2023-2024学年鲁科版选择性必修1第四章《光的折射和全反射》单元测试A卷（后附解析）

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2023-2024学年 鲁科版 选择性必修1 第四章《光的折射和全反射》单元测试A卷
卷后附答案解析
考试范围：xxx；考试时间：100分钟；命题人：xxx
题号 一 二 三 四 总分
得分
注意事项：
1．答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息
2．请将答案正确填写在答题卡上
第I卷（选择题）
请点击修改第I卷的文字说明
评卷人得分
一、单选题
1．2021年春季，树德中学三校区均开展了高二学生的职业规划和体验活动，同学们都收获颇多。这也激起了同学们对科学和科技发展更大的兴趣。某同学在学习光学时，对神奇的光现象也产生了更加浓厚的兴趣，但有关光现象的理解有一项说法是错误的，请帮他指出（　　）
A．水中的气泡看上去比较明亮是因为有一部分光发生了全反射
B．天空中的彩虹和光的色散都是由于发生了全反射
C．光导纤维丝内芯材料的折射率应比外套材料的折射率大
D．海市蜃楼和沙漠蜃景是光在空气中发生折射和全反射形成的光学幻景
2．一长方体玻璃砖下部有半径为R的半圆柱镂空，其截面如图所示，AD长为2R，玻璃砖下方0.3R处平行放置一光屏EF，现有一束平行单色光竖直向下从BC面射入玻璃砖，玻璃砖对该光的折射率为，不考虑光的二次反射，则（　　）
A．光屏EF上移，屏上有光打到的区域将变宽
B．上图圆弧截面有光射出的弧长为
C．为保证从AD射出的光都能被接收，光屏至少宽
D．若光屏足够大，改用频率更大的平行光入射，光屏上被照射的宽度变大
3．如图所示，入射光线Ⅰ经45°的直角三棱镜折射，反射后，沿着与入射光相反的方向射出，如图中光线Ⅱ所示，现将棱镜顺时针方向转过一个小角α，如图虚线所示，则（ ）
A．出射光线应与光线Ⅰ平行
B．出射光线也顺时针方向转过α角
C．出射光线逆时针方向转过α角
D．出射光线顺时针方向转过2α角
4．如图所示，abc是玻璃制成的柱体的横截面，玻璃的折射率，ab是半径为R的圆弧，ac边垂直于bc边，∠aOc=60°。一束平行光垂直ac入射，只有一部分光从ab穿出，则有光穿出部分的弧长为（ ）
A． B． C． D．
5．如图所示阴影部分为某玻璃砖的截面图，是正方形，是半圆弧的直径，O是其圆心，一束单色光从边的E点射入玻璃砖，入射角为i，折射光线正好照射到半圆弧的顶端P，并且在P点恰好发生全反射，反射光线正好经过边的F点。已知，光在真空中的传播速度为c，则该单色光在玻璃砖中的传播速度为（　　）

A． B． C． D．
6．由某种透明物体制成的等腰直角棱镜ABO，两腰都为16cm，且两腰与Ox和Oy轴都重合，如图所示，从BO边的C点注视A棱，发现A棱的位置在D点，在C、D两点插上大头针，测出C点的坐标为（0，12），D点的坐标为（9，0），则该透明物质的折射率为（　　）
A．n= B．n= C．n= D．n=
7．如图所示，一束由红绿两种单色光组成的复色光从空气射入玻璃三棱镜（横截面是等腰直角三角形），入射方向平行于BC边，两种色光在BC边均发生全反射后再从AC边射出，其中红光的出射点是D，则绿光从AC边射出光路可能正确的是（　　）
A． B．
C． D．
评卷人得分
二、多选题
8．下列说法中正确的是________。
A．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力最强
B．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃的反射光
C．泊松亮斑是光通过圆孔发生衍射时形成的
D．用光导纤维传播信号是利用了光的全反射
E．赫兹第一次用实验证实了电磁波的存在
9．如图所示，一束白光通过三棱镜折射后分为各种单色光，取其中、、三种单色光，让这三种单色光分别垂直投射到一条直光纤的某一端面上，下列说法中不正确的是（　　）
A．光束从空气进入玻璃的过程中各自的频率均不变
B．单色光的波动性最显著
C．单色光穿过光纤的时间最长
D．在真空中，光的波长比光的波长短
10．直线P1P2过均匀玻璃球球心O，细光束a、b平行且关于P1P2对称，由空气射入玻璃球的光路如图所示，a、b光相比（　　）
A．玻璃对a光的折射率较小
B．玻璃对a光的临界角较小
C．b光在玻璃中的传播速度较小
D．b光在玻璃中的传播时间较短
E．b光在玻璃中的传播时间较长
11．半径为的半圆柱形玻璃砖，其横截面如图所示，为圆心，已知该玻璃砖对频率为的红光的折射率为，与平面成的平行红光束射到玻璃砖的半圆面上，经玻璃砖折射后，部分光束能从平面上射出，不考虑多次反射，已知光在真空中的传播速度为，下列分析判断正确的是（　　）
A．玻璃砖对该红光束全反射的临界角 B．该红光束在玻璃砖中的传播速度为
C．平面上能射出光束部分的宽度为 D．平面上能射出光束部分的宽度为
第II卷（非选择题）
请点击修改第II卷的文字说明
评卷人得分
三、实验题
12．在“测玻璃的折射率”实验中：
（i）如图甲，用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，确定P3位置的方法是透过玻璃砖观察，使P3挡住 （选填“P1、P2”或“P1、P2的像”）；
（ii）小华同学正确确定P4位置，并确认其他的操作步骤也都正确后，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出图线，如图乙所示，从图线可求得玻璃砖的折射率是 ；
（iii）小星同学在画界面时，不小心将界面bb'画歪了一些，如图丙所示，他随后实验测得的折射率 （选填“偏大”“偏小”“不变”或“偏大、偏小和不变都有可能”）
13．如图所示是利用插针法测定玻璃砖的折射率的实验得到的光路图。玻璃砖的入射面AB和出射面CD并不平行，则：
（1）出射光线与入射光线 （选填“仍平行”或“不再平行”）。
（2）以入射点O为圆心，以R＝5cm长度为半径画圆，与入射光线PO交于M点，与折射光线OQ交于F点，过M、F点分别向法线作垂线，量得MN＝1.75cm，EF＝1.4cm，则该玻璃砖的折射率n＝ 。
评卷人得分
四、解答题
14．如图所示是一玻璃球体,其半径为R,O为球心,AB为直径,M点是玻璃球的最高点,来自B点的光线BD在D点射出,出射光线平行于AB,已知∠ABD=30，光在真空中的传播速度为c.求：
(1)此玻璃的折射率和光从B到D所用的时间；
(2)若增大∠ABD，光线能否在DM段发生全反射现象
15．如图所示，两块同样的玻璃直角三棱镜ABC和A1B1C1，∠A=∠A1=30°，AC面和A1C1面平行，且A、B1、C1在一条直线上，两块三棱镜放置在空气中，一单色细光束O垂直于AB面入射，光线从A1B1面射出时，出射光线方向与入射光线O的方向平行．若玻璃的折射率n=，A、C1两点间的距离为d，光线从A1B1面上的b点(图上未画)射出。
①画出完整光路图；
②求a、b两点间的距离x．
16．某物理学习兴趣小组成员小张找到了一个LED灯和一段光导纤维进行研究。查阅资料发现，LED灯是一块用环氧树脂密封的发光半导体材料。光导纤维由内芯和外套两层组成，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。
（1）有一LED灯结构如图甲所示，发光区域为直径（MN之间）的圆盘（厚度不计），发光面上覆盖折射率的半球形环氧树脂，发光圆盘的圆心与球心重合。要使发光区域发出的所有光线在球面上都不发生全反射，求环氧树脂半径R满足的条件；
（2）一段长直光导纤维由内芯和外套组成，其剖面如图乙，其中内芯的折射率，外套的折射率。已知光从折射率为的介质射入折射率为的介质时，入射角与折射角间满足关系。试通过计算说明从该光导纤维一端入射的光信号是否会通过外套“泄漏”出去。
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※※请※※不※※要※※在※※装※※订※※线※※内※※答※※题※※
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学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
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试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．B
解析：A．水中的气泡看上去比较明亮是因为有一部分光从水进入空气时发生了全反射。故A正确，与题意不符；
B．天空中的彩虹和光的色散都是由于发生了光的折射。故B错误，与题意相符；
C．光导纤维丝内芯材料的折射率应比外套材料的折射率大，入射光从内芯射向外套时发生全反射。故C正确，与题意不符；
D．海市蜃楼和沙漠蜃景是光在空气中发生折射和全反射形成的光学幻景。故D正确，与题意不符。
答案：B。
2．D
解析：A．如图所示
当入射角30°时，折射光线恰好从A点射出，且入射角越大，偏折角越大，所以光线从AD之间发散射出，光屏上移，光照区域应变窄，A错误；
B．全反射临界角
解得
上图圆弧截面有光射出的弧长为
B错误；
C．由图可知，光照区域为光线从A、D点以60°射出时打到屏上的两点之间，由几何关系可得光屏至少长，C错误；
D．频率更大，折射率更大，但是光线射出的范围仍然是AD之间，A、D点射出时与EF夹角变小，所以打到屏上的范围变大，光屏要更宽，D正确。
答案：D。
3．A
解析：根据题意可知，当入射角等于45°时会发生全反射，为全反射棱镜，将棱镜顺时针方向转过一个小角α，入射角大于45°，所以肯定会发生全反射，光会经过两次全反射沿光线一返回。
答案：A。
4．A
解析：由题意作光路图如图所示

设该介质的临界角为C，则有

即可得
°
在时，均发生全反射，图中d点为入射角等于临界角的临界点，所以在ab
部分表面只有bd部分有光透射出，对应弧长为
答案：A。
5．B
解析：在P点恰好发生全反射，根据几何关系可知，在E点的折射角与临界角C互余。根据折射定律
，
解得
单色光在玻璃砖中的传播速度为
答案：B。
6．A
解析：
作出光路图，由几何关系得
故
故A正确。
答案：A。
7．A
解析：由于入射方向平行于BC边，最终单色光射出时也应该平行于BC边，由于绿光的折射率大于红光的折射率，绿光从AC边射出时在D点的上方，A项正确，BCD错误；
答案：A。
8．BDE
解析：A．用X光扫描肺部，是因为它是各种电磁波中穿透能力较强的，而γ射线才是电磁波中穿透能力最强，故A错误；
B．照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使景像清晰，故B正确；
C．泊松亮斑是光通过不透光的圆盘发生衍射时形成的，故C错误；
D．光导纤维由内芯和外套两层组成，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，光导纤维传播信号就是利用光的全反射，故D正确；
E．1886年，赫兹制作了一套仪器，用它发射和接收电磁波，并第一次用实验证实了电磁波的存在，故E正确。
答案：BDE。
9．BCD
解析：A．光从一种介质进入另一种介质时，光速和波长都会发生变化，但频率保持不变，故A正确；
B．由图可知，c光的偏折最大，所以c光的折射率最大，则c光的频率最大，波长最小，波动现象最不明显，故B错误；
C．光的频率越大，在介质中的传播的速度越小，传播时间越长，所以c光穿过光纤的时间最长，故C错误；
D．由图可知，a光的偏折小于b光的偏折，所以a光的频率小于b光的频率，则a光的波长大于b光的波长，故D错误。
答案：BCD。
10．ACE
解析：A．由图
可知a、b两入射光线的入射角
折射角
由折射率
知玻璃对b光的折射率较大，A正确；
B．设玻璃对光的临界角为C
a光的临界角较大，B错误；
C．光在介质中的传播速度
则a光的传播速度较大，b光的传播速度较小，C正确；
DE．b光的传播速度小，且通过的路程长，故b光在玻璃中传播的时间长，D错误E正确。
答案：ACE。
11．BC
解析：A．根据
得
C=45°
A错误；
B．由
得
B正确；
CD．如图所示，光线DO恰好在MN上发生全反射，对和圆相切的光线EF，由
得
θ=45°
在OC内有光线射出
C正确，D错误。
答案：BC。
12． P1、P2的像 1.6 偏大、偏小和不变都有可能
解析：（i）[1]在插针P3时，透过玻璃砖观察，使P3挡住P1、P2的像；
（ii）[2]根据折射定律
根据sinθ2-sinθ1图像斜率可知，斜率
折射率
（iii）[3]红线表示实际的光路图
而黑线是作图时所采用的光路图，可见，入射角没有变化，折射角的测量值偏大，根据折射率公式
可知小星同学测得的折射率与真实值相比偏小；
红线表示实际的光路图
而黑线是作图时所采用的光路图，可见，入射角没有变化，折射角的测量值偏小，根据折射率公式
可知小星同学测得的折射率与真实值相比偏大；
光路如图所示
操作正确，与画玻璃砖形状无关，所以小星同学测得的折射率与真实值相比不变。
由上可知测得的折射率为偏大、偏小和不变都有可能。
13． 不再平行 1.25
解析：（1）[1] 因为上下表面不平行，光线在上表面的折射角与在下表面的入射角不等，则根据折射定律可知出射光线的折射角与入射光线的入射角不等，由几何知识得知出射光线和入射光线不再平行；
（2）[2]根据折射定律
14．（1），（2）可能在DM段发生全反射现象
解析：(1)如图，由几何知识可得入射角 i=∠ABD=30°,折射角 r=2∠ABD=230°=60°，则此玻璃的折射率为 ；BD长度 s=2Rcos30°= ，光在玻璃球内传播的速度 ，故光线从B传到D的时间为
（2）发生全反射的临界角：，所以临界角，从M点入射，入射角等于，所以若增大∠ABD，入射角可能大于临界角，所以光线可能在DM段发生全反射现象
15．①②
解析：①光路如图：
②根据光的折射定律，则有
且
，
由几何关系，解得
16．（1）；（2）不会
解析：（1）如图所示﹐从半圆弧上任取一点P，
从M、N两端发出的光入射角最大，取N点光线，连接OP，NP，则入射角为，
在中
即
，
当时取最大值，
由题意
解得
（2）如图所示，作出光路图。
由
得
解得
由折射定律得
由几何关系得
越大，越大，越小，
当时
，
说明光信号不会通过外套“泄漏”出去。
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