高中物理单元测试——第4章光的折射和全反射（较易版01）

高中物理单元测试 —— 第4章 光的折射和全反射（较易版01）（原卷版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）一头江豚在赣江水面下欣赏南昌迎春烟花晚会中的烟花秀，则七彩光从空中射入水中时（　　） A．发生了折射 B．沿曲线传播 C．光速不变 D．可能发生全反射 2．（本题4分）下列关于光的现象说法正确的是（　　） A．水中物体的实际深度比观察到的浅 B．光从水中射入空气后传播速度变小 C．光从水中射入空气后波长变短 D．水中的气泡看起来很明亮是因为光发生了全反射 3．（本题4分）如图，一束单色光从空中斜射到平静的水面上，当光从空气进入水中时，下列说法正确的是（     ） A．光速大小不变 B．光的波长变大 C．光线与法线的夹角变小 D．光的频率变小 4．（本题4分）折射率是衡量材料光学性能的重要指标，表中列出某单色光在几种介质中的折射率，根据相关知识判断，下列说法正确的是几种介质的折射率（，）（　　） 介质 折射率 介质 折射率 金刚石 2.42 氯化钠 1.54 二硫化碳 1.63 酒精 1.36 玻璃 1.5~1.8 水 1.33 水晶 1.55 空气 1.00028 A．这种光在水晶中的传播速度大于在酒精中传播的速度 B．金刚石和二硫化碳都是光密介质 C．光疏介质的密度一定小于光密介质的密度 D．这种波长的光在水晶中发生全反射的临界角小于在水中发生全反射的临界角 5．（本题4分）空气中两条光线a和b从图所示的方框左侧平行入射，又从方框的上方平行射出，如图所示，方框内放置了一个折射率为n＝1.5的等腰直角玻璃三棱镜，下列四幅图中给出了等腰直角玻璃三棱镜的放置方式，其中正确的是(　　) A． B． C． D． 6．（本题4分）如图所示是一束光射到介质1与介质2的分界面时发生的现象。两种介质的折射率分别为、，光在两种介质中的频率分别为、，则（     ） A． B． C． D． 7．（本题4分）如图所示，一束复色光从O点以入射角θ斜射入上、下表面平行的透明玻璃砖内，经折射后分成A、B两束光分别从下表面的a、b两点射出，关于A、B两束光，下列说法正确的是（　　） A．从a、b两点射出后，两束光可能平行也可能不平行 B．A光的波长一定大于B光的波长 C．若增大入射角θ，B光有可能在玻璃砖下表面发生全反射 D．A光在玻璃砖中的传播速度小于B光在玻璃砖中的传播速度 二、多选题 8．（本题6分）光从甲介质射入乙介质，由图可知（     ） A．甲介质是光疏介质，乙是光密介质 B．入射角大于折射角 C．光在甲介质中的传播速度较小 D．若乙为空气，则甲的折射率为 9．（本题6分）光纤通信采用的光导纤维是由内芯和外套组成，如图所示，其中内芯的折射率为，外套的折射率为，下列说法正确的是（　　） A．内芯和外套的折射率应满足 B．内芯和外套的折射率应满足 C．从左端面入射的光线，其入射角必须大于某值，全部光才能被传导 D．从左端面入射的光线，其入射角必须小于某值，全部光才能被传导 10．（本题6分）一透明圆环介质的俯视图如图所示，圆环内圆半径为，外圆半径为，现让一紫色细光束对准点，以射入介质，光束恰好与圆环内壁相切，并从外壁的点射出，出射角为，已知点、点与圆心在同一水平面内，下列说法正确的是（     ） A．该介质对紫光的折射率为 B．出射角比入射角大 C．增大，紫色光束可能会从圆环外壁发生全反射 D．用红色光束仍以从点入射，光束一定不会从圆环内壁射出 三、实验题 11．（本题6分）某同学用激光笔和玻璃砖测量玻璃的折射率： （1）①激光从点入射，用大头针标记O点、点和激光笔Q的位置；②作连线的延长线交于点，如图；③测出和的长度，。 （2）则折射率的表达式___________；由测得的数据可得折射率为___________（结果保留3位有效数字）。 （3）为了减小、测量的相对误差，实验中激光在点入射时应尽量使入射角___________。 12．（本题10分）某探究小组要测量一横截面为半圆形透明玻璃砖的折射率。如图是该小组设计的实验方案示意图，下面是该小组的探究步骤： ①用刻度尺测量玻璃砖的直径为d； ②把白纸固定在水平桌面上，在白纸上建立直角坐标系xOy，将玻璃砖放在白纸上，使其底面圆心与O点重合，直径与x轴重合，将刻度尺紧靠玻璃砖左边缘并垂直于x轴放置； ③打开激光笔，使激光束始终指向圆心O射向玻璃砖，从y轴开始在xOy平面内缓慢移动激光笔。在某一位置时，刻度尺上出现两个清晰的光点，通过刻度尺测得两光点与x轴的距离分别为、（）； 请回答下面问题： (1)甲同学利用步骤③测得的数据计算该玻璃砖的折射率为________（用d、、表示）。 (2)乙同学在步骤③后继续改变激光笔的位置，直到刻度尺上恰好只有一个光点，测得该光点与x轴的距离为，计算该玻璃砖的折射率为________（用d、表示）。 (3)比较甲、乙两同学测量折射率的方案，你认为________（选填“甲”或“乙”）同学的测量误差更小。 (4)在操作步骤②中，刻度尺没有与x轴严格垂直，而是逆时针偏离垂直x轴的位置，则甲同学测得的折射率________真实值（填“大于”“小于”或“等于”）。 四、解答题 13．（本题10分）如图所示为某透明介质制成的棱镜的截面图，该截面为顶角、腰长为L的等腰三角形，S为AB边的中点。一细光束由S点斜射入棱镜，光束与AB边的夹角为，折射光线与AC边平行，忽略二次反射的光线，光在真空中的速度为c。求： (1)透明介质材料的折射率； (2)在棱镜中传播的时间 14．（本题13分）如图所示，一个底面直径为15cm，高为20cm的圆柱形容器内装满透明液体。现将长为35cm、一端有球形突起的直杆靠着左壁竖直插到容器内，没有球的一端与容器的底部接触，如图所示。某人从右侧通过A点向容器内观察直杆时，看到直杆顶端小球在液体中所成的像与直杆底端重合。 ①求该液体的折射率。 ②假如足够大的装有该液体的池子，液体深度为2m，池底正中央装有一个发光的灯泡，那么，平静的液面上，有灯光射出的区域面积为多大? 15．（本题15分）导光管采光系统由采光装置、导光管和漫射装置组成，如图甲所示。某地铁站导光管采光系统中的半球形采光装置和圆柱形导光管过球心的截面如图乙所示，半球的直径，导光管长度，一束平行单色光在该竖直平面内从采光装置上方以与竖直方向成角的方向射入，已知采光装置对该单色光的折射率为，导光管底面到地铁站地面的距离为。求： (1)上有光照射到的区域长度是多少？ (2)当无采光装置和漫射装置（如图丙所示）时地面上左、右两侧光斑的最远距离是多少？ 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 2 / 2 $ 高中物理单元测试 —— 第4章 光的折射和全反射（较易版01）（解析版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）一头江豚在赣江水面下欣赏南昌迎春烟花晚会中的烟花秀，则七彩光从空中射入水中时（　　） A．发生了折射 B．沿曲线传播 C．光速不变 D．可能发生全反射 【答案】A 【详解】光从光疏介质传入光密介质会发生折射现象，不可能发生全反射现象，且光将沿着直线传播，光速减小。 故选A。 2．（本题4分）下列关于光的现象说法正确的是（　　） A．水中物体的实际深度比观察到的浅 B．光从水中射入空气后传播速度变小 C．光从水中射入空气后波长变短 D．水中的气泡看起来很明亮是因为光发生了全反射 【答案】D 【详解】A．光从水中射向空气中时，折射光线偏离法线，观察者以为光线是沿折射光线方向进入眼睛的，故观察者以为观察到的深度比实际深度浅，故A错误； B．光在介质中的传播速度，在空气中的传播速度近似等于c 而n>1，所以光进入空气后传播速度变大，故B错误； C．光在介质中的波长，光在空气中的波长 而n>1，故在空气中的波长更大，故C错误； D．光从水中射向水内的气泡时，若入射角大于临界角，则发生全反射，光线全部被反射进入观察者的眼睛，故看起来特别明亮，故D正确。 故选D。 3．（本题4分）如图，一束单色光从空中斜射到平静的水面上，当光从空气进入水中时，下列说法正确的是（     ） A．光速大小不变 B．光的波长变大 C．光线与法线的夹角变小 D．光的频率变小 【答案】C 【详解】A．光从空气斜射入水中，水相对于空气是光密介质，光速减小，故A错误； B．光由一种介质进入另一种介质时，频率由光源决定，保持不变；由于光速减小，波长也减小，故B错误； C．光从光疏介质进入光密介质时，折射光线向法线偏折，折射角小于入射角，故C正确； D．光的频率由光源决定，介质改变时频率不变，故D错误。 故选C。 4．（本题4分）折射率是衡量材料光学性能的重要指标，表中列出某单色光在几种介质中的折射率，根据相关知识判断，下列说法正确的是几种介质的折射率（，）（　　） 介质 折射率 介质 折射率 金刚石 2.42 氯化钠 1.54 二硫化碳 1.63 酒精 1.36 玻璃 1.5~1.8 水 1.33 水晶 1.55 空气 1.00028 A．这种光在水晶中的传播速度大于在酒精中传播的速度 B．金刚石和二硫化碳都是光密介质 C．光疏介质的密度一定小于光密介质的密度 D．这种波长的光在水晶中发生全反射的临界角小于在水中发生全反射的临界角 【答案】D 【详解】A．由表中数据可知，光在水晶中的折射率大于在酒精中折射率，由公式可知，光在水晶中的传播速度小于在酒精中传播的速度，故A错误； B．光密介质和光疏介质是相对的，例如二硫化碳相对于金刚石是光疏介质，二硫化碳相对于水晶是光密介质，故B错误； C．光密介质和光疏介质的定义与密度不一样，酒精密度小于水但折射率却大于水，因此光密介质的密度不一定大于光疏介质密度，故C错误； D．由表中数据可知，光在水晶中的折射率大于在水中的折射率，由可知，光在水晶中发生全反射的临界角小于在水中发生全反射的临界角，故D正确。 故选D。 5．（本题4分）空气中两条光线a和b从图所示的方框左侧平行入射，又从方框的上方平行射出，如图所示，方框内放置了一个折射率为n＝1.5的等腰直角玻璃三棱镜，下列四幅图中给出了等腰直角玻璃三棱镜的放置方式，其中正确的是(　　) A． B． C． D． 【答案】D 【详解】光在AB中进入不会发生全反射，图中C中光线向下；在D中可能使光线向上偏折；由题意可知，玻璃折射率为n=1.5，由临界角公式 可得出玻璃砖的临界角 C=arcsin 则当光线垂直直角边进入玻璃砖，射到斜边上时入射角为45°大于临界角，故光线能发生全反射，故可知D图可产生如图所示的效果。故D正确。 故选D。 6．（本题4分）如图所示是一束光射到介质1与介质2的分界面时发生的现象。两种介质的折射率分别为、，光在两种介质中的频率分别为、，则（     ） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】AB．由题图可知光线在介质1的入射角大于在介质2的折射角，则介质1相对于介质2为光疏介质，故有，故A正确，B错误； CD．同一束光在不同介质中的频率保持不变，则有，故CD错误。 故选A。 7．（本题4分）如图所示，一束复色光从O点以入射角θ斜射入上、下表面平行的透明玻璃砖内，经折射后分成A、B两束光分别从下表面的a、b两点射出，关于A、B两束光，下列说法正确的是（　　） A．从a、b两点射出后，两束光可能平行也可能不平行 B．A光的波长一定大于B光的波长 C．若增大入射角θ，B光有可能在玻璃砖下表面发生全反射 D．A光在玻璃砖中的传播速度小于B光在玻璃砖中的传播速度 【答案】D 【详解】A．设某束光在玻璃砖中的折射角为，从下表面射出时的折射角为，空气的折射率近似为，根据折射定律分别有， 联立解得 由于玻璃砖上、下表面平行，因此两束出射光均与原入射光平行，故两束出射光一定相互平行，故A错误； B．设玻璃砖厚度为，两束光在玻璃砖中的折射角分别为、，由几何关系分别有， 由图可知，解得 根据折射定律分别有， 解得 玻璃对波长较短的光折射率较大，因此，故B错误； C．设光从玻璃射向空气时的临界角为，根据折射定律和临界角公式分别有， 由于，解得 因此，即使增大入射角，光在玻璃砖下表面也不会发生全反射，故C错误； D．由B选项的分析可知，光在玻璃中的传播速度为 解得，故D正确。 故选D。 二、多选题 8．（本题6分）光从甲介质射入乙介质，由图可知（     ） A．甲介质是光疏介质，乙是光密介质 B．入射角大于折射角 C．光在甲介质中的传播速度较小 D．若乙为空气，则甲的折射率为 【答案】CD 【详解】A．由图可知，入射角。折射角。光从甲进入乙后偏离法线，说明甲是光密介质，乙是光疏介质，故A错误； B．由，可知，入射角小于折射角，故B错误； C．由光从甲进入乙后偏离法线可知，又 所以，故C正确； D．若乙为空气，取，由折射定律 解得，故D正确。 故选CD。 9．（本题6分）光纤通信采用的光导纤维是由内芯和外套组成，如图所示，其中内芯的折射率为，外套的折射率为，下列说法正确的是（　　） A．内芯和外套的折射率应满足 B．内芯和外套的折射率应满足 C．从左端面入射的光线，其入射角必须大于某值，全部光才能被传导 D．从左端面入射的光线，其入射角必须小于某值，全部光才能被传导 【答案】AD 【详解】AB．光纤通信是利用了光的全反射原理，光只有从光密介质进入光疏介质中时，才能发生全反射，因而内芯和外套的折射率应满足 故A正确，B错误； CD．从图中光路图，结合几何关系可知，从左端面入射的光线，其入射角越小，进入介质后，在内芯与外套的界面上的入射角越大，越易发生全反射，即从左端面入射的光线，其入射角必须小于某值，全部光才能被传导，故C错误，D正确。 故选AD。 10．（本题6分）一透明圆环介质的俯视图如图所示，圆环内圆半径为，外圆半径为，现让一紫色细光束对准点，以射入介质，光束恰好与圆环内壁相切，并从外壁的点射出，出射角为，已知点、点与圆心在同一水平面内，下列说法正确的是（     ） A．该介质对紫光的折射率为 B．出射角比入射角大 C．增大，紫色光束可能会从圆环外壁发生全反射 D．用红色光束仍以从点入射，光束一定不会从圆环内壁射出 【答案】AD 【详解】A．紫光在A点入射，法线为外圆半径OA，根据几何关系，折射光线与内圆相切，圆心O到折射光线的距离等于内圆半径，而 因此折射角满足 解得 根据折射定律 解得，故A正确； B．出射时，根据几何关系，B点介质内的入射角等于 由折射定律（介质到空气）可得 解得 所以，故B错误； C．全反射条件是光从介质射向空气，且入射角大于等于临界角。该介质临界角满足 对于外壁出射，介质内入射角满足 其中为O到折射光线的距离，结合折射定律有 可得 由于 所以 因此不可能发生全反射，故C错误； D．红光频率小于紫光频率，故红光折射率小于紫光折射率，则红光折射光线与内圆相离，不会碰到内壁，因此一定不会从圆环内壁射出，故D正确。 故选AD。 三、实验题 11．（本题6分）某同学用激光笔和玻璃砖测量玻璃的折射率： （1）①激光从点入射，用大头针标记O点、点和激光笔Q的位置；②作连线的延长线交于点，如图；③测出和的长度，。 （2）则折射率的表达式___________；由测得的数据可得折射率为___________（结果保留3位有效数字）。 （3）为了减小、测量的相对误差，实验中激光在点入射时应尽量使入射角___________。 【答案】 1.51 稍小一些 【详解】（2）[1][2]如图 由几何关系可得： ， 因此根据折射定律 （3）[3] 当入射角适当减小时，、的数值都会相应变大，长度测量的绝对误差占总长度的比例会减小，从而降低测量的相对误差。 12．（本题10分）某探究小组要测量一横截面为半圆形透明玻璃砖的折射率。如图是该小组设计的实验方案示意图，下面是该小组的探究步骤： ①用刻度尺测量玻璃砖的直径为d； ②把白纸固定在水平桌面上，在白纸上建立直角坐标系xOy，将玻璃砖放在白纸上，使其底面圆心与O点重合，直径与x轴重合，将刻度尺紧靠玻璃砖左边缘并垂直于x轴放置； ③打开激光笔，使激光束始终指向圆心O射向玻璃砖，从y轴开始在xOy平面内缓慢移动激光笔。在某一位置时，刻度尺上出现两个清晰的光点，通过刻度尺测得两光点与x轴的距离分别为、（）； 请回答下面问题： (1)甲同学利用步骤③测得的数据计算该玻璃砖的折射率为________（用d、、表示）。 (2)乙同学在步骤③后继续改变激光笔的位置，直到刻度尺上恰好只有一个光点，测得该光点与x轴的距离为，计算该玻璃砖的折射率为________（用d、表示）。 (3)比较甲、乙两同学测量折射率的方案，你认为________（选填“甲”或“乙”）同学的测量误差更小。 (4)在操作步骤②中，刻度尺没有与x轴严格垂直，而是逆时针偏离垂直x轴的位置，则甲同学测得的折射率________真实值（填“大于”“小于”或“等于”）。 【答案】(1) (2) (3)甲 (4)大于 【详解】（1）按照步骤③画出光路图，如图所示： 根据数学知识，空气中折射角的正弦 玻璃中入射角的正弦 用刻度尺测量玻璃砖的直径d，则 根据折射定律，折射率为 （2）乙同学在步骤③后继续改变激光笔的位置，直到刻度尺上恰好只有一个光点，此时恰好发生全反射；按照乙同学实验方案画出光路图，如图所示： 根据临界角公式 根据数学知识 联立可得折射率为 （3）比较甲、乙两同学测量折射率的方案，甲同学误差更小，因为乙同学方案中“恰好只有一个光点”的状态确定不够准确； （4）刻度尺逆时针偏离垂直x轴位置，则L1偏大，L2偏小，测量结果偏大。 四、解答题 13．（本题10分）如图所示为某透明介质制成的棱镜的截面图，该截面为顶角、腰长为L的等腰三角形，S为AB边的中点。一细光束由S点斜射入棱镜，光束与AB边的夹角为，折射光线与AC边平行，忽略二次反射的光线，光在真空中的速度为c。求： (1)透明介质材料的折射率； (2)在棱镜中传播的时间 【答案】(1) (2) 【详解】（1）由题意作出光路图，如图所示 入射光线与夹角为，因此入射角 折射光线与平行，，因此折射光线与夹角为，折射角 由折射定律得 （2）由几何关系可得，折射光总路程 光在介质中速度 传播时间 14．（本题13分）如图所示，一个底面直径为15cm，高为20cm的圆柱形容器内装满透明液体。现将长为35cm、一端有球形突起的直杆靠着左壁竖直插到容器内，没有球的一端与容器的底部接触，如图所示。某人从右侧通过A点向容器内观察直杆时，看到直杆顶端小球在液体中所成的像与直杆底端重合。 ①求该液体的折射率。 ②假如足够大的装有该液体的池子，液体深度为2m，池底正中央装有一个发光的灯泡，那么，平静的液面上，有灯光射出的区域面积为多大? 【答案】①；② 【详解】①光路图如下 根据折射率 ，直杆顶端小球在液体中所成的像与直杆底端重合，且像与液面相距为15cm， ， 所以 ②当发生全反射时，面积最大，设面积半径为r， ， 面积 15．（本题15分）导光管采光系统由采光装置、导光管和漫射装置组成，如图甲所示。某地铁站导光管采光系统中的半球形采光装置和圆柱形导光管过球心的截面如图乙所示，半球的直径，导光管长度，一束平行单色光在该竖直平面内从采光装置上方以与竖直方向成角的方向射入，已知采光装置对该单色光的折射率为，导光管底面到地铁站地面的距离为。求： (1)上有光照射到的区域长度是多少？ (2)当无采光装置和漫射装置（如图丙所示）时地面上左、右两侧光斑的最远距离是多少？ 【答案】(1) (2)6.45m 【详解】（1）根据题意，由折射定律画出光路图，如图所示 根据题意，由折射定律可得，解得 即r=45°，由几何关系可得 则AB界面有光照射到的区域长度为AC=AO+OC= （2）无采光装置和漫射装置时，根据题意有 可知单色光将在导光管中发生全反射，根据题意画出光路图，可得单色光由导光管中射出时的光路图如图所示 根据几何知识可知CD=3mtan45°=3m 由于对称性可得，无采光装置和漫射装置时地面上左、右两侧光斑的最远距离为x=2CD+d 解得x=6.45m 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 2 / 2 $