第4章《光的折射和全反射》单元测试卷-2021-2022学年高二上学期物理鲁科版（2019）选择性必修第一册 Word版含答案

第4章《光的折射和全反射》单元测试卷
一、单选题(共15小题)
1.如图所示为俯视图，光屛MN竖直放置，半圆形玻璃砖放在水平面上，其平面部分ab与光屛平行，由光源S发出的一束白光从半圆沿半径方向射入玻璃砖，通过圆心O射到光屛上，现在水平面内绕过O点的竖直轴沿逆时针方向缓慢转动玻璃砖，在光屛上出现了彩色光谱，当玻璃砖转动角度大于某一值时，屛上彩色光带中的某种色光首先消失，下列说法中正确的是(　　)
A．
玻璃砖中各种色光的传播速度不同，红光传播速度较大
B．
玻璃砖中各种色光的折射率不同，紫光折射率较小
C．
屛上形成的彩色光带中，紫光折射率较小
D．
转动过程中最先消失的是红光
2.如图所示，AOCB是一块透明媒质的截面，该媒质的折射率在Y方向上随Y值的增大而减小，在X方向上不随X值变化而变化．今有一束单色光自AO端面上P点沿直线QP的方向进入此媒质中传播，则光的传播路径可能是图中的(　　)
A．
路径①
B．
路径②
C．
路径③
D．
路径④
3.在“测定玻璃的折射率”实验中，对一块两面平行的玻璃砖，用插针法找出与入射光线对应的出射光线，现在A，B，C，D四位同学分别做出如图所示的四组插针结果．从图看，测量结果准确度最高的是(　　)
A．
B．
C．
D．
4.如图所示，两束不同的单色光P和Q，沿半径方向射向半圆形玻璃砖，其折射光线都是从圆心O点沿OF方向射出，则在该玻璃中(　　)
A．P光束的折射率比Q光束的折射率大
B．P光束的频率比Q光束的频率小
C．P光束的波长比Q光束的波长小
D．P光束传播时间比Q光束所需时间长
5.假设地球表面不存在大气层，那么人们观察到日出时刻与实际存在气层的情况相比(　　)
A．
将提前
B．
将延后
C．
在某些地区将提前，在另一些地区将延后
D．
不变
6.如图所示，直角三角形ABC为一透明介质制成的三棱镜截面，且∠BAC＝30°，有一束平行光线垂直射向AC面．已知这种介质的折射率n＞2，则(　　)
A．
可能有光线垂直于AB边射出
B．
光线只能从BC边垂直射出
C．
光线只能从AC边垂直射出
D．
一定既有光线垂直于BC边射出，又有光线垂直于AC边射出
7.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
8.潜水员在折射率为的海水下h深处，向上观察水面，能看到的天穹和周围的景物都出现在水面上的一个圆形面积为S的区域内．关于圆面积S和深度h的关系，正确的说法是(　　)
A．S与水深h成正比
B．S与水深h成反比
C．S与水深h的平方成正比
D．S与水深h的平方成反比
9.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°
10.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
11.一束红、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．
12.下面四种情况中，能在空气和水的界面上发生全反射的是(　　)
A．
光从空气射向水，入射角大于临界角
B．
光从空气射向水，入射角小于临界角
C．
光从水射向空气，入射角大于临界角
D．
光从水射向空气，入射角小于临界角
13.在自行车的后挡泥板上，常常安装着一个“尾灯”．其实它不是灯，它是一种透明的塑料制成的，其截面如图所示．夜间，从自行车后方来的汽车灯光照在“尾灯”上时，“尾灯”就变得十分明亮，以便引起汽车司机的注意．从原理上讲，它的功能是利用了(　　)
A．
光的折射
B．
光的全反射
C．
光的干涉
D．
光的衍射
14.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．
15.一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射后分成两束单色光a、b.已知a光的频率大于b光的频率．下列哪个光路图可能是正确的？(　　)
A．
B．
C．
D．
二、填空题(共3小题)
16.．两束色光(红光和紫光)，分别沿半径方向射向圆柱形的玻璃砖，其出射光线都是由圆心O沿OP方向射出，如图所示，则____________光线是红光，在玻璃中速度较小的是____________束光线(填“AO”或“BO”)．
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.如图所示，激光液面控制仪的原理是：固定的一束激光AO以入射角i照射到液面上，反射光OB射到水平的光屏上，屏上用光电管将光讯号转变成电讯号，电讯号输入控制系统用以控制液面的高度．如果发现光点B在屏上向右移动了Δs的距离到B′，由此可知液面________(填“升高”或“降低”)了________．
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.图中表示两平面平行玻璃砖的截面图，一束平行于CD边的单色光入射到AC界面上，a，b是其中的两条平行光线．光线a在玻璃砖中的光路已给出．画出光线b从玻璃砖中首次出射的光路图，并标出出射光线与界面法线的夹角．
21.一束光波以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．
四、计算题(共3小题)
22.如图所示，是一透明半圆柱体的横截面，O为横截面的圆心，其半径为R，折射率为，OA水平且垂直截面，
从A点射出一条光线AB经折射后水平射出半圆柱体，已知OA＝R，光速为c.求：
(1)光在透明半圆柱体中的传播速度；
(2)入射点B到OA的垂直距离BC.
23.一束激光以一定入射角从空气射到直角三棱镜ABC的侧面AB上，进入三棱镜后从另一侧面AC射出，调整在AB面上的入射角，当侧面AC上恰光线射出时，测出此时光在AB面上的入射角为60°，求三棱镜的折射率．
24.直角三角形的玻璃砖ABC放置于真空中，∠B＝30°，CA的延长线上S点有一点光源，发出的一条光线由D点射入玻璃砖，如图所示．光线经玻璃砖折射后垂直BC边射出，且此光束经过SD用时和在玻璃砖内的传播时间相等．已知光在真空中的传播速度为c，BD＝d，∠ASD＝15°.求：
(1)玻璃砖的折射率；
(2)SD两点间的距离．
答案解析
1.【答案】A
2.【答案】A
【解析】由于光线从空气射入透明的光学材料，y轴作为入射界面，因为该光学材料的折射率沿y轴正方向减小，根据折射定律可知，在平行于x轴的各个层面上折射角不断增大，并可能发生全反射，所以折射光线不断向x轴方向偏折．故光的传播路径①是可能的，②③④是不可能的，故A正确．故选：A
3.【答案】D
【解析】根据折射定律＝n；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，
入射光线A与法线的夹角跟出射光线与法线的夹角相等，故出射光线与入射光线平行；故D正确，A、B、C错误．
4.【答案】B
5.【答案】B
【解析】如果地球表面不存在大气层，太阳光将在真空中沿直线传播，由于地球是圆形的，所以只有太阳升到某一位置时才能观察到；而正因为地球表面上有大气层，阳光射入大气层时会发生折射现象，能够提前观察到；所以如果地球表面不存在大气层，那么观察到的日出时刻与实际存在大气层时的情况相比将延后．故选B.
6.【答案】D
7.【答案】C
8.【答案】C
【解析】如图，设临界角为C，根据全反射定律，sinC＝
则tanC＝
由几何知识圆形亮斑的半径为r＝htanC＝
S＝πr2＝π
可见S与水深h的平方成正比
故选C.
9.【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．
10.【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．
11.【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．
12.【答案】C
【解析】当光从光密介质射入光疏介质时，如果入射角等于或是大于临界角，就会发生全反射现象，故C正确．
13.【答案】B
【解析】从题图可以看出，自行车的尾灯是利用了全反射的原理，使光线发生了180°偏折．
14.【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．
15.【答案】A
【解析】光线经平行平面玻璃砖两次折射后，根据折射定律和光路可逆性原理可知出射光线与入射光线平行.a光的频率大于b光的频率，则玻璃砖对a光的折射率大于b光的折射率，当入射角相同时，由折射定律分析得知a的折射角小于b光的折射角，在玻璃砖内部，a光在b光右侧，光线通过玻璃砖后a的侧向位移大．故A正确．故选：A.
16.【答案】AO　BO
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】降低　
【解析】如图所示，光点右移是液面降低造成的，由几何知识得tani＝，进一步推导得h＝.
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】由反射定律、折射定律及几何知识可得光路如图所示．
【解析】
21.【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
22.【答案】(1)　(2)R
23.【答案】
【解析】光路图如图所示．光线在AC面上恰好发生了全反射，则有：γ＝C
有：sinγ＝sinC＝
根据几何知识得：β＋γ＝
则得：cosβ＝sinγ＝
sinβ＝＝
在AB面上有：＝n
则
sinα＝nsinβ＝
折射率值为：n＝＝
解得：n＝
24.【答案】(1)　(2)d
【解析】(1)作光路图如图所示，
由几何关系可知入射角i＝45°，折射角r＝30°，n＝，可得n＝
(2)在玻璃砖中光速v＝；
光束经过SD和在玻璃砖内的传播时间相等，则有＝，可得SD＝d.