第4章 光的折射和全反射 章节测试题 word版含解析

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2019鲁科版高中物理选修3-4第4章《光的折射和全反射》章节测试题
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。
第Ⅰ卷
一、单选题(共20小题,每小题3.0分,共60分)


1.如图所示，一束光以入射角i从空气射入某种介质，若折射角为r，则该介质的折射率n为(　　)




A． B． C． D．
2.空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图所示．方框内有两个折射率n＝1.5的玻璃全反射棱镜．下图给出了两棱镜的四种放置方式的示意图．其中能产生图中效果的是(　　)




A． B． C． D．
3.在空气中，一条光线以60°的入射角射到一平行玻璃砖的上表面ab上，如图所示．已知该玻璃的折射率为，下列说法正确的是(　　)

A． 光线可能在ab面上发生全反射而不能进入玻璃砖
B． 光线肯定能从ab面进入玻璃砖且折射角为30°
C． 光线可能在cd面上发生全反射而不能射出玻璃砖
D． 光线肯定能从cd面射出玻璃砖且折射角为30°
4.如图所示为地球及其大气层，高空有侦察卫星A接收到地球表面p处发出的光信号，则A感知到的发光物应在(　　)

A． 图中p点
B． 图中p点靠近M的一侧
C． 图中p点靠近N的一侧
D． 以上位置都有可能
5.在一次讨论中，老师问道：“假如水中相同深度处有a，b，c三种不同颜色的单色点光源，有人在水面上方同等条件下观测发现，b在水下的像最深，c照亮水面的面积比a的大．关于这三种光在水中的性质，同学们能做出什么判断？”有同学回答如下：
①c光的频率最大　②a光的传播速度最小　③b光的折射率最大　④a光的波长比b光的短
根据老师的假定，以上回答正确的是(　　)
A． ①②
B． ①③
C． ②④
D． ③④
6.已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为1.33、1.55、1.60和1.63，如果光按下面几种方式传播，可能发生全反射的是(　　)
A． 从水晶射入玻璃
B． 从水射入二硫化碳
C． 从玻璃射入水中
D． 从水射入水晶
7.如图所示，发出白光的细线光源ab，长度为l0，竖直放置，上端a恰好在水面以下，如图．现考虑线光源ab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l1表示红光成的像的长度，l2表示蓝光成的像的长度，则(　　)

A．l1B．l1>l2>l0
C．l2>l1>l0
D．l28.在“测定玻璃砖的折射率”的实验中，某同学在画玻璃砖下界面bb′时，上界面与aa′直线离开了一段距离，但aa′与bb′仍然平行，如图所示．如果其他操作不变，他测得玻璃砖的折射率比真实值将(　　)

A． 偏大
B． 偏小
C． 仍然准确
D． 以上均有可能
9.下列说法正确的是(　　)
A． 捕鱼人在岸上不同的位置看到水中静止的鱼的位置不变
B． 清晨人们刚刚看到太阳从地平线上升起时实际太阳还在地平线以下
C． 在光的反射现象中光路是可逆的，但光的折射现象中光路是不可逆的
D． 光从玻璃射入空气时红光比紫光发生全反射的临界角小
10.如图1，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，波长分别为λa、λb，该玻璃对单色光a、b的折射率分别为na、nb，则(　　)

图1
A．λa＜λb，na＞nb
B．λa＞λb，na＜nb
C．λa＜λb，na＜nb
D．λa＞λb，na＞nb
11.如图所示，三棱镜的横截面为直角三角形ABC，∠A＝30°，∠B＝60°.一束平行于AC边的光线自AB边的P点射入三棱镜，在AC边发生反射后从BC边的M点射出，若光线在P点的入射角和在M点的折射角相等，则该棱镜材料的折射率为(　　)




A．
B．
C．
D．
12.自行车尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间行驶时，从后面开来的汽车发出的强光照在自行车尾灯上，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车．尾灯由透明介质做成，其外形如图所示．下列说法中正确的是(　　)

A． 汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
B． 汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射
C． 汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射
D． 汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
13.对“测定玻璃折射率”的实验中的一些问题，几个同学发生了争论，他们的意见如下，其中哪些选项是错误的 (　　)
A． 为了提高测量的精确度，P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大一些
B． 为了提高测理的精确度，入射角应适当大一些
C．P1、P2之间的距离的大小及入射角的大小跟测量的精确度无关
D． 如果入射角太大，则反射光过强，折射光过弱，不易观察
14.一束红、紫两色的混合光，从某种液体射向空气，当研究在界面上发生折射和反射现象时，可能发生的情况是图中的(　　)



A．B．C．D．
15.如图所示，OBCD为半圆柱体玻璃的横截面，OD为直径，一束由红光和蓝光组成的光从真空沿AO方向从直径面斜射入玻璃，B、C两点为两单色光的射出点．已知从B点射出的单色光由O到B的传播时间为tB，从C点射出的单色光由O到C的传播时间为tC，则(　　)

A．OC光线为红光，tB＝tC
B．OB光线为红光，tB＝tC
C．OC光线为红光，tB＞tC
D．OB光线为红光，tB＜tC
16.如图 (甲)所示，将筷子竖直插入玻璃杯内，从俯视图中的p点沿水平方向看到的应该是下列图中的哪个图形(　　)




A．B．C．D．
17.某同学将一枚大头针从一边长为6 cm的正方形不透光的轻质薄板正中心垂直于板插入，制作成了一个测定液体折射率的简单装置．他将该装置放在某种液体液面上，调整大头针插入深度，当插入液体中深度为4 cm时，恰好无论从液面上方任何方向都看不到液体中的大头针，则该液体的折射率为(　　)
A．
B．
C．
D．
18.以往，已知材料的折射率都为正值(n＞0)．现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值(n0)，称为负折射率材料．位于空气中的这类材料，入射角i与折射角γ依然满足n＝，但是折射线与入射线位于法线的同一侧(此时折射角取负值)．若该材料对于电磁波的折射率n＝－1，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是(　　)



A．B．



C．D．
19.光在两种介质的界面上发生全反射，由此可以判定(　　)
A． 光由光密介质射向光疏介质
B． 光由光疏介质射向光密介质
C． 入射角小于临界角
D． 入射角等于或大于临界角
20.关于全反射，下列叙述中正确的是(　　)
A． 发生全反射时仍有折射光线，只是折射光线非常弱
B． 光从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象
C． 光从光密介质射向光疏介质时，可能不发生全反射现象
D． 光从光疏介质射向光密介质时，可能发生全反射现象
第Ⅱ卷
二、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)


21.一半径为R的半圆柱形玻璃砖，横截面如图所示．已知玻璃的全反射临界角γ(γ＜)．与玻璃砖的底平面成(－γ)角度、且与玻璃砖横截面平行的平行光射到玻璃砖的半圆柱面上．经柱面折射后，有部分光(包括与柱面相切的入射光)能直接从玻璃砖底面射出．若忽略经半圆柱内表面反射后射出的光．求底面透光部分的宽度．

22.一玻璃三棱柱竖直放在水平桌面上，其底面A1B1C1是边长a＝12 cm的等边三角形，柱高L＝12 cm.现在底面的中心O处放置一点光源，不考虑三棱柱内的反射光，玻璃的折射率为，求三个侧面的发光的总面积．

23.两束平行的细激光束垂直于半圆柱玻璃的平面射到半圆柱玻璃上，如图所示．已知其中一束光沿直线穿过玻璃，它的入射点是O，另一束光的入射点为A，穿过玻璃后两条光线交于P点．已知玻璃截面的圆半径为R，OA＝，OP＝R.求玻璃材料的折射率．

24.如图所示，一台激光器，它的功率为P，如果它发射出的单色光在空气中的波长为λ.

(1)它在时间t内辐射的光能为________，如果已知这束单色光在某介质中的传播速度为v，那么这束单色光从该介质射向真空发生全反射的临界角为________．
(2)由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为信息高速传输的载体如图所示．要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多大？



答案解析
1.【答案】B
【解析】根据折射定律得，n＝.故B正确，A、C、D错误．
2.【答案】B
【解析】四个选项产生光路效果如下图：

由上图可知B项正确．
3.【答案】B
【解析】本题考查光的折射定律、全反射条件、平行玻璃砖对光的作用特点．光线从空气进入玻璃是从光疏介质进入光密介质，因此光线肯定能进入玻璃砖，由折射率公式n＝可以求得折射角为30°，A项错误，B项正确；根据对称性和光路可逆性可知，光线经过平行玻璃砖时，光的传播方向不变，但光线发生侧移，因此光线不可能在cd边发生全反射，从cd边射出时折射角为60°，C、D项错误．
4.【答案】B
【解析】由于大气层的存在，

侦察卫星在A处接收到的p处发出的光信号的光路大致如图中实线所示，由图可知选项B正确，A、C、D错误．
5.【答案】C
【解析】b像最深说明折射率最小，频率最小，波长最大，发生全反射的临界角最大．c照亮水面的面积比a大，说明a折射率比c大，发生全反射的临界角比c小，总之，频率最大的是a，①错误；传播速度v＝，故传播速度最小的是a，②正确；折射率最大的是a，a光波长最短，b光波长最长，③错误，④正确．故选项C正确．
6.【答案】C
【解析】光只有从光密介质射入光疏介质才可能发生全反射，从水晶射入玻璃、从水射入二硫化碳，从水射入水晶都是从光疏介质射入光密介质，都不可能发生全反射，故A、B、D错误，从玻璃射入水中是从，有可能发生全反射，故C正确．
7.【答案】D
【解析】由视深公式h′＝，可知，线光源ab的像长l＝.因为介质的折射率n大于1，所以像长l＜l0.由光的色散知识可知，水对红光的折射率n1小于水对蓝光的折射率n2，由l1＝和l2＝可得l1＞l2.

8.【答案】B
【解析】如图所示，实线是实际光线，虚线是该同学所作的光线，可见，该同学利用插针法确定入射光线、折射光线后，按虚线光路测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实的折射角偏大，根据折射定律n＝可知，测得的折射率偏小．

9.【答案】B
【解析】如图所示，

水中鱼反射出的光，在水面处发生了折射，光有水斜射入空气时发生折射，折射角大于入射角，人认为光是沿直线传播的，所以逆着折射光线看上去，看到的A′是变浅的鱼的虚像．捕鱼人在岸上不同的位置时，射入人眼的折射光线方向不同，则看到的鱼的位置不同；故A错误．早晨看太阳从地平线刚刚升起时，由于大气层的折射现象，实际上它还处在地平线的下方，故B正确．在光的反射现象和折射现象中光路都是可逆的，故C错误．由临界角公式sinC＝知，n越小，临界角C越大．由于红光的折射率比紫光的小，所以光从玻璃射入空气时红光发生全反射的临界角比紫光的大，故D错误．故选：B.
10.【答案】B
【解析】由题图知，三棱镜对b光的折射率较大，所以na＜nb.又因为光的频率越大，介质对光的折射率就越大，故b光的频率大于a光的频率，又根据c＝λν，所以b光的波长小于a光的波长，即λa＞λb，所以B正确，A、C、D错误．
11.【答案】B
【解析】光路如图所示，设光线在P点的入射角为i，折射角为r，因光线平行AC射入，所以i＝60°，由折射定律对于P处折射有 sini＝nsinr
对于M处折射有nsinr′＝sini，所以r＝r′
又OO′∥AC，∠MNC＝r′，∠ANP＝∠MNC＝r，根据三角形的外角等于不相邻的两内角之和，得：r＝30°，

所以折射率为n＝＝＝.故选B.
12.【答案】B
【解析】光线应该从右边入射，在左边两个直角边上连续发生两次全反射，利用全反射棱镜的原理使入射光线偏折180°，B正确．
13.【答案】C
【解析】折射光线是通过隔着玻璃砖观察成一条直线确定的，大头针间的距离太小，引起的角度会较大，故P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些，可以提高准确度．故A正确，C错误．入射角θ1尽量大些，折射角也会大些，折射现象较明显，角度的相对误差会减小．故B正确．如果入射角太大，则反射光过强，折射光过弱，不易观察，D正确．
14.【答案】C
【解析】在同种液体中，紫光的折射率较大，所以当它们从某种液体射向空气并且入射角相同时，紫光的折射角较大，选项A错误；根据临界角公式C＝arcsin可知，紫光的折射率较大，临界角较小，紫光更容易发生全反射，而选项B中的红光首先发生了全反射，所以可排除；两种色光在界面处都要发生光的反射，所以选项D也可排除，故选项C正确．
15.【答案】A
【解析】玻璃对红光的折射率小于对蓝光的折射率，由折射定律知，红光和蓝光以相同的入射角射入玻璃砖时，红光的折射角大，所以OC光线为红光．设任一光线在O点的入射角为i，折射角为r，光在玻璃中传播的路程是s，半圆柱的半径为R.则光在玻璃中的速度为：v＝；
由几何知识得：s＝2Rcos(90°－r)＝2Rsinr，
则光在玻璃传播时间为：t＝＝＝由折射定律得：nsinr＝sini
则得：t＝由题知，入射角i相同，R、c相等，所以时间t相同，即有tB＝tC.故A正确．故选：A.
16.【答案】D
【解析】筷子在水中部分反射的光到达p点后折射，如图所示．筷子的上半部分偏左，下半部分更偏左，且更粗．

17.【答案】A
【解析】要在液面上各处均看不到大头针，要求光线射到薄板边缘界面处时恰好发生全反射，设临界角为C.
由临界角与折射率的关系得：sinC＝①
由几何关系得：sinC＝＝＝②
联立①②式可得：n＝
故选：A

18.【答案】B
【解析】由折射定律：＝－1
得：sini＝－sinr
即折射角和入射角等大，且位于法线的同侧，故B正确．
19.【答案】C
【解析】光照射到两种介质界面上时，光线全部被反射回原介质的现象称为全反射现象．发生全反射的条件为：光线从光密介质射向光疏介质；入射角大于或等于临界角．
20.【答案】C
【解析】发生全反射时折射光线的能量为零，折射光线消失，所以选项A错误；发生全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角，二者缺一不可，所以选项B、D错误，C正确．
21.【答案】Rsinγ
【解析】光路图如图所示，沿半径方向射入玻璃砖的光线，即光线①射到MN上时，根据几何知识，入射角恰好等于临界角，即恰好在圆心O处发生全反射，光线①左侧的光线，经球面折射后，射到MN上的角一定大于临界角，即在MN上发生全反射，不能射出，光线①右侧的光线射到MN上的角小于临界角，可以射出，光线③与球面相切，入射角θ1＝90°，折射角即为γ，从MN上垂直射出．根据几何知识，底面透光部分的宽度OE＝Rsinγ.

22.【答案】18π cm2
【解析】因光源在底面的中点，可知光源到三个侧面的距离相等， 根据几何知识可知光源到三个侧面的距离为a,
根据折射定律，sinC＝＝＝
求得临界角C＝45°
根据几何知识可求每个侧面的发光的面积为半径为a
圆面积的一半．三个侧面的发光面积为S＝π(a)2＝18π cm2.
23.【答案】
【解析】画出光路如图所示．

其中一束光沿直线穿过玻璃，可知O点为圆心．另一束光沿直线进入玻璃，在半圆面上的入射点为B，设入射角为θ1，折射角为θ2，由几何关系可得：sinθ1＝＝，解得：θ1＝30°.由题意知：OP＝R，由几何关系知：BP＝R，折射角为：θ2＝60°.由折射定律得玻璃的折射率为：n＝＝＝.
24.【答案】(1)Pt　arcsin　(2)
【解析】(1)激光器t时间内发出的光能W＝Pt
由n＝，sinC＝，则C＝arcsin.
(2)设激光束在光导纤维端面的入射角为i，折射角为r，折射光线射向侧面时的入射角为i′，折射角为r′，如图所示．

由折射定律：n＝，由几何关系：r＋i′＝90°，sinr＝cosi′.
由全反射临界角的公式：sini′＝，cosi′＝，
要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有i＝90 °，sini＝1.故n＝＝＝＝，
解得n＝，故光导纤维的折射率至少应为.