2020-2021学年高二下学期物理鲁科版（2019）选择性必修第一册第4章光的折射和全反射测试卷word版含答案

第4章《
光的折射和全反射》测试卷
一、单选题(共15小题)
1.光在某种玻璃中的传播速度是×108m/s，要使光由玻璃射入空气时折射光线与反射光线成90°夹角，则入射角应是(　　)
A．
30°
B．
60°
C．
45°
D．
90°
2.如图所示，截面为长方形A1B1C1D1的玻璃砖中有一个截面为平行四边形A2B2C2D2的真空部分，由红光和紫光组成的细光束垂直于A1B1面从P点射入，经过A2B2和C2D2折射后从C1D1面射出，变为两束单色光a、b.关于这两束单色光a、b，下列说法正确的是(　　)
A．
单色光a为红光，单色光b为紫光
B．
单色光a、b射出玻璃时不平行
C．
单色光a的频率较低
D．
单色光a在玻璃中传播速度较小
3.如图所示，一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上，经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气．当出射角i′和入射角i相等时，出射光线相对于入射光线偏转的角度为θ.已知棱镜顶角为α，则计算棱镜对该色光的折射率表达式为(　　)
A．
B．
C．
D．
4.下列现象中属于光的全反射现象的是(　
)
A．
阳光照在肥皂泡上，有彩色花纹
B．
玻璃中的气泡，有时看上去特别亮
C．
在阳光下用白纸对着凹镜前后移动时，在一定距离处白纸上会出现耀眼的光斑
D．
飞机在阳光下作特级飞行时，有时会看到飞机突然变得非常明亮
5.如图所示，ABC是半径为R的圆弧形光屏，ADC则是半径为R的圆弧形轨道，它们的圆心均为O，直线AOC是它们的直径．在光屏和轨道的中央安装半圆形玻璃砖，玻璃砖的平直面与直径AOC重合，在轨道ADC上安装光源P，从光源射出的光线沿着半圆形玻璃砖的半径射到它平直面上的中点O，在轨道上移动光源P可以改变入射光线PO与CO之间的夹角θ.现有两块尺寸相同，折射率不同的玻璃砖，在保持θ角相同时，分别安装甲、乙玻璃砖，折射光线分别射至光屏上M点和N点，则下列说法中正确的是(　　)
A．
甲玻璃砖的折射率小于乙玻璃砖的折射率
B．
光在OM段的传播速度大于光在ON段的传播速度
C．
光线沿P→O→M的传播时间大于光线沿P→O→N的传播时间
D．
移动光源P逐渐增大θ角，则折射光线将会从光屏上消失
6.小明同学在实验室里用插针法测平行玻璃砖折射率的实验中，已确定好入射方向AO，插了两枚大头针P1和P2，如图所示(①②③是三条直线)．在以后的操作说法中你认为正确的一项是(　　)
A．
在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在①线上
B．
在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4可能插在③线上
C．
若保持O点不动，减少入射角，在bb′侧调整观察视线，另外两枚大头针P3和P4可能插在①线上
D．
若保持O点不动，增大入射角，在bb′侧调整观察视线，看不清P1和P2的像，这可能是光在bb′界面发生全反射．
7.半径为R的玻璃半圆柱体，截面如图所示，圆心为O，两束平行单色光沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直，∠AOB＝60°，若玻璃对此单色光的折射率n＝，则两条光线经柱面和底面折射后的交点与O点的距离为(　　)
A．
B．
C．
D．R
8.如图所示，由两种单色光混合而成的一复色光线射向一块半圆柱形玻璃砖圆心O，经折射后分别沿Oa和Ob射出玻璃砖．下列说法正确的是(　　)
A．
玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率
B．
在玻璃中，a光的传播速度大于b光的传播速度
C．
在真空中，a光的传播速度小于b光的传播速度
D．
若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，则折射光线a首先消失
9.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
10.如图所示为光线由空气进入全反射玻璃棱镜、再由棱镜射入空气的光路图．指出哪种情况是可以发生的(　　)
A．
B．
C．
D．
11.在弯曲的情况下光导纤维仍然有效地传导光，这是利用了(　　)
A．
光的镜面反射
B．
光的全反射
C．
光的漫反射
D．
光的折射
12.关于光的折射现象，下列说法正确的是(　　)
A．
光的传播方向发生改变的现象叫光的折射
B．
折射定律是托勒密发现的
C．
人观察盛水容器的底部，发现水变浅了
D．
若光从真空射入液体中，它的传播速度一定增大
13.“井底之蛙”这个成语常被用来讽刺没有见识的人，现有井口大小和深度相同的两口井，一口是枯井，一口是水井(水面在井口处)，两井底都各有一只青蛙，则(　　)
A．
枯井中青蛙觉得天比较大，水井中青蛙看到井外的范围比较大
B．
枯井中青蛙觉得天比较大，水井中青蛙看到井外的范围比较小
C．
两只青蛙觉得井口一样大，水井中青蛙看到井外的范围比较大
D．
枯井中青蛙觉得天比较小，水井中青蛙看到井外的范围比较大
14.如果光以同一入射角从真空射入不同介质，则折射率越大的介质(　　)
A．
折射角越大，表示这种介质对光线的偏折程度越大
B．
折射角越大，表示这种介质对光线的偏折程度越小
C．
折射角越小，表示这种介质对光线的偏折程度越大
D．
折射角越小，表示这种介质对光线的偏折程度越小
15.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
二、填空题(共3小题)
16.做测定玻璃折射率实验时，同学们被分成若干实验小组，以下是其中某两个实验小组的实验情况：
(1)甲组在实验时，用他们测得的多组入射角i与折射角r作出sini～sinr图象如图甲所示，请你判断下列说法哪些是正确的(　　)
A．做实验时，研究的是光线从空气射入玻璃的折射现象
B．玻璃的折射率为0.67
C．玻璃的折射率为1.5
D．玻璃临界角的正弦值为0.67
(2)乙组同学通过实验在图乙所示的坐标系中标出三个点的位置坐标，其中A(8,3)、B(1，－4)、C(7，－4)分别为折射光线、入射光线、反射光线通过的三点，且坐标系中，y≥0处为真空，y＜0处为某介质．
①请在图中画出三条光线；
②入射点O′的坐标为________；
③通过数据和光路图可以求得该介质的折射率n＝________.
17.2011年深圳大运会上，光纤通信网覆盖了所有的比赛场馆，为各项比赛提供安全、可靠的通信服务，光纤通信是利用光的全反射将大量信息高速传输．如图是一根长为l的光导纤维，由内芯和包层两层介质组成，其折射率分别为n1和n2，则n1________n2(选填“<”、“>”或“＝”)；若发生全反射的临界角为θ，光在真空中的速度为c，则一束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为________．
18.在测定某透明介质的折射率时，当得出光在真空中的光线a和对应的在介质中的折射光线b以后，可以用一种作图方法测出介质的折射率，具体的做法是：将入射光线延长至A点；过A点作分界面的垂线交分界面于B点；将BA延长与折射光线相交于C点；测出OA和OC的长度，分别记作r和R，如图所示．根据折射定律就可以得出这种光线在该介质中的折射率．请你根据本题提供的做法，结合折射定律给出这种测量方法所得出的折射率n的表达式：________________________________________.
三、简答题(共3小题)
19.如图所示，在清澈平静的水底，抬头向上观察，会看到一个十分有趣的景象：
(1)水面外的景物(蓝天、白云、树木、房屋)，都呈现在顶角θ＝97.6°的倒立圆锥底面的“洞”内；
(2)“洞”外是水底的镜像；
(3)“洞”边呈彩色，且七色的顺序为内紫外红．
试分析上述水下观天的奇异现象．
20.一束光波以45°的入射角，从AB面射入如图所示的透明三棱镜中，棱镜折射率n＝.试求光进入AB面的折射角，并在图上画出该光束在棱镜中的光路．
21.新华社发：2005年5月23日16时50分至19时，山东省蓬莱市海滨、蓬莱阁和八仙渡景区以东海域上空出现了近年来规模最大、持续时间最长、最为清晰的一次海市蜃楼奇观，如下图所示．海市蜃楼产生的原因是：_______________________________________.
四、计算题(共3小题)
22.半径为R、介质折射率为n的透明圆柱体，过其轴线OO′的截面如图所示．位于截面所在平面内的一细束光线，以角i0由O点入射，折射光线由上边界的A点射出．当光线在O点的入射角减小至某一值时，折射光线在上边界的B点恰好发生全反射．求A，B两点间的距离．
23.一半圆柱形透明物体横截面如图所示，底面AOB镀银(图中粗线)，O表示半圆截面的圆心，一束光线在横截面内从M点入射，经过AB面反射后从N点射出．已知光线在M点入射角为30°，∠MOA＝60°，∠NOB＝30°.求：
(1)光线在M点的折射角；
(2)透明物体的折射率．
24.在折射率为n、厚度为d的玻璃平板上方的空气中有一点光源S，从S发出的光线SA以入射角θ入射到玻璃板上表面，经过玻璃板后从下表面射出，如图所示．若沿此光线传播的光从光源到玻璃板上表面的传播时间与在玻璃板中的传播时间相等，点光源S到玻璃板上表面的垂直距离l应是多少？
答案解析
1.【答案】A
2.【答案】D
3.【答案】A
【解析】　如图所示，
设AB面上的折射角为γ，AC面上的入射角为γ′，由于i′＝i，由光的折射定律及光路可逆知γ′＝γ，又设两法线的夹角为β，则由几何关系得：γ＋γ′＋β＝180°，又由α＋β＝180°，则解得：γ＝，又由几何关系得：γ＋γ′＋θ＝i＋i′，解得：i＝，则棱镜对该色光的折射率n＝＝，故A正确．
4.【答案】B
【解析】A是光的干涉，B是全反射，C是透镜聚光原理，D是漫射．
5.【答案】C
【解析】在保持θ角相同时，分别安装甲、乙玻璃砖，折射光线分别射至光屏上M点和N点，可以看出M的偏折程度较大，即甲玻璃砖的折射率较大，则光在甲玻璃中的传播速度v＝较小，则在甲玻璃砖中的传播时间较长，故A、B错误，C正确；移动光源P逐渐增大θ角，入射角减小，不会发生全反射，D错误；故选：C.
6.【答案】C
【解析】光线通过平行玻璃砖后，根据折射定律得知，出射光线与入射光线平行，故在bb′侧调整观察视线，另两枚大头针P3和P4不可能插在①线上，故A错误．由折射定律得知，光线通过平行玻璃砖后光线向一侧发生侧移，由于光线在上表面折射时，折射角小于入射角，则出射光线向②一侧偏移，如图，
故另两枚大头针P3和P4不可能插在③线上，故B错误．若保持O点不动，减少入射角，出射光线折射角也减小，另外两枚大头针P3和P4可能插在①线上，故C正确．若保持O点不动，增大入射角，在bb′侧调整观察视线，看不清P1和P2的像，反射光增强，折射光线减弱，在bb′侧调整观察视线，会看不清P1和P2的像．根据光路可逆性原理得知，光线不可能在bb′界面发生全反射，故D错误．
7.【答案】B
【解析】光路图如图所示，
可知θ1＝60°
由折射率n＝＝，可得θ2＝30°
由几何关系得：光线射到底边上时的入射角θ3＝30°
光线在底边折射时，由折射定律得n＝
可得：θ4＝60°
由几何知识得：CO＝CB，所以OC＝＝R
在△OCD中可得：所求距离d＝OD＝OCtan
30°＝，故A、C、D错误，B正确．故选B.
8.【答案】D
【解析】由图知，两束光的入射角相等，a的折射角大于b的折射角，通过折射定律可知，玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率，故A错误．由于玻璃砖对a光的折射率大，由公式v＝分析知，在玻璃砖中，a光的传播速度小于b光的传播速度．故B错误．在真空中，a光和b光的传播速度相同，都是c，故C错误．由于a的折射角大于b的折射角，则使入射角θ逐渐变大时，a光的折射角先达到90°，发生全反射现象，所以折射光线a首先消失．故D正确．故选D.
9.【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．
10.【答案】A
【解析】光垂直等腰直角三角形的某直角边射入玻璃棱镜时，在斜边发生全反射，故A正确．
11.【答案】B
【解析】光导纤维是非常细的特制玻璃丝，直径只有几微米到一百微米之间，由内芯和外套两层组成．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的分界面上发生全反射．
12.【答案】C
【解析】光发生反射时，光的传播方向也发生改变，故A错；折射定律是荷兰数学家斯涅耳总结得出的，故B错；由于折射现象，人观察盛水容器的底部，发现水变浅了，C正确；若光从真空射入液体中，它的传播速度一定减小，故D错误．答案为C.
13.【答案】C
【解析】根据光的直线传播作出青蛙在枯井中的视野范围，如图(a)．
当井里灌满水后，光线照到井面会发生折射现象，由于光是从空气射向水，所以入射角大于折射角，因此井底之蛙看到的视野范围比没水时会看到更大；变化的大致范围如图中两条入射光线之间的阴影区域所示，如图(b)．所以两只青蛙觉得井口一样大，水井中青蛙看到井外的范围比较大．故C正确，A、B、D错误．故选C.
14.【答案】C
【解析】由折射定律可知，在入射角相同的情况下，介质的折射率越大，折射角越小，介质对光线的偏折程度越大．
15.【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．
16.【答案】(1)ACD；
(2)①如图所示　②(4,0)　③
【解析】(1)由图可知，入射角大于折射角，故可知，光线是从空气射入玻璃的，故A正确；C由n＝可知，玻璃的折射率n＝＝1.5，故B错误，C正确；由sinC＝可知，临界角的正弦值为0.67，故D正确．
(2)①画出三条光线如图所示．
②根据折射光线与入射光线的对称性，可知，入射点O′的横坐标为x＝4
cm，故入射点O′的坐标为(4,0)．
(3)设入射角为i，折射角为r.
根据数学知识得：sini＝0.6，sinr＝0.8
所以该介质的折射率：n＝＝
17.【答案】>　
【解析】光从内芯射向包层时会发生全反射，故内芯的折射率应大于包层的折射率；当内芯射向包层的入射光的入射角等于临界角θ时，光的路线最长，所用时间也最长，设为tmax，此时光束在沿光导纤维方向的速度分量为vsinθ，则光在穿过光导纤维时有l＝vsinθ·tmax，
得tmax＝＝＝.
18.【答案】n＝
【解析】sinθ1＝，sinθ2＝；n＝＝.
19.【答案】(1)水面外的景物射向水面的光线，凡入射角0≤i≤90°时，都能折射入水中被人观察到．根据折射定律，在i＝90°的临界角条件下
n＝，sinr＝＝＝sinC.
因为水的临界角C＝48.8°，所以，倒立圆锥的顶角为θ＝2r＝2C＝97°.
(2)水底发出的光线，通过水面反射成虚像，也可以在水下观察到，但是由于“洞”内有很强的折射光，所以只有在“洞”外才能看到反射光(尤其是全反射光)形成的水底镜像．
(3)光线从空气中折射入水中时，要发生色散现象：红光的折射率最小，偏向角最小；紫光的折射率最大，偏向角最大．因为眼睛感觉光线是沿直线传播的，所以从水中看到的彩色“洞”边，是内紫外红(如图所示)．
【解析】
20.【答案】r＝30°　光路图如下
【解析】sinr＝＝，r＝30°
由sinC＝＝，得C＝45°.
光在AC面发生全反射，并垂直BC面射出
21.【答案】光在密度不均匀的空气中传播时发生全反射产生的
【解析】夏天，海面上的下层空气温度比上层低，密度、折射率都比上层大，远处的山峰、楼房等景物发出的光线射向空中时，不断被折射，越来越偏离法线，进入上层空气的入射角不断增大，以至于发生了全反射，光线返回地面，人们逆着光线看去，就会看到远方的景物悬在空中，这就是人们看到的海市蜃楼奇观．可见，海市蜃楼产生的原因是：光在密度不均匀的空气中传播时发生全反射产生的．
22.【答案】(－)R
【解析】当光线在O点的入射角为i0时，设折射角为r0，由折射定律得＝n①
设A点与左端面的距离为dA，由几何关系得
sinr0＝②
若折射光线恰好发生全反射，则在B点的入射角恰好为临界角C，设B点与左端面的距离为dB，由折射定律得
sinC＝③
由几何关系得
sinC＝④
设A、B两点间的距离为d，可得
d＝dB－dA⑤
联立①②③④⑤式得
d＝(－)R⑥
23.【答案】(1)15°　(2).
【解析】(1)如图，透明物体内部的光路为折线MPN，Q、M点相对于底面EF对称，Q、P和N三点共线
设在M点处，光的入射角为i，折射角为r，∠OMQ＝α，∠PNF＝β.根据题意有α＝30°①
由几何关系得，∠PNO＝∠PQO＝r，于是β＋r＝60°②
且α＋r＝β③
由①②③式得r＝15°④
(2)根据折射率公式有
sini＝nsinr⑤
由④⑤式得n＝⑥
24.【答案】
【解析】设光线在玻璃中的折射角为r，则光线从S到玻璃板上表面的传播距离l1＝；光线从S到玻璃板上表面的传播时间t1＝，其中c表示空气中的光速．
光线在玻璃板中的传播距离l2＝
光线在玻璃板中的传播时间t2＝，
据题意有＝，
由折射定律sinθ＝nsinr，
解得l＝d＝.