人教版高中物理选修3-4 光 综合测评+Word版含解析

综合测评
一、选择题(本题共7小题，每小题8分，共56分)
1.酷热的夏天，在平坦的柏油公路上，你会看到在一定距离之外，地面显得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎还能看到远处车、人的倒影。但当你靠近“水面”时，它也随你靠近而后退。对此现象正确的解释是 (　　)
A.出现的是“海市蜃楼”，是由光的折射造成的
B.“水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉
C.太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率大，发生全反射
D.太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率小，发生全反射
【解析】选D。在太阳光照射下，地表温度升高，地面附近空气的折射率变小，光发生全反射，D正确。
【补偿训练】
　　(多选)下述现象哪些是由于全反射造成的 (　　)
A.露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下格外明亮
B.直棒斜插入水中时呈现弯折现象
C.口渴的沙漠旅行者，往往会看到前方有一潭晶莹的池水，当他们喜出望外地奔向那潭池水时，池水却总是可望而不可及
D.在盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管，看到试管壁特别明亮
【解析】选A、D。露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下在部分位置发生全反射，所以格外明亮，故A正确；直棒斜插入水中时呈现弯折现象是由于光的折射，故B不正确；口渴的沙漠旅行者，往往会看到前方有一潭晶莹的池水，是折射的现象，故C错误；盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管，看到试管壁特别明亮，是由于发生了全反射，故D正确。
2.关于光纤的说法，正确的是 (　　)
A.光纤是由高级金属制成的，所以它比普通电线容量大
B.光纤是非常细的特制玻璃丝，但导电性能特别好，所以它比普通电线衰减小
C.光纤是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外套两层组成，光纤是利用全反射原理来实现光的传导的
D.在实际应用中，光纤必须呈笔直状态，因为弯曲的光纤是不能传导光的
【解析】选C。光导纤维的作用是传导光，它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝，且由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大。载有声音、图象及各种数字信号的激光传播时，在内芯和外套的界面上发生全反射，光纤具有容量大、衰减小、抗干扰性强等特点。在实际应用中，光纤是可以弯曲的，选项C正确。
3.(2018·东城高二检测)有一束波长为6×10-7 m的单色光从空气射入某种透明介质，入射角为45°，折射角为30°，则下列说法正确的是 (　　)
A.介质的折射率是
B.这束光在介质中传播的速度是1.5×108 m/s
C.这束光的频率是5×1014 Hz
D.这束光发生全反射的临界角是30°
【解析】选C。该介质的折射率为n==，A错误；光在介质中传播的速度是v== m/s=×108 m/s，该束光的频率为f== Hz=5×1014 Hz，B错误，C正确；因为sin C==，该束光的全反射临界角为45°，D错误。
【补偿训练】
　　如图所示，一束单色光沿半圆柱形玻璃砖的半径垂直ab面入射，有光线从ab面射出。以O点为圆心，将玻璃砖缓慢转过θ角时，恰好没有光线从ab面射出，则该玻璃砖的折射率为 (　　)
A. 　　B.　 　C.　 　D.
【解析】选B。由图可知，当将玻璃砖缓慢转过θ角时入射角也是θ，故sin C=
sin θ=，所以n=，故选项B正确。
4.(2018·郑州高二检测)如图所示，光液面传感器有一个像试管模样的玻璃管，中央插一块两面反光的玻璃板，入射光线在玻璃管内壁与反射光板之间来回发生反射，进入到玻璃管底部，然后在另一侧反射而出(与光纤原理相同)。当透明液体的折射率大于管壁玻璃的折射率时，就可以通过光液面传感器监测出射光的强弱来判定玻璃管是否被液体包住了，从而了解液面的高度。以下说法正确的是 (　　)
A.玻璃管被液体包住之后，出射光强度增强
B.玻璃管被液体包住之后，出射光消失
C.玻璃管被液体包住之后，出射光强度减弱
D.玻璃管被液体包住之后，出射光强度不变
【解析】选C。玻璃管被液体包住之前，由于玻璃管之外是光疏介质空气，光线发生全反射，没有光线从玻璃管中射出。当玻璃管被透明液体包住之后，如果液体的折射率大于玻璃的折射率，光线不再发生全反射，有一部分光线进入液体，反射光的强度会减弱，故C项正确。
5.如图所示是两个城市间的光缆中的一条光导纤维的一段，光缆总长为L，它的玻璃芯的折射率为n1，外层材料的折射率为n2。若光在空气中的传播速度近似为c，则对于光由它的一端射入经多次全反射后从另一端射出的过程，下列判断中正确的是 (　　)
A.n1B.n1C.n1>n2，光通过光缆的时间等于
D.n1>n2，光通过光缆的时间大于
【解析】选D。光从光密介质射入光疏介质，才可能发生全反射，故n1>n2；光在内芯传播的路程s=，光在内芯的传播速度v=，所以t==，故D正确。
6.如图所示，一束光从空气垂直射到直角棱镜的AB面上，已知棱镜材料的折射率为1.4，则这束光进入棱镜后的光路图应为 (　　)
【解析】选D。光线垂直AB面射入，在到达AC面上时入射角i=60°，因光线的临界角C满足sinC=，C=45°，i>C，所以光线在AC面发生全反射；光线到达BC面上的入射角i′=30°，由于i′【互动探究】若光线从空气垂直射到斜边AC上，请画出大致的光路图(不发生全反射)。
【解析】光路图如图所示。
答案:见解析
7.如图所示，一个透明玻璃球的折射率为，一束足够强的细光束在过球心的平面内，以45°入射角由真空射入玻璃球后，在玻璃球与真空的交界面处发生多次反射和折射，从各个方向观察玻璃球，能看到从玻璃球内射出的光线的条数是 (　　)
A.2　　　　B.3　　　　C.4　　　　D.5
【解析】选B。sinC==，C=45°；n=，θ=30°。光路图如图所示。所以从玻璃球内射出的光线共3条。
二、非选择题(14分)
8.(2018·全国卷Ⅱ)如图，△ABC是一直角三棱镜的横截面，∠A=90°，∠B=
60°，一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点。不计多次反射。
(1)求出射光相对于D点的入射光的偏角。
(2)为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？
【解析】(1)光线在BC面上折射，由折射定律有
sin i1=nsin r1 　①
式中，n为棱镜的折射率，i1和r1分别是该光线在BC面上的入射角和折射角。光线在AC面上发生全反射，由反射定律有
i2=r2　　　②
式中i2和r2分别是该光线在AC面上的入射角和反射角。
光线在AB面上发生折射，由折射定律有
nsin i3=sin r3　　③
式中i3和r3分别是该光线在AB面上的入射角和折射角。
由几何关系得i2=r2=60°，r1=i3=30°④
F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为
δ=(r1-i1)+(180°-i2-r2)+(r3-i3)⑤
由①②③④⑤式得δ=60°⑥
(2)光线在AC面上发生全发射，光线在AB面上不发生全反射，有
nsin i2≥nsin C>nsin i3　　⑦
式中C是全反射临界角，满足nsin C=1　　⑧
由④⑦⑧式知，棱镜的折射率n的取值范围应为
≤n<2
答案：(1)60° (2)≤n<2
1.(15分)(1)(多选)关于全反射，下列说法中正确的是 (　　)
A.发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线
B.光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射
C.光线从光密介质射向光疏介质时，不一定会发生全反射
D.光线从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射
E.水或玻璃中的气泡看起来特别亮，是因为光从水或玻璃射向气泡时在界面发生了全反射
(2)(2018·咸阳高二检测)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高速传输信息的载体。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少？(假设光纤外套折射率与空气相同)
【解析】(1)选C、D、E。光从光密介质射向光疏介质时，当入射角增大到某一角度后，折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象叫全反射，故A错；光线从光密介质射向光疏介质时入射角必须大于等于临界角才能发生全反射，故B错，C对；光线从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射，故D对；当光从水或玻璃射向气泡时，在界面上发生了全反射，使气泡看起来特别亮，选项E对。
(2)设激光束在光导纤维前端的入射角为θ1，折射角为θ2，折射光线射向侧面时的入射角为θ3，如图所示。
由折射定律n=
由几何关系θ2+θ3=90°，则sin θ2=cos θ3
由全反射临界角公式sin θ3=，故cos θ3=
要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有θ1=90°，sin θ1=1，
故n====，
解得n=。
答案:(1)C、D、E　(2)
2.(15分)(1)(多选)关于光的全反射和光纤的应用，下列说法正确的是(　　)
A.光由不同介质射入真空或空气时临界角不同
B.入射角大于临界角，不一定发生全反射
C.玻璃是光密介质
D.光纤通信是光导纤维的唯一应用
E.光导纤维的工作原理是光的全反射
(2)(2018·西安高二检测)半径为R的四分之一圆柱形透明体，圆心为O，放置在一水平面上。一细束单色光从P点垂直于侧面射入透明体，从M点射出的光线照射到水平面上的B点，已知OP=，测得O、B间的距离为R，求:
①透明体材料的折射率为__________。?
②若要使折射光线消失，则入射点到O点的距离应满足什么条件:__________。?
【解析】(1)选A、B、E。不同介质的折射率不同，所以光由不同的介质射入真空或空气时临界角不同，A项正确；入射角大于临界角，不一定发生全反射，还要光从光密介质进入光疏介质才能发生全反射，B项正确；光疏介质、光密介质是相对的，只有一种介质不能说是光疏介质还是光密介质，C项错；光纤通信是光导纤维的主要应用，光导纤维还可应用到内窥镜、潜望镜等，D项错；光导纤维的工作原理是光的全反射，E项正确。
(2)①过M点作法线交于O点，
如图所示，在△OPM中，
sin α==
解得α=30°。
过M点作OB的垂线交OB于N点，易得ON=R
则:NB=OB-ON=R
在△NBM中，tan β==
联立以上解得β=30°
由几何关系可知θ=60°
透明体的折射率:n=
联立以上解得:n=；
②由sin C=
联立解得:sin C=
由OP′=Rsin C
联立可得:OP′=R
若要使折射光线消失，则入射点到O点的距离应满足:
R≥OP≥R。
答案:(1)A、B、E
(2)①　②R≥OP≥R
【补偿训练】
如图是一个半径为R的半球形透明物体的截面图，其轴线OA水平。现用一细束单色光水平入射到距O点R处的C点，此时透明体左侧恰好不再有光线射出。
(1)求透明体对该单色光的折射率。
(2)将细光束平移到距O点处，求出射光线与OA轴线的交点距O点的距离。
【解析】(1)如图所示，光束由C处水平射入，在B处发生全反射，∠OBC为临界角
由几何关系得:
sin C==
故:n==
(2)如图所示，光束由D点水平射入，在E点发生折射，入射角为∠OED=α，
折射角为∠MEF=β，
由几何关系得:
sin α==，
解得:α=30°，
由折射定律得:n==，
解得:β=60°，
由几何关系可知:∠FOE=α，
∠OFE=β-α=α，
则出射光线与OA轴线的交点F与O点的距离为:
OF=2Rcos 30°=R。
答案:(1)　(2)R
【总结提升】应用光的折射和全反射理论解题技巧
(1)折射率公式的应用:折射率公式为n=(i为真空中的入射角，r为某介质中的折射角)。根据光路可逆原理，入射角、折射角是可以随光路的逆向而“换位”的。我们可以这样来理解、记忆:n=或=。
(2)分析、计算问题的应用:分析、计算时要掌握好n的两种表达式及有关数学知识，如三角函数(尤其是特殊角的函数)。