东营市胜利第三十九中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-4：光的折射与全反射 综合测试（含解析）

光的折射与全反射
1．下列说法正确的是(　　)
A．在水中的潜水员斜向上看岸边的物体时，看到的物体将比物体所处的实际位置高
B．光纤通信是一种现代通信手段，光纤内芯的折射率比外壳的小
C．水中的气泡，看起来特别明亮，是因为光线从气泡中射向水中时，一部分光在界面上发生全反射的缘故
D．光在某种介质中的传播速度为1.732×108 m/s，要使光由真空射入这种介质的折射光线与反射光线之间夹角为90°，则入射角为45°
2．如图所示，两束单色光a、b同时从空气中斜射入平行玻璃砖的上表面，进入玻璃砖中形成复合光束c，则下列说法中正确的是
A．若用a光照射某金属的表面能发生光电效应，则用b光照射也能发生
B．在相同条件下进行双缝干涉实验，a光的干涉条纹间距较小?
C．在玻璃砖中a光的速度较小
D．从水中射向空气发生全反射时，a光的临界角较小
3．如图所示，一条红色光线和另一条紫色光线，以不同的角度同时沿不同的半径方向射入同一块横截面为半圆形的玻璃柱体，其透射光线都是由圆心O点沿OC方向射出．则可知(　 )
A．挡住BO光线，OC光线是红光
B．挡住BO光线，OC光线是紫光
C．AO光线较BO光线穿过玻璃柱体所需时间短
D．在双缝干涉实验中，若仅将入射光由AO光线变为BO光线,则干涉亮条纹间距变小
4．如图所示的四种情景中，属于光的折射的是（ ）．
A． B．
C． D．
5．下列说法正确的是(　 　)
A．电磁波与机械波在介质中的传播速度都是只由介质决定的
B．玻璃中的气泡看起来特别明亮，是因为发生了光的全反射
C．障碍物的尺寸比光的波长大得多时，不会发生衍射现象
D．人们眯起眼睛看灯丝时看到的彩色条纹是光的干涉图样
6．一束单色光由空气斜射入水中，始终保持不变的是该光的（　　）
A．速度 B．波长 C．频率 D．传播方向
7．一束光由空气射入某种介质，当入射光线和界面的夹角为30°时，折射光线恰好与反射光线垂直，则光在该介质中的传播速度是(真空中光速为c) 【 】
A．c
B．
C．c
D．c
8．如图所示，P．Q是两种透明材料制成的两块相同的直角梯形棱镜，叠合在一起组成一个长方体，一束单色光从P的上表面射入，折射光线正好垂直通过两棱镜的界面，已知材料的折射率nPA．光线一定从Q的下表面射出
B．光线若从Q的下表面射出，出射光线与下表面的夹角一定等于θ
C．光线若从Q的下表面射出，出射光线与下表面的夹角一定大于θ
D．光线若从Q的下表面射出，出射光线与下表面的夹角一定小于θ
9．【3-4】如图所示为半圆形的玻璃砖，C为AB的中点，OO’ 为过C点的AB面的垂线，a．b两束不同频率的单色可见细光束垂直AB边从空气射入玻璃砖，且两束光在AB面上入射点到C点的距离相等，两束光折射后相交于图中的P点，以下判断正确的是 （ ）
A．在半圆形的玻璃砖中，a光的传播速度大于b光的传播速度
B．a光的频率大于b光的频率
C．两种色光分别通过同一双缝干涉装置形成的干涉条纹，相邻明条纹的间距a光的较大
D．若a．b两束光从同一介质射入真空过程中，a光发生全反射的临界角小于b光发生全反射的临界角
10．如图所示，用插针法测定玻璃折射率的实验中，以下说法正确的是【 】
A．P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些，可以提高准确度．
B．P1、P2及P3、P4之间的距离取得小些，可以提高准确度．
C．入射角i适当大一些，可以提高准确度．
D．入射角太大，折射光线会在玻璃砖的内表面发生全反射，使实验无法进行．
11．如图所示，一根长为L的直光导纤维的折射率为，光从它的一个端面射入，又从另一端面射出，所需的最长时间是________.(设光在真空中的光速为c)射出，添加射出，光在侧面发生全反射
12．电磁波谱中频率最高的是______ ，光纤通信中，光导纤维传递光信号是利用光的______ 现象，光从真空进入光导纤维后传播速度将______ 填“增大”“减小”或“不变”．
13．物理实验室新进了-批由某种透明材料做成的棱镜，其横截面由--直角三角形和半径为R的一圆组成，如图所示．已知三角形BC边的长度为R，∠BAC=30°，现让一单色细激光束从AB边上距A点为的D点沿与AB边成ɑ=45°角斜向右上方入射，激光束经AC反射后刚好能垂直BC边进入圆柱区域，光在真空中的速度为c，求：
①单色细激光束从圆弧上的E点(圈中未画出)射出时的折射角；
②单色细教光束在棱镜中传播的时间．
14．横截面为等腰梯形ABCD的柱形玻璃，底角θ=60°，一束细光束从底边垂直于AD射入玻璃柱后，恰好射到腰AB的中点，若果该玻璃的折射率，AB=BC=CD=4cm，请完成下列小题．
(1)请画出完整的光路图．
(2)计算该束光在玻璃柱子内运动的时间．
15．某液体的折射率为，在其液面下有一可绕O轴匀速转动的平面镜OA，OA的初始位置与液面平行，如图所示．在液面与平面镜间充满自左向右的平行光线，若在平面镜逆时针旋转一周的过程中，有光线射入空气中的时间为2秒，试问：
(1)平面镜由初始位置转过多大角度时，光线开始进入空气？
(2)平面镜放置的角速度多大？
16．如图，一束单色光射入一半径为0.1m玻璃球体，入射角为60°，已知光线在玻璃球内 经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行。求：
①此玻璃的折射率；
②光在玻璃球内只有一次反射情况下的传播时间。
17．如图所示的是一个透明圆柱体的横截面，一束单色光平行于直径AB射向圆柱体，光线经过折射后恰能射到B点，已知入射光线到直径AB的距离为R．R是圆柱体的半径．已知光在真空中的传播速度为c，求：
①该透明圆柱体介质的折射率；
②该单色光从C点传播到B点的时间；
③折射光线过B点时是否发生全反射，说明理由．
18．如图所示，一截面为直角三角形透明棱镜ABC，BC边长为a，∠A=30°．现有一细束单色光沿与AB平行的方向从到C点距离为学a的O点入射，折射后恰好射到AB边上的D点，且CD⊥AB.光在真空中的传播速度为c.求：
①棱镜的折射率n；
②单色光从O点入射到第一次从棱镜中射出所用的时间t．
参考答案
1．A
【解析】试题分析：根据光的折射，得出潜水员看到的高度和实际高度的关系；光在光纤中发生全反射，通过全反射的条件比较光纤内芯和外壳折射率的大小关系．水中的气泡，看起来特别明亮，是因为光线从水射入气泡发生全发射的缘故．根据得出折射率的大小关系，结合几何关系和折射定律求出入射角的大小．
景物的光斜射到水面上，由光发生折射的条件知，会发生折射现象，当光进入水中后靠近法线，射入潜水员眼睛，而潜水员由于错觉，认为光始终沿直线传播，逆着光的方向看上去而形成的虚像，所以比实际位置高，A正确；发生全反射的条件是光从光密介质进入光疏介质，则光纤的内芯折射率大于外壳的折射率，B错误；水中的气泡，看起来特别明亮，是因为光线从水射入气泡发生全发射的缘故，C错误；根据得，介质的折射率，光由真空射入这种介质的折射光线与反射光线之间夹角为90°，设入射角为θ，结合折射定律和几何关系知，，解得θ=60°，D错误．
2．A
【解析】由图知，玻璃对a光的折射率小于b光的折射率，故a光的频率小于b光的频率，所以若用a光照射某金属的表面能发生光电效应，则用b光照射也一定能发生，所以A正确；根据，所以，又因为双缝干涉的条纹间距为，所以在相同条件下进行双缝干涉实验，a光的干涉条纹间距较小，故B错误；在介质中的传播速度知在玻璃砖中a光的速度较大，故C错误；临界角，所以从水中射向空气发生全反射时，a光的临界角较大，故D错误。
3．B
【解析】
由图看出，两束光在O点的折射角相同，A光的入射角大于B光的入射角，由折射定律分析得知，玻璃对AO光的折射率大于对BO光的折射率，则AO光线是紫光，BO光线是红光．若挡住BO光线，OC是紫光．故A错误，B正确．由分析知，AO光线在玻璃中传播速度较小，所以AO光线较BO光线穿过玻璃砖所需时间长．故C错误．在双缝干涉实验中，干涉条纹的距离与波长成正比，则知在双缝干涉实验中，若仅将入射光由AO光线变为BO光线，则干涉亮条纹间距变大．故D错误．故选B．
点睛：对于七种单色光各个量的比较要熟悉，特别是红光与紫光的折射率、波长、频率、临界角等等关系，要根据色散实验结果进行记忆．
4．B
【解析】
A属于光沿直线传播；B属于光的折射；C属于光沿直线传播，C属于光的反射，故B正确．
5．B
【解析】机械波在介质中的传播速度都是只由介质决定，而电磁波的传播不需要介质，选项A错误； 玻璃中的气泡看起来特别明亮，是因为发生了光的全反射，选项B正确； 障碍物的尺寸比光的波长大得多时，不会发生明线的衍射现象，选项C错误； 人们眯起眼睛看灯丝时看到的彩色条纹是光的衍射图样，选项D错误；故选B.
6．C
【解析】
【详解】
一束单色光由空气斜射入水中，波速减小，波长变小，传播方向改变，始终保持不变的是该光的频率，故C正确，ABD错误；
故选C。
7．D
【解析】当入射光线与界面间的夹角为30°时，入射角i=60°，折射光线与反射光线恰好垂直，则折射角r=90°-60°=30°，故折射率为 ．这束光在此介质中传播的速度为 ,故选D.
8．D
【解析】
由于没有确定几何尺寸,所以光线可能射向Q的右侧面,也可能射向Q的下表面,A错误;当光线射向Q的下表面时,它的入射角与在P中的折射角相等,由于nP＜nQ,进入空气中的折射角大于进入P上表面的入射角,那么出射光线与下表面的夹角一定小于θ,B、C错误，D正确.
9．AC
【解析】由图分析可知，玻璃砖对b光的偏折角大于对a光的偏折角，根据折射定律得知：玻璃砖对b光的折射率大于对a光的折射率，由得知，a光在玻璃砖中的速度大于b光的传播速度，A正确；对于同种介质，光的折射率越大，光的频率越大，则知a光的频率小于b光的频率，B错误；双缝干涉条纹的间距与波长成正比，a光的频率小，波长长，故相邻明条纹的间距a光的较大，C正确；由临界角公式分析得知，a光的折射率n小，则a光发生全反射的临界角大于b光发生全反射的临界角，D错误．
10．AC
【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，B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C正确．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内表面发生全反射．故D错误．故选AC.
点睛：用插针法测定玻璃砖折射率时，大头针间的距离和入射角都应较大，可减小角度引起的相对误差，提高精度．
11． ；
【解析】
【详解】
光在光导纤维内是以全反射的方式传播的，每次的入射角都大于或等于临界角，但等于临界角时路程最大，时间最长，如图所示．
由几何关系知：sinC=△L/△s=1/n
△s=n△L
设光经N次全反射从另一个端面射出，则总路程为s.
s=(N+1)△s=(N+1)n△L=n(N+1)△L=nL
因光在玻璃中的传播速度v=c/n
则有,光在玻璃中传播的时间t=s/v=.
答：光在光纤中运动的最长时间是.
12．γ射线； 全反射； 减小?
【解析】
【详解】
电磁波谱中频率最高的是γ射线，光纤通信中，光导纤维传递光信号是利用光的全反射现象，光从真空进入光导纤维后传播速度将减小．
13．①γ=45°；②
【解析】
【详解】
①细激光束在棱镜和圆柱中的光路图如图所示，由几何关系可知β=30°
根据折射定律
由几何关系得FH=GB=
故在ΔGEB中，由几何关系得∠GEB=30°，又因，故
sinγ=nsin∠GEB=→γ=45°
②由几何关系可知，
故激光束在棱镜中传播的路程为
传播速度，单色细激光束在棱镜中传播的时间为．
14．(1) 光路图见解析； (2) s
【解析】
【详解】
（1）光路如图；
（2）设该光在玻璃中发生全反射的临界角为C，
光射到E点时入射角=θ=60°
sin>sinC
发生全反射，射到F点如图，由数学知识知F恰为BC的中点发生全反射．根据对称性，光射到CD中点G，再次反射后垂直AD射出．
光在玻璃中路程cm
设光在玻璃中速度v，由
得m/s
该束光在玻璃柱子内运动的时间s
15．(1) 45° (2)
【解析】
【详解】
(1)设临角为C，则
∴C＝45°
则入射光线转过45°时光线开始进入空气．
根据反射定律及几何知识，平面镜转过时光线开始进入空气．
(2)当平面镜转过67.5°时，光线又发生全反射，不进入空气，
所以平面镜转过22.5°﹣67.5°间光线进入空气．
平面镜转动的角速度：.
16．①②s
【解析】
【详解】
解：①作出光线在玻璃球体内光路图，、是折射点，是反射点，平行于入射光线， 由几何知识得，则由几何关系得
折射角，入射角
所以折射率为：
②光在玻璃球内的传播速度：
光在玻璃球内传播的距离：
故光在玻璃球内的传播时间：
17．①；②；③折射光线过B点时不发生全反射．
【解析】
【详解】
①光线P经折射后经过B点，光路图如图所示．由几何知识得：
sinα==，α=60°，β=α=30°
则折射率为：n===
②CB间的距离为：s=2Rcosβ=R
光在圆柱体传播速度为：v=，
则光从C点传播到B点的时间为：t==
③由几何知识知，折射光线射到B点时的入射角等于β，由光路可逆性原理，折射光线不可能在B点发生全反射，一定能从B点射出.
18．①n=．②
【解析】
【分析】
【详解】
①单色光在棱镜中的光路如图所示，由几何关系可知，CD长为a、△OCD为
等边三角形，故α-β=60°
根据折射定律有

解得
n=
②由于sinθ=>，故单色光在D点发生全反射，由几何关系可知，反射光垂直
BC边从BC边射出棱镜，故
γ=β=60°
光在楼镜中的传播速度为

故

解得
【点睛】
对于几何光学，关键要结合题意作出光路图，灵活运用几何知识帮助解决物理问题．还要掌握光的折射定律、全反射条件等光学基础知识．