物理新教材鲁科版选择性必修一习题：单元素养评价第4章　光的折射和全反射

物理新教材鲁科版选择性必修一习题：单元素养评价第4章　光的折射和全反射

温馨提示： 此套题为 Word 版，请按住 Ctrl,滑动鼠标滚轴，调节合 适的观看比例，答案解析附后。关闭 Word 文档返回原板块。 单元素养评价(四)(第 4 章) (90 分钟 100 分) 一、单项选择题(本题共 8 小题,每小题 3 分,共 24 分。在每小题给出 的四个选项中,只有一项是符合题目要求的) 1.光射到两种不同介质的分界面上,分析其后的传播情形可知 ( ) A.折射现象的出现说明光是纵波 B.光总会分为反射光和折射光 C.折射光与入射光的传播方向总是不同的 D.发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同 【解析】选 D。光的折射不能反映光是纵波还是横波,由光的偏振现象 可知光是横波,选项 A 错误;当光从光密介质射入光疏介质,且入射角大 于等于临界角时,发生全反射现象,没有折射光,选项 B 错误;当光线垂 直于界面入射时,折射光与入射光的传播方向相同,选项 C 错误;发生折 射是因为光的传播速度在不同介质中不同,选项 D 正确。 2.已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分别为 1.33、1.55、1.60 和 1.63,如果光按下面几种方式传播,可能发生全反射的是 ( ) A.从水晶射入玻璃 B.从水射入二硫化碳 C.从玻璃射入水中 D.从水射入水晶 【解析】选 C。光只有从光密介质射入光疏介质时才可能发生全反射。 光从水晶射入玻璃、从水射入二硫化碳、从水射入水晶,是从光疏介质 射入光密介质,不可能发生全反射,故选项 A、B、D 不合题意;光从玻璃 射入水中,是从光密介质射入光疏介质,有可能发生全反射,故选项 C 符 合题意。 3.如图所示,一块上、下表面平行的玻璃砖的厚度为 L,玻璃砖的折射率 n= ,若光从上表面 AB 射入的入射角 i=60°,光在真空中的光速为 c, 则下列说法错误的是( ) A.折射角 r=30° B.光在玻璃中传播的时间为 C.改变入射角 i,光在下表面 CD 可能发生全反射 D.光一定能从 CD 面射出 【解析】选 C。由 n= 得 sinr= = =0.5,得 r=30°,故 A 正确; 光在玻璃中传播的速度为 v= ,由几何知识可知光在玻璃中传播的路程 为 s= ,则光在玻璃中传播的时间为 t= = = ,故 B 正确;由于光 在 CD 面上的入射角等于光在 AB 面上的折射角,根据光路可逆性原理可 知光一定能从 CD 面射出,故 C 错误,D 正确。 4.以下说法正确的是 ( ) A.光纤通信利用了光的反射原理 B.天空中的彩虹是由光的干涉形成的 C.真空中蓝光的波长比红光的波长长 D.机械波在不同介质中传播,波长保持不变 【解析】选 A。光纤通信利用了光的全反射原理,选项 A 正确;天空中的 彩虹是由光的色散形成的,选项 B 错误;真空中蓝光的波长比红光的波 长短,选项 C 错误;机械波在不同介质中传播,波速不同,但是频率不变, 则波长要改变,选项 D 错误。故选 A。 5.如图在两束光的交点 P 前,放一块长方形的玻璃砖,则交点位置 ( ) A.不变 B.向左 C.向右 D.可能向左、也可能向右,由光的颜色决定的 【解析】选 C。交点的位置会延后,原因是光线发生二次折射。先靠近 法线,出去时远离法线,最终出射的光线与原光线平行,但会聚点在后 面,即两条光线在透过玻璃砖后,都向外侧平移了一小段距离,所以交 点向右移动一段距离。故选 C。 6.很细的一束光沿 AO 方向入射到玻璃砖侧面上的 O 点,进入玻璃砖后 分成Ⅰ、Ⅱ两束,部分光路如图所示。以下分析中正确的是 ( ) A.光束Ⅰ在玻璃中的折射率大 B.光束Ⅰ在玻璃中的传播速度小 C.逐渐减小入射角 i,光束Ⅱ在玻璃砖的上表面先发生全反射 D.光束Ⅱ在玻璃中的波长长 【解析】选 C。由图看出光束Ⅰ的偏折程度较小,则光束Ⅰ的折射率较 小,故 A 错误;由 v= 得知,光束Ⅰ的折射率较小,在玻璃中的传播速度 较大,故 B 错误;根据临界角公式 sinC= ,可知光束Ⅱ的临界角较小,逐 渐减小入射角 i,光束在玻璃砖的上表面的入射角逐渐增大,先达到光 束Ⅱ的临界角,所以光束Ⅱ先发生全反射,故 C 正确;光束Ⅰ的折射率较 小,在真空中的频率较小,波长较长。设光在真空中的波长为λ0,介质中 波长为λ,频率为 f,由 n= = = ,则得:λ= ,因光束Ⅰ的折射率较 小,在真空中的波长较长,由此式可知光束Ⅰ在玻璃中的波长长,故 D 错 误。 7.如图所示是一透明圆柱体的横截面,其半径为 R,AB 是一条直径。今 有一束平行单色光沿与 AB 平行的方向射向圆柱体,若一条入射光线经 折射后恰好经过 B 点,且这条光线到 AB 间的距离是 R。光在真空中传 播速度为 c。则下列说法正确的是 ( ) A.从 B 点射出的光在圆柱体中传播时间为 B.从 B 点射出的光在圆柱体中传播时间为 C.该透明圆柱体的折射率为 D.该透明圆柱体的折射率为 【解析】选 B。光线 P 经 C 折射后过 B 点,光路如图所示。在△ODC 中, 由几何关系得:sinα= = = ,得α=60°;在△OBC 中,由 几何关系得:α=2β ,可得:β=30°;则圆柱体的折射率为 n= = ;CB=2Rcos30°= R;光在圆柱体中传播的速度 v= = ;故从 B 点射出的光在圆柱体中传播时间 t= = ,故 选 B。 8.打磨某剖面如图所示的宝石时,必须将 OP、OQ 边与轴线的夹角θ切 割在θ1<θ<θ2 的范围内,才能使从 MN 边垂直入射的光线在 OP 边和 OQ 边都发生全反射(仅考虑如图所示的光线第一次射到 OP 边并反射到 OQ 边后射向 MN 边的情况),则下列判断正确的是 ( ) A.若θ>θ2,光线一定在 OP 边发生全反射 B.若θ>θ2,光线会从 OQ 边射出 C.若θ<θ1,光线不会从 OP 边发生全反射 D.若θ1<45°<θ2 且θ=45°,最终的出射光线将平行于入射光线 【解析】选 D。从 MN 边垂直入射,由几何关系可知光线射到 PO 边上时 的入射角 i= -θ,据题:θ在θ1<θ<θ2 的范围内,才能使从 MN 边垂直 入射的光线,在 OP 边和 OQ 边都发生全反射,说明临界角 C 的范围 为: -θ2θ2,光线在 PO 上入射角 i= -θ< -θ2 -θ1>C,故光线在 OP 边会发生全反射,故 C 错误;若 θ1<45°<θ2 且θ=45°,由几何关系知光线在 OP、OQ 边会发生全反射, 垂直 MN 射出,即出射光线将平行于入射光线,故 D 正确。 二、多项选择题(本题共 4 小题,每小题 4 分,共 16 分。在每小题给出 的四个选项中,有多项符合题目要求。全部选对的得 4 分,选对但不全 的得 2 分,有选错的得 0 分) 9.下述现象哪些是由于全反射造成的 ( ) A.露珠或喷泉的水珠,在阳光照耀下格外明亮 B.烈日下飞机看起来有时特别刺眼 C.用光导纤维传输光信号、图像信号 D.在盛水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、C、D。露珠或喷泉的水珠,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;烈日下飞机看起来有时特别刺眼, 是光的反射形成的,故 B 错误;由于光导纤维能发生全反射,故用来传输 光信号、图像信号,故 C 正确;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。故选 A、C、D。 10.一束复色光沿半径方向射向一半圆形玻璃砖,发生折射而分为 a、b 两束单色光,其传播方向如图所示。下列说法中正确的是 ( ) A.玻璃砖对 a、b 的折射率关系为 nanb,故A错误;根据公式v= 可知单色光a的折射率大, 单色光 a 在玻璃中的传播速度小,故 B 正确;因为 na>nb ,根据临界角公 式 sinC= ,知单色光 a 从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光 b 从玻 璃到空气的全反射临界角,所以当增大入射角时,单色光 a 先消失,故 C 正确、D 错误。故选 B、C。 11.如图所示,ABC 是一个用折射率 n> 的透明介质做成的棱镜,其截 面为∠A =30°的直角三角形,现有一束光从图示位置垂直入射到棱镜的 BC 面上, 则该光束 ( ) A.能从 AB 面射出 B.能从 BC 面射出 C.进入棱镜后速度不变 D.进入棱镜后波长变短 【解析】选 A、D。设棱镜的临界角为 C,则 sinC= < ,得 C<45°。光 束射入棱镜后,在 AC 界面上的入射角 i=60°>C,故发生了全反射,反射 角 r=i=60°,所以光束能从 AB 面射出,故 A 正确,B 错误;由公式 v= 可 知,光束进入棱镜后速度变小,频率不变,由公式 v=λf 知波长变短,故 C 错误,D 正确。 12.白光是由多种单色光构成的复合光,点光源 S 发出的一束白光由空 气斜射到横截面为矩形 abdc 的玻璃砖上的 O 点,S、O 和 d 三点位于同 一直线上,θ为入射角,如图所示,下列说法正确的是 ( ) A.当θ增大时,光不可能在 ab 界面上发生全反射 B.当θ增大时,光可能射到 bd 界面上,而不可能在 bd 界面上发生全反 射 C.射到 cd 界面上的光,一定不能在 cd 界面上发生全反射 D.从 cd 界面射出的各种色光一定互相平行 【解析】选 A、C、D。白光由空气斜射到横截面为矩形 abdc 的玻璃砖 的 ab 界面上,由光疏介质射向光密介质,不可能发生全反射,故 A 正确; 白光透过 ab 界面后发生折射,增大θ,折射光线远离法线,所以光线可 能射到 bd 界面,并可能发生全反射,故 B 错误;白光在 ab 界面上发生折 射,由于折射率不同,故各色光到达 cd 界面的位置不同;但各色光在 cd 界面的入射角都等于 ab 界面的折射角,根据光路的可逆性,则各色光在 cd 界面的出射角等于 ab 面的入射角,不可能在 cd 界面上发生全反射, 且出射光与入射光平行,因此射出的各种色光一定互相平行,故 C、D 正 确。 三、实验题(本题共 2 小题,共 14 分) 13.(6 分)“测定玻璃的折射率”的实验中,在白纸上放好玻璃砖,aa′ 和 bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面,如图甲所示,在玻璃砖的一侧 插上两枚大头针 P1 和 P2,然后在另一侧透过玻璃砖观察,并依次插上大 头针 P3 和 P4。 (1)在插 P3 和 P4 时,应使________(选填选项前的字母)。 A.P3 只挡住 P1 的像 B.P4 只挡住 P2 的像 C.P3 同时挡住 P1、P2 的像 (2)如图乙所示,某同学在实验中将玻璃砖界面 aa′和 bb′的间距画得 过宽。若其他操作正确,则折射率的测量值________准确值(选填“大 于”“小于”或“等于”)。 【解析】(1)根据实验的原理,连接 P1、P2 表示入射光线,连接 P3、P4 表示出射光线,连接两光线与玻璃砖的交点,即为折射光线。实验的过 程中,要先在白纸上放好玻璃砖,在玻璃砖的一侧插上两枚大头针 P1 和 P2,然后在玻璃砖另一侧观察,调整视线使 P1 的像被 P2 的像挡住,接着在 眼睛所在一侧相继插上两枚大头针 P3、P4,使 P3 挡住 P1、P2 的像,使 P4 挡住 P3 和 P1、P2 的像。故选 C。 (2)作图时,玻璃砖应与所画的边界相齐。该同学的做法中,将玻璃砖界 面 aa′和 bb′的间距画得过宽但仍平行,而其他操作正确,导致测量出 的折射角要大于真实的折射角,导致折射率的测量值偏小。 答案:(1)C (2)小于 14.(8 分)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 是其中两个实验小组的实验情况: (1)甲组同学在实验时,用他们测得的多组入射角 i 与折射角 r 作出 sini-sinr 图像如图甲所示,则下列判断正确的是______。 A.光线是从空气射入玻璃的 B.该玻璃的折射率约为 0.67 C.该玻璃的折射率约为 1.5 D.该玻璃置于空气中时临界角约为 45° (2)乙组同学先画出图乙所示的坐标系,再在 y<0 区域放入某介质(以 x 轴为界面),并通过实验分别标记了折射光线、入射光线、反射光线通 过的一个点,它们的坐标分别为 A(8,3)、B(1,-4)、C(7,-4),则: ①入射点 O′(图中未标出)的坐标为________; ②通过图中数据可以求得该介质的折射率 n=________。 【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;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,临界角约为 42°,故 D 错误。 (2)①画出三条光线如图所示。 根据反射光线与入射光线的对称性可知,入射点 O′的横坐标为 x= cm=4 cm,故入射点 O′的坐标为(4,0)。 ②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= = = 答案:(1)A、C (2)①(4,0) ② 四、计算题(本题共 4 小题,共 46 分。要有必要的文字说明和解题步骤, 有数值计算的要注明单位) 15. (8 分)如图所示,△ABC 是一玻璃三棱镜的横截面,∠A=30°。一束 红光垂直 AB 边射入,从 AC 边上的 D 点射出,其折射角为 60°。已知 AD 距离为 l,真空中光速为 c。求: (1)玻璃对该红光的折射率; (2)这束红光在玻璃中的传播时间。 【解析】(1)由光的折射率定义可知:n= = (2)红光在玻璃中的传播速度 v= 由几何关系可知 t= = 答案:(1) (2) 16.(8 分)如图所示,一细束单色光由空气斜射入平行玻璃砖,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。 (1)证明出射光束与入射光束平行; (2)计算出射光束相对入射光束的侧移 s。 【解析】光路如图所示, (1)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。 (2)由图得,侧移量为:s=d(tani-tanr)cosi 将折射率 n= 代入, 消去 tanr 得:s=dsini(1- ) 答案:(1)见解析 (2)dsini(1- ) 17.(14 分)如图,半径为 R 的半球形玻璃体置于水平桌面上,半球的上 表面水平,球面与桌面相切于 A 点。一细束单色光经球心 O 从空气中射 入玻璃体内(入射面即纸面),入射角为 45°,出射光线射在桌面上 B 点 处。测得 AB 之间的距离为 。现将入射光束在纸面内向左平移,求射入 玻璃体的光线在球面上恰好发生全反射时,光束在上表面的入射点到 O 点的距离。不考虑光线在玻璃体内的多次反射。 【解析】 当光线经球心 O 入射时,光路图如图甲所示。设玻璃的折射率为 n,由折 射定律有 n= ① 式中,入射角 i=45°,γ为折射角。 △OAB 为直角三角形,因此 sinγ= ② 发生全反射时,临界角 C 满足 sinC= ③ 在玻璃体球面上光线恰好发生全反射时,光路图如图乙所示。设此时光 线入射点为 E,折射光线射到玻璃体球面的 D 点。由题意有 ∠EDO=C ④ 在△EDO 内,根据正弦定理有 = ⑤ 联立以上各式并利用题给条件得:OE= R。 答案: R 18. (16分)某种透明材料制成的空心球体内径为 R,外径是内径的 2倍, 其截面(纸面内)如图所示。一束单色光(纸面内)从外球面上 A 点入射, 入射角为 45°时,光束经折射后恰好与内球面 B 点相切。 (1)求该透明材料的折射率; (2)如果在内表面涂上能完全吸光的物质,当一束平行光射向此球时被 内表面吸收掉的光束在射进空心球前的横截面积是多少? (3)在第(1)问的条件下,欲使如图所示的光束能射入空心球内部空心 区域,从 A 入射的光线的入射角应满足什么条件? 【解析】(1)如图所示,设光束经折射后到达内球面上 B 点。在 A 点,由 题意知, 入射角 i=45°,折射角 r=∠BAO 由几何关系有:sinr= =0.5 由折射定律有:n= 代入数据解得 n= (2)如图所示, 平行光束被半径为 R 的空心部分吸收,不被吸收的极限光线与内球面相 切,由几何关系有: R0=2Rsini R=2Rsinr 由折射定律有:sini=nsinr 故被吸收掉的光束的橫截面积为:S=π =2πR2 (3)如图所示。 设在 A 点的入射角为 i′时,光束经折射后到达内球面上 C 点,并在 C 点恰好发生全反射,则光束在内球面上的入射角∠ACD 恰好等于临界角 C。 由 sinC= 得 C=45° 由正弦定理得 = 又 AO=2CO 由折射定律有 n= 解得 i′<30° 因此入射角满足 i′<30°的光线将射入空心球内部。 答案:(1) (2)2πR2 (3)i′<30° 关闭 Word 文档返回原板块