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B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B卷
试卷后附解析
考试范围：xxx；考试时间：75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）
请添加修改第I卷的文字说明
评卷人得分
一、单选题
1．如图所示，半圆形玻璃砖放在空气中，三条同一颜色、强度相同的光线，均由空气沿半圆半径方向射入玻璃砖，到达玻璃砖的圆心位置。下列说法正确的是（　　）
A．假若三条光线中只有一条在O点发生了全反射，那一定是aO光线
B．假若光线bO能发生全反射，那么光线cO一定能发生全反射
C．假若光线bO能发生全反射，那么光线aO一定不能发生全反射
D．假若光线aO恰能发生全反射，那么光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度小
2．以下说法正确的是(　　)
A．光纤通信利用了光的反射原理
B．天空中的彩虹是由光干涉形成的
C．真空中蓝光的波长比红光的波长长
D．机械波在不同介质中传播，波长保持不变
3．道威棱镜是一种像旋转器。光线经过此棱镜后，像被颠倒180°。如图所示，棱镜的横截面ABCD是底角为45°的等腰梯形，与CD平行的三条光线从AD面射入棱镜，经CD面反射后，反射光直接射到BC面上。已知棱镜的折射率为n=，则（　　）
A．光在玻璃中的波长比空气中的波长长
B．只有光线3在CD面上发生全反射
C．三条光线在CD面上都发生全反射
D．从BC面射出的光线跟入射光线平行，且距离C点最近的为光线3
4．打磨某剖面如题图所示的宝石时，必须将OP、OQ边与轴线的夹角切磨在 的范围内，才能使从MN边垂直入射的光线，在OP边和OQ边都发生全反射（仅考虑如图所示的光线第一次射到OP边并反射到OQ边后射向MN边的情况），则下列判断正确的是（　　）
A．若，光线一定在OP边发生全反射
B．若，光线会从OQ边射出
C．若，光线会从OP边射出
D．若，光线会在OP边发生全反射
5．已知天然材料的折射率都为正值（n>0）。近年来，人们针对电磁波某些频段设计的人工材料，可以使折射率为负值（n<0），称为负折射率介质。电磁波从空气入射到负折射率介质时，仍然符合折射定律，但折射光线与入射光线位于法线同侧。如图甲所示，空气中点波源S发出的电磁波射入由折射率n=-（负折射率）材料制成的厚度为10cm的长方体介质中，其中一条入射光线a的入射角θ=60°。下列说法正确的是（　　）
A．图乙正确反映了电磁波穿过该材料的传播路径示意图
B．光线a在该介质中的传播时间为6.67×10-10s
C．光线a在传播方向上的侧移量为5cm
D．把波源移近介质的上表面，就越不容易在另一侧看到波源的实像
6．如图甲所示，倒挂的彩虹被叫做“天空的微笑”，实际上它不是彩虹，而是日晕，专业名称叫“环天顶弧”，是由薄而均匀的卷云里面大量扁平的六角片状冰晶（直六棱柱）折射形成，因为大量六角片状冰晶的随机旋转而形成“环天顶弧”。光线从冰晶的上底面进入，经折射从侧面射出，当太阳高度角增大到某一临界值，侧面的折射光线因发生全反射而消失不见。简化光路如图乙所示，以下分析正确的是（　　）
A．光线从空气进入冰晶后传播速度变大
B．红光在冰晶中的传播速度比紫光在冰晶中的传播速度小
C．若太阳高度角等于30°时恰好发生全反射，可求得冰晶的折射率为
D．若太阳高度角等于30°时恰好发生全反射，可求得冰晶的折射率为
7．一半圆形玻璃砖的横截面如图所示，半圆的半径为R、圆心为O。一光线DE沿横截面从直径AB上的E点以入射角经玻璃砖折射后，射到圆弧AB上的F点（图中未画出）恰好发生全反射。已知玻璃砖对该光线的折射率，则O、E两点间的距离为（　　）
A． B． C． D．
评卷人得分
二、多选题
8．光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（　　）
A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象
C．在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象
D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
9．如图所示，一束白光沿AO方向从真空射入平行玻璃砖中，OC、OD为其折射的可见光的边界光线．现以点O为圆心，R为半径作圆，圆与入射光线的交点为A，与折射光线的交点是C和D，OO′是法线，A、C、D三点与法线的距离AG、CF和DE分别是a、b、d，光在真空中的速度等于c。以下说法中正确的是（ ）
A．在玻璃中光OC的速度小于OD的速度
B．从玻璃砖下表面射出的所有可见光线均平行
C．此介质对红光的折射率为
D．紫光在此介质中的光速等于
10．如图所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为r，外圆半径为R，R=r。现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出。设透明柱体的折射率为n，光在透明柱体内传播的时间为t，若真空中的光速为c，则（　　）
A．n可能为 B．n可能为2
C．t可能为 D．t可能为
11．如图所示，图中阴影部分ABC为一透明材料做成的柱形光学元件的横截面，该材料折射率，AC为一半径为R的圆弧，D为圆弧面圆心，ABCD构成正方形，在B处有一点光源，只考虑首次从圆弧全反射与折射的光线。已知光速为c，则下列说法中正确的是（　　）

A．光线从B点到达D点的最短时间为
B．从D点观察，看到B处点光源的像比实际位置更靠近AC面
C．从D点观察，圆弧AC被照亮的弧长有
D．点光源经圆弧AC全反射射到AB边，AB边被照亮部分长度为
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“测定玻璃的折射率”实验中，
（1）下列给出的实验器材中，本实验需要用到的有 。
A、 B、 C、 D、
（2）实验中，下列做法正确的是 （填选项前的字母）。
A．入射角不宜太小
B．为了测量的准确性，必须选用平行玻璃砖来测量
C．在白纸上放好玻璃砖后，可以用铅笔贴着光学面画出界面
D．为了减小实验误差，应该改变入射角的大小，多做几次实验
（3）该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、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图所示，则玻璃的折射率n＝ 。（用图中线段的字母表示）
13．某研究小组的同学设计了一个测量液体折射率的仪器，如图所示。在一圆盘上，过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF在半径OA上，垂直盘面插下两枚大头针P1、P2并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直浸入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针M，使M正好挡住P1、P2，同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值，这样只要根据M所插的位置,就可直接读出液体折射率的值，则：
①若∠AOF=30°，OM与OC的夹角为30°，则M处所对应的折射率的值为 。
②图中M、N两位置哪一处所对应的折射率值大 答： 。
③作AO的延长线交圆周于K， K处所对应的折射率值应为
④是否可能有某种液体，在KC部分观察不到大头针P1、P2的像。答： 。
评卷人得分
四、解答题
14．负折射率材料是一种折射率为负值的材料，当光从空气照射到负折射率材料界面时，光波的折射与常规折射相反，入射光线和折射光线分布在法线的同侧，折射角取负值。如图为一负折射率材料制成的棱镜横截面，截面为一等边三角形，边长为2m。一束单色光在截面所在平面内，从中点D射入棱镜，入射角为45°，正好从界面的中点E射出，不考虑光线在棱镜中的反射，真空中光速为c=3×10 m/s， 求∶
（1）该棱镜的折射率；
（2）光在棱镜中的传播时间。
15．如图所示，一束截面为圆形半径为R的平行单色光，垂直射向一玻璃半球的平面，经折射后在屏幕S上形成一个圆形亮区，已知玻璃半球的半径为R，屏幕S到球心的距离为d（d>3R），不考虑光的干涉和衍射，玻璃对该光的折射率为n，求屏幕上被照亮区域的半径。
16．如图所示，一半径为R的玻璃半球，O点是半球的球心，虚线表示光轴（过球心O与半球底面垂直的直线）。已知玻璃的折射率为。现有一束平行光垂直入射到半球的底面上，有些光线能从球面射出（不考虑被半球的内表面反射后的光线）。（sin53＝0.8）求
（1）从球面射出的光线对应的入射光线与光轴距离的最大值；
（2）距光轴0.5R的入射光线经球面折射后与光轴的交点到O点的距离。
(
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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
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
解析：A．根据题意，三条光线颜色相同，强度相同，所以三条光线所对应的折射率相同，当其恰好发生全反射时，临界角相同，由图可知，aO光线的入射角最大，当入射角达到临界角时，恰好发生全反射，故A正确；
BC．若bO光线发生全反射，则aO一定发生全反射，但是cO不一定发生全反射，故BC错误；
D．随着入射角的增大，折射光线的亮度逐渐减小，反射光线的亮度逐渐增大，由于光线bO比光线cO的入射角大，故光线bO的反射光线比光线cO的反射光线的亮度大，故D错误。
答案：A。
2．A
解析：光纤通信利用了光的全反射原理，选项A正确；天空中的彩虹是由光的色散形成的，选项B错误；真空中蓝光的波长比红光的波长短，选项C错误；机械波在不同介质中传播，波速不同，但是频率不变，则波长要改变，选项D错误；答案：A.
3．C
解析：A．光的频率不变，波长与波速成正比，光从空气中射入玻璃中波速减小，则知光在玻璃中的波长比在空气中的波长小，故A错误；
BCD．作出如图所示光路图，设光线在棱镜中发生全反射的临界角为C，有
解得
C=45°
根据折射定律
解得
r=30°
由几何知识求得光线在CD面上的入射角θ=75°>45°，所以三条光线在CD面上都能发生全反射，且三条光线平行；由光路图可判断知距离C点最近的为光线1，故BD错误，C正确；
答案：C。
4．D
解析：AB．根据临界角与折射率的关系
当入射角大于等于临界角时发生全反射，当时，光线在PO边上的入射角较小，小于临界角，不能发生全反射，光线将从PO射出，故AB错误；
CD．当时，光线在PO边上的入射角较大，大于临界角，光线将在PO边上发生全反射，故C错误，D正确。
5．B
解析：A．设折射角为α，根据折射定律有
解得
故A错误；
B．光线a在介质中的传播路程为
光线在介质中的传播速度为
所以
故B正确；
C．光线a在传播方向上的侧移量等于在介质中的传播路程为
故C错误；
D．把波源移近介质的上表面，入射角增大，折射角增大，光路图如图2所示
与光路图1相比，波源移近介质的上表面，就越容易在另一侧看到波源的实像，故D错误。
答案：B。
6．D
解析：A．光在空气中的传播速度比固体中的传播速度快，故A错误；
B．红光的频率小于紫光的频率，则冰晶对红光的折射率小于对紫光的折射率，根据可知红光在冰晶中的传播速度比紫光在冰晶中的传播速度大，故B错误；
CD．如图所示
由几何关系得
由折射定律得
由全反射的临界条件得
又
联立解得
故D正确，C错误。
答案：D。
7．A
解析：光路图如图所示
根据折射定律可得
可得
又由于在F点恰好发生全反射，因此
可得临界角
数据如图中所示，根据正弦定理可得
可得O、E两点间的距离
答案：A。
8．CD
思路：本题主要考查光的折射、干涉和衍射现象等的相关概念。
解析：A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉。故A错误；
B．三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射现象，频率不同的光在同一介质中折射率不同，产生色散。故B错误；
C．在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象。故C正确；
D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，故D正确。
答案：CD。
9．BCD
解析：A．在玻璃中光OC的折射程度小于OD的折射程度，可知玻璃对OC光的折射率较小，根据
可知在玻璃中光OC的速度大于OD的速度，故A错误；
B．因光线在上表面的折射角等于小表面的入射角，可知从下表面出射的光线的折射角都等于在上表面的入射角，即从玻璃砖下表面射出的所有可见光线均平行，故B正确；
C．从OC光线射出的应该为红光，由折射定律可知，折射率
故C正确；
D．沿OD射出的是紫光，折射率为
则紫光在此介质中的光速等于
故D正确。
答案：BCD。
10．AB
解析：AB．只经过两次全反射可知第一次入射角为45°，反射光路图如图所示：
根据全反射可知临界角
C≤45°
根据折射率
可知
n≥
故A、B正确；
CD．光在透明柱体中运动路程为
L=4r
运动时间为
则
t≥
故C、D错误。
答案：AB。
11．BC
解析：A．根据题意可知，光在空气中传播的距离为
s1=R
光在介质中传播的距离为
传播速度为
光从B点传播到D点所用的时间为
故A错误；
B．从D点观察，看到B处点光源的像比实际位置更靠近AC面，故B正确；
C．根据
得临界角
C=45°
设光射到E点恰发生全反射，如图

几何关系可知在△DBE中根据正弦定理
可得
∠DBE=30°，∠EDB=15°
所以
∠ADE=30°
同理，可知在DB连线另一侧的F点发生全反射时∠FDC=30°，故从D点观察，圆弧AC被照亮的弧长
故C正确；
D．由几何关系可得，点光源经圆弧AC全反射射到AB边，AB边被照亮部分长度为
故D错误；
答案：BC。
12． BCD AD
解析：（1）[1]用插针法测量折射率，在实验中需要确定界面、入射角和折射角，所以需要的器材有：玻璃砖一块，大头针四枚，白纸一张，直尺一把，还需要图钉和三角板，A错误，BCD正确。
答案：BCD。
（2）[2] A．入射角不宜太小,否则很难确定折射角，A正确；
B．为了测量的准确性，不一定要用平行玻璃砖来测量，B错误；
C．确定玻璃砖界面时，不能用玻璃砖的面画界面，这样会损坏玻璃砖的面，C错误；
D．为了减小实验误差，应该改变入射角的大小，多做几次实验，D正确。
答案：AD。
（3）[3]设入射角为，折射角为，由几何关系可得
又因为
故折射率为
13． N 1 有
解析：①[1]通过观察图可以得出入射角
折射角
根据折射率的定义空气中角的正弦值比在介质中的正弦值，折射率
②[2]空气中光线与法线的夹角越大，空气中角的正弦值越大对应的折射率越大，所以ON与法线的角大于OM与法线的夹角，可知N处对应的折射率较大；
③[3]作AO的延长线交圆周于K，这种情况下入射角与折射角相等，可知K处对应的折射率为1；
④[4]根据光的全反射条件：光从光密介质射向光疏介质，入射角大于等于临界角。光从液体射向空气时，如果大于等于临界角时，会在界面发生全反射，在KC部分观察不到大头针的像。
14．（1）；（2）
解析：（1）根据题意，在负折射率材料制成的棱镜中画出光路图，如图所示
由几何关系可得，入射光在D点的折射角为-30°，由折射定理可得，该材料的折射率为
（2）由几何关系可得，光在棱镜中的传播距离为DE=1m由公式
可得，光在棱镜中的传播速度为
则光在棱镜中的传播时间为
15．
解析：设光恰好要发生全反射时的临界光线照射到屏幕S上的E点到亮区中心O′点的距离r就是所求最大半径，如图所示．设临界角为C，有
又
O′E=（d-OF）cotC
解得
16．（1）；（2）
解析：（1）能从球面射出的光线对应的入射光线与光轴距离最远的为恰好发生全反射的光线，如图
根据全反射条件可知
设从球面射出的光线对应的入射光线与光轴距离的最大值为，根据几何关系可知
解得
（2）根据题意做出光路图如图
根据折射定律，有
根据几何关系，有
解得
根据正弦定理有
解得
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页