山东省寿光中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-4：光的折射与全反射 单元测试题（含解析）

光的折射与全反射
1．温度较低的恒星，在天空中呈现（ ）
A．暗红色 B．黄色 C．白色 D．蓝色
2．已知一束可见光m是由a、b、c三种单色光组成的，光束m通过三棱镜的传播情况如图所示，则比较a、b、c三种单色光，下列说法正确的是
A．a色光的折射率最大
B．c色光的频率最小
C．b色光在玻璃中的传播速度最大
D．c色光发生全反射的临界角最小
3．下列说法正确的是
A．用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干涉现象
B．在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象
C．电视机遥控器是利用发出紫外线脉冲信号来换频道的
D．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
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变从空气射入玻璃砖，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大于b光发生全反射的临界角
5．《梦溪笔谈》是中国科学技术史上的重要文献，书中对彩虹作了如下描述：“虹乃雨中日影也，日照雨则有之”．下图是彩虹成因的简化示意图，设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a、b是两种不同频率的单色光．下列说法正确的是（ ）
A．雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹
B．水滴对a光的临界角大于对b光的临界角
C．在水滴中，a光的传播速度小于b光的传播速度
D．a、b光分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距较大
6．如图，在测定玻璃砖折射率的实验中，光射入和射出的玻璃砖的前后两个平面是平行的。下列说法正确的是
A．实验操作时，有四颗大头针，当人眼看到四颗针挡住前面三颗针时，光路就确定好
B．入射光线和射出玻璃砖的光线是平行的
C．射出玻璃砖的光线相对于入射光线有侧移，侧移量只由玻璃砖前后表面间的厚度决定
D．在处理光路，求折射率时，必须要用到圆规、直尺和量角器三种器材
7．下列图示所涉及实验及现象的说法正确的是（）
A．甲图所示为光电效应实验装置，任意频率的光照射锌板都可以放出光电子
B．乙图所示为利用光导纤维制成的内窥镜，利用了光的全反射原理
C．丙图所示为放射线在磁场中的运动轨迹，可知甲为射线，乙为射线，丙为射线
D．丁图所示为粒子散射实验，利用粒子打到金属箔时受到库仑力作用而发生偏转
8．某介质的折射率为；，一束光由该介质射向空气，如下光路图中正确的是：（ ）
A． B．
C． D．
9．一束复色光从玻璃界面射向空气时分成a、b、c三束，如图所示.三束光相比较，可以确定（ ）
A．在真空中a束光的速度较大
B．在玻璃中c束光的速度较大
C．c束光的频率最大
D．由玻璃射向空气，三束光中c束光的临界角最大
10．如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为θ=30?，E、F分别为边AB、BC的中点，则(　　)
A．该棱镜的折射率为
B．光在F点发生全反射
C．光从棱镜进入空气，波长变小
D．从F点出射的光束与入射到E点的光束不平行
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)
12．如图，一束由两种单色光混合的复色光沿PO方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面镜的上表面，得到三束光Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，下列有关这三束光的判断正确的是（_____）
A 光束Ⅰ仍为复色光，光束Ⅱ、Ⅲ为单色光
B．在玻璃中的传播速度，光束Ⅱ比光束Ⅲ小
C．增大α角且α<90?，光束Ⅱ、Ⅲ会远离光束Ⅰ
D．改变α角且α<90?，光束Ⅱ、Ⅲ一定与光束Ⅰ平行
E.减小α角的大小，光束Ⅲ可能会在上表面发生全反射
13．如图甲所示是用某种透明材料制成的半圆柱体的主截面，一单色细光束由真空沿半径方向且与AB成37°角射入后在AB面恰好发生全反射．图乙是这种透明材料制成的“玻璃砖”的主截面，左侧是半径为R的半圆，右侧是长为4R的长方形．一束该单色光从左侧沿半径方向与直径成60°角射入.已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，光在真空中的传播速度为c.求:
(i)该透明材料的折射率；
(ii)光线从入射到传播到“玻璃砖”最右端所用的时间．
14．如图所示，一细束单色光由空气斜射人平行玻璃砖，已知玻璃砖厚度为d，该玻璃砖对单色光的折射率为n，入射角为i。
（i）证明出射光束与入射光束平行；
（ii）计算出射光束相对入射光束的侧移s。
15．如图所示，横截面为直角三角形的透明柱体，直角边（面）BC镀银。已知AB=6cm、∠C=300，一束红色激光从横截面AB边上的中点M点射入，入射角，从AC边上的N点平行BC边向右射出。
求: ① 透明物体的折射率。
② 射出点N距C点的距离。
16．一个折射率为的梯形玻璃砖，已知AD边长为4cm，CD边长为6cm，两底角分别为30°、60°，如图所示。一束单色光（纸面内）从AD边中点E入射，入射角为45°时。已知光速为。
①求该单色光从玻璃砖射出时光线与法线的夹角；
②求单色光在玻璃砖内传播时间。
17．如图所示，等腰三角形ABD为某透明介质的横截面，∠A=120°，O为BD边的中点，位于O点处的点光源在透明介质内向各个方向发射光线，其中射到AD边上中点E的光线恰好发生全反射．已知BD边长为2L．求：
①透明介质的折射率n；
②透明介质的三个截面上有光线出射的区域的长度(折射处不考虑反射)．
18．一同学在水平桌面上铺放一张白纸，将一横截面是直角三角形的玻璃砖平放在白纸上，并用铅笔将其边缘画在白纸上，得到如图所示的直角三角形ABC，在白纸上做一垂直BC边的直线，在该直线上竖直插上P1、P2两颗大头针，然后从玻砖的另一个面透过玻砖观察P1、P2的像，在白纸上竖直插上P3、P4两颗大头针，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，大头针的位置如图所示。
（i）作出该光束完整的光路图；
（ⅱ）测得出射光线与AB边的夹角为θ（为锐角），测出直角三角形顶角A的角度为α，求该玻璃砖的折射率n。
参考答案
1．A
【解析】
恒星的颜色是由温度决定的，温度越低，颜色越偏红，温度越高，颜色越偏蓝，故A正确，BCD错误；
故选A。
2．D
【解析】请在此填写本题解析!
3．B
【解析】
试题分析：用三棱镜观察太阳光谱是利用光的折射原理；光导纤维是利用了光的全反射现象；检查光学平面的平整程度是利用薄膜干涉现象；电视机遥控器是利用发出红外线脉冲信号来变换频道的．
用三棱镜观察太阳光谱是利用光的色散现象，故A错误；在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象，故B正确；电视机遥控器是利用发出红外线脉冲信号来变换频道的，故C错误；用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，故D错误．
4．ACD
【解析】A、由图分析可知，玻璃砖对b束光的偏折角大于对a束光的偏折角，根据折射定律得知：玻璃砖对b束光的折射率大于对a束光的折射率，由得到，a光在玻璃砖中的速度大于b光的传播速度，A正确；
B、b光的折射率大，则b光的频率高，B错误；
C、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；
D、由公式分析得知，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正确；
故选：ACD．
5．AC
【解析】
雨后彩虹是由于太阳光入射到水滴中发生的折射时，不同色光，偏折程度不同而形成的，即发生色散形成的．故A正确．
画出光路图，分析可知，第一次折射时，b光的折射角较大，而入射角相等，根据折射率公式 得知，b光的折射率较小，由 可得：水滴对a光的临界角小于对b光的临界角．故B错误．由公式 得知，在水滴中，a光的传播速度小于b光的传播速度．故C正确．干涉条纹的间距与波长成正比，则a光的相邻亮条纹间距较小，故D错误．故选AC.
点睛：该题结合光的折射考查折射率、折射率与光的频率、速度的关系以及干涉条纹间距公式等知识点的内容，关键之处是画出光路图，分析第一次折射时折射角的关系，要注意运用反射的对称性作图．
6．AB
【解析】因为人眼看光是沿直线传播的，当四颗针挡住前面三颗针时，说明光路必然沿该路径经过，故光路就确定好了，A正确；光到达第Ⅱ界面时的入射角与第Ⅰ界面的出射角相等，根据光路的可逆性则在第Ⅱ界面射出时出射角等于第Ⅰ界面的入射角，出射光线一定与入射光线平行，B正确；如图所示，根据几何关系可得，侧移量由玻璃砖前后表面间的厚度，入射角，折射角决定，C错误；实验中根据几何关系求解正弦值，不需要量角器，D错误；
7．BD
【解析】只有当入射光的频率大于金属的极限频率时才能发生光电效应，故A错误；光导纤维制成的内窥镜利用了光的全反射原理，B正确；三种射线在匀强磁场中向上运动时， 射线带正电荷，可以判断它将向左偏转，即图中的甲射线是射线； 射线带负电荷，可以判断它将向右偏转，即图中的甲射线是β射线； 射线不带电，不偏转，即图中的乙射线是γ射线，C错误；丁图所示为粒子散射实验，利用粒子打到金属箔时受到库仑力作用而发生偏转，D正确。
8．AB
【解析】设该介质的临界角为C．则 ，则C＞30°．又 ，得C＜60°．由图入射角i=30°＜C，所以光能折射进入空气，同时有反射．设折射角为r，根据 得， ，r=60°,则折射光线与界面的夹角为90°-r=30°．故A正确，C错误．由图入射角i=60°＞C，所以光发生全反射，不能进入空气，反射角为i′=i=60°，故B正确，D错误．故选AB.
9．ACD
【解析】
【分析】
【详解】
AB．光线偏折越厉害，则折射率越大，知c光的折射率最大，a光的折射率最小．根据v=知，折射率大，在玻璃中的传播速度小，所以a光在介质中传播速度较大，c光传播速度较小．故A正确，B错误．
C．折射率大，则频率大，c光的折射率最大，则频率最大．故C正确．
D．根据sinC=知，折射率大，临界角小，a光的折射率最小，则临界角最大．故D正确．
故选ACD．
10．AC
【解析】
【分析】
【详解】
A．在E点作出法线可知入射角为60°，折射角为30°，由
可得折射率为；故A正确；
B．由光路的可逆性可知，在BC边上的入射角小于临界角，不会发生全反射，B错；
C．由公式可知
故C正确；
D．三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折，不会与入射到E点的光束平行，故D错误；
故选AC．
【名师点睛】
光的直线传播题目中常考的内容为折射定律；在解题时要特别注意光路图的重要性，要习惯于利用几何关系确定各角度．
11．
【解析】
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=
△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．
点睛：考查光的全反射条件，掌握光的折射定律，理解sinC=1/n公式的含义，知道最长时间时，入射角恰好等于临界角．
12．ABD
【解析】
A、由图可知光束I是反射光线，所以仍是复色光，而光束Ⅱ、Ⅲ由于折射率的不同导致偏折分离，因为厚玻璃平面镜的上下表面是平行的，根据光的可逆性，知两光速仍然平行射出，且光束Ⅱ、Ⅲ是单色光，故A正确；
B、由于光束Ⅱ的偏折程度大于比光束Ⅲ，导致光束II的折射率大于光束Ⅲ，根据可知在玻璃中的传播速度，光束Ⅱ比光束Ⅲ小，故B正确；
C、当增大α角且α<90°，即入射角减小，则光束Ⅱ、Ⅲ会靠近光束I，故C错误；
D、因为厚玻璃平面镜的上下表面是平行的，根据光的反射时入射角与反射角相等，和光的可逆性，可知改变α角且α<90°，光束Ⅱ、Ⅲ一定与光束Ⅰ平行，故D正确；
E、减小α角且α>0?，根据折射定律，光线的折射角增大，根据光的可逆性，知光束Ⅲ不可能在上表面发生全发射，故E错误；
故选ABD．
【点睛】由图可知光束I是反射光线，而光束Ⅱ、Ⅲ是由于它们的折射率的不同，导致出现光线偏折分离．但根据光路可逆可知出射光线仍与入射光线平行．
13．(1) (2)
【解析】
【详解】
(1)根据题意得：
解得：
(2)光在玻璃砖中的传播速度为
光在玻璃砖中的上下侧面都能发生全反射，则在长方体中的传播时间:
在半圆中的传播时间：
解得：
14．（i）出射光束与入射光束平行（ii）
【解析】
【详解】
光路如图所示，
（i）由折射定律得：n==
由于玻璃砖上下表面平行，r'=r
所以i′=i，即：出射光束与入射光束平行。
（ii）由图得，侧移量为：s=d（tani-tanr）cosi
将折射率n=代入，消去tanr得：
15．① ②
【解析】
【分析】
画出光路图，根据几何关系以及光的折射定律解答.
【详解】
.①如图，透明物体内部的光路为折线MPN（P为光线反射点），N、N′点相对于底面BC对称，M、P和N′三点共线，设折射角为r，出射光线与法线夹角为i′，对应透明物体内入射角为。
由几何关系得：
根据折射定律有：
即有：
由几何关系得：
即有：
根据折射率公式有： ??
②由图中的几何对称关系可知：
所以：
16．① 0° ②s
【解析】
【详解】
①如图，设光束经折射后到达玻璃砖底面上M点
由折射定律：
解得：
由几何关系可知
根据可知发生全反射的临界角为45°
β＞45°，故该单色光在底面M点发生全反射,所以
根据几何关系可知光线沿MN方向垂直BC边界出射，
故该单色光从玻璃砖射出时光线与法线的夹角为0°
②该单色光在玻璃砖内的光路如图所示，因E为AD中点，故DE=2cm，过E点做DC边垂线交DC于F点，在△EDF中可求得EF=1cm，DF=cm，
由几何关系可知∠EMF=30°，在△EMF中可求得FM=cm，EM=2cm
所以MC=DC－DF－FM=()cm，在△MNC中可求得MN=cm
根据
求得:m/s
又S=EM+MN=()cm，将数据代入
解得：s
17．①2②
【解析】
【详解】
①由几何关系可知，射到AD边上中点的光线的入射角为临界角，
由全反射公式 ，解得；
②作图可知，从光源射到之间的光线，入射角均小于30°，即之间有光线出射，光线在点全反射后，垂直边出射，假设出射点为，根据前面的分析可知，间无光线入射，间有光线入射，并且能够从间出射，三个截面上有光线出射区域的长度为．
18．(i)(ii)
【解析】
【详解】
(i)光路图如图所示
(ii)由光路图的几何关系得：
折射角为：
入射角为：
玻璃的折射率为：。