、与玻璃砖位置的关系分别如图乙中①、②所示，其中甲同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其它操作均正确，且均以 、 为界面画光路图。则甲同学测得的折射率与真实值相比_____（填“偏大”、“偏小”或“不变”）；乙同学测得的折射率与真实值相比______（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
四，解答题
15．（7分）如图所示为一个透明球体的横截面，其半径为R，AB是一直径，现有一束圆环形平行细光沿AB方向射向球体（AB直径为圆环光线的中心轴线），所有光线经折射后恰好经过B点而在右侧光屏MN上形成一圆亮环，已知光屏到B点的距离为L=2R，透明球体的折射率，光在真空中的传播速度为c，求：
（1）圆环形平行细光在入射前的半径r；
（2）光从入射点传播到光屏所用时间。
16．（9分）分光计是用来准确测量光线偏折角度的仪器，可以用来测量玻璃的折射率，它的主要元件是三棱镜。如图为三棱镜ABC，其截面为边长为a的正三角形，其中AB面、AC面透光，BC面不透光。一束单色光从AB面上距离顶点A为的P点入射，经过三棱镜，从AC面出射。当入射角等于出射光线与法线的夹角时，出射光线相对入射光线的偏转角最小。某次实验测得入射光的最小偏转角为30°，已知光在真空中的传播速度为c，求：
（1）三棱镜的折射率；
（2）光从射入三棱镜到射出所经历的时间。
17．（14分）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。
18．（16分）某同学用一种透明介质制作的三棱镜来改变一束平行光的光路。如图，三棱镜的横截面为直角三角形，，，。一束平行光以60°入射角射向边，A和B两点均有光线照射；光线在边发生全反射后从边射出，射出方向与边平行（不考虑多次反射）。
（ⅰ）求三棱镜的折射率；
（ⅱ）边有光线射出的长度。
试卷第2页，共2页
试卷第1页，共1页
参考答案
1．D
【详解】
如图所示
由于紫光光折射率比红光大，故同一点发出的光经水面折射后，紫光比红光偏折角大，经反向延长后所成的虚像长度小即
故D正确，ABC错误。
故选D。
2．B
【详解】
A．光的颜色由频率决定，所以光进入透明介质后，光的颜色不变，故A错误；
BD．从发光面的两端点或沿垂直方向射出的光线有最大的入射角，如果此时不发生全反射，那么任意位置都有整个发光面的光射出，可得
则有
介质折射率应小于，故B正确，D错误；
C．由，解得
则必须大于，C错误；
故选B。
3．C
【详解】
由光路图可知a光的偏折程度没有b光的大，因此a光的折射率小，频率小，由全反射可知折射率越小发生全反射的临界角越大。
故选C。
4．D
【详解】
A．结合光路图可判定入射角大于折射角，可知介质a是光疏介质，b是光密介质，故A错误；
B．全反射发生在从光密介质到光疏介质过程，故B错误；
C．同一单色光在不同介质中传播，频率不变，即光在介质a中的频率等于在介质b中的频率，故C错误；
D．由折射率
可知
所以，光在介质a中的传播速度大于在介质b中的传播速度，故D正确。
故选D。
5．A
【详解】
A．由图可知，B光的折射率大于A光的折射率，由
可知B光更容易发生全反射，所以若A、B两单色光以相同入射角照射到某一界面，只有一种单色光发生了全反射，则该单色光一定是B光，故A正确；
B．由
可知B光在玻璃中的传播速度较小，所以不考虑反射，B光在玻璃中传播的时间比A光的长，故B错误；
C．由折射率越大，则光的频率越大，可知B光的频率较大，光电效应方程
知若分别用A、B光照射某金属，只有一种单色光能产生光电效应，则该光一定是B光，故C错误；
D．由
可知A光的波长较长，由公式
得若A、B两单色光经同样的装置做“双缝干涉”实验，A光的条纹间距大，故D错误。
故选A。
6．C
【详解】
若要发生全反射，则光从光密介质进入光疏介质，即
若光恰好发生全反射，光在介质中的速度
传播的路程
则传播的最长时间
所以光从它的一端射入到从另一端射出所需要的时间小于等于。
故选C。
7．D
【详解】
如图所示，单光色在边恰好发生全反射，由
得
由几何关系知，又，则，光在边的入射角为60°，光在边发生全反射，根据几何关系，可判断光线垂直于边射出，入射光线与出射光线夹角为120°。
故选D。
8．B
【详解】
A．由几何关系知，AC面上的折射角为
由
，
当光束射向F点时，入射角为67.5°将发生全反射，故A错误；
C．根据对称性，AC面上的入射点逐渐上移过程中，光束在BD面上的入射角均为22.5°，不会发生全反射，故C错误；
D．光束在棱镜中的光程相等，时间不变，故D错误；
B．当AC面上的入射角减小至零时，入射角为45°，仍将发生全反射，光束均不会从AB面射出，故B正确。
故选B。
9．BC
【详解】
AD．根据折射定律得
该平行光在玻璃中的入射角相等，所以在空气中的折射角也相等，作出光路图如图
可知进入空气候光束变窄，故AD错误；
BC．光进入空气后速度变大，频率不变，根据
可知其波长边长，故BC正确。
故选BC。
10．BC
【详解】
A．根据题意作出光路图，如下图所示，显然光在玻璃板中的折射角一定小于入射角，因此光不可能在玻璃板中发生全反射现象，即在第一块、第二块玻璃板下表面一定有出射光，故A错误；
B．分析可知出射光线一定平行于入射光线，故B正确；
C．由光路图可知第二块玻璃板下表面的出射光一定在入射光延长线的左侧，故C正确；
D．第一块玻璃板下表面的出射光线一定在入射光延长线的左侧，故D错误。
故选BC。
11．AC
【详解】
AB．设激光束入射角为时其折射角为，则由折射率公式有
由
联立可得
故A正确，B错误；
C．根据
又
所以得出
在和不变时，不变，不变，欲减小，则必须减小，故C正确；
D．在和不变时，欲减小，则必须减小，减小，减小，又
必须增大，故D错误。
故选AC。
12．AD
【详解】
该三棱镜内光线发生全反射的临界角满足
sinC′＝＝
可画出a、b、c、d四条光线的光路图线图如图所示，可知AD正确。
故选AD。
13．插针时应使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P1、P2、P3的像 1.5
【详解】
(1)这位同学的疏漏是：插针时应使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P1、P2、P3的像；
(2)设光线在玻璃砖上表面的入射角为α，折射角为β，根据数学知识得
则折射率为
代入数值可得
14．C 1.5 1.5 偏小 不变
【详解】
（1）A．根据光路可逆性原理可知，光线一定会从下表面射出， 光线不会在玻璃砖的的内表面发生全反射，则即是、 的距离较大，通过玻璃砖仍然可以看到、的像，A错误；
B．为减少测量误差，入射角应适当大一些，则 、的连线与法线NN'的夹角应尽量大些，B错误；
C．为了减小作图误差， 和 的距离应适当取大些，C正确；
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，折射光线不会在玻璃砖的下表面发生全反射，D错误。
故选C。
（2）由折射率公式，即
代入数据，可得
（3）设圆的半径为，入射角为，则有
折射角为，则有
故可得玻璃的折射率为
当测得所需数据分别为1.68cm和1.12cm，则该玻璃砖的折射率数值为
（4）图①甲同学测定折射率时，作出的折射光线如下图中虚线所示，
实线表示实际光线，可见折射角增大，则由折射定律可知，折射率将偏小；
图②测折射率时，主要操作正确，与玻璃砖形状无关，故乙同学测得的折射率与真实值相比不变。
15．（1）；（2）
【详解】
（1）如图所示，设细光的入射角为，由几何关系可得
由折射定律可得
解得
圆环形平行细光在入射前的半径为
（2）光在介质中的传播速度为
光在介质中传播的时间为
光从B点进入空气中的折射角也为
光从B到MN的时间为
所以光从入射点传播到光屏所用时间为
16．（1）；（2）
【详解】
（1）如图所示，设光线在AB面的入射角和折射角分别为、，在AC面的入射角和折射角分别为、。当入射角等于出射角时，有
根据折射定律可知
所以
光射入三棱镜的偏转角度为
光射出三棱镜的偏转角度为
则
由题意知最小偏向角为
此时
由几何关系知
则
所以三棱镜的折射率为
（2）光在三棱镜中的传播速度为
根据几何关系可知光在三棱镜中的传播距离为
所以传播时间为
17．（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°
18．（ⅰ）；（ⅱ）10cm
【详解】
（ⅰ）光线平行射出，则在边折射角为60°，设入射角为；光线射入边，入射角为60°，所以折射角也为。设光线在边入射角为
根据角度关系
解得
所以
（ⅱ）根据几何关系，自接近A点的入射光线将自C点射出，自接近B点入射光线，折射后自边反射的光线平行与，所以
自射出光线的上边界为G点，
答案第1页，共2页
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