高中物理单元测试——第4章光的折射和全反射（较易版02）

高中物理单元测试 —— 第4章 光的折射和全反射（较易版02）（原卷版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）如图所示，从水杯外看到杯中的钢勺好像在水面处折断了，产生这种现象的原因是（　　） A．光的折射 B．光的反射 C．光的干涉 D．光的衍射 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）夏天，有时看远处的地面像有水一样，看起来格外明亮，当你靠近“水面”时，发现它会随你前进而向后退，如图甲所示。其大致的光路图如图乙所示。则下列说法正确的是 A．这种现象是由于光的干涉形成的 B．这种现象是由于光的衍射形成的 C．下层大气的折射率大于上层的折射率 D．光线射向路面时，折射光线逐渐远离法线 5．（本题4分）如图甲为一种检测油深度的油量计，油量计竖直固定在油桶内，当入射光竖直向下照射时，通过观察油桶上方的矩形窗口亮暗两个区域可确定油量。图乙是油量计结构图，它是一块锯齿形的透明塑料，锯齿形的底部是一个等腰直角三角形，最右边的锯齿刚接触到油桶的底部。已知透明塑料的折射率小于油的折射率，则下列说法正确的是（　　） A．透明塑料的折射率应小于 B．塑料锯齿和油的界面处发生全反射形成暗区 C．油量增加时，亮区范围变大 D．若入射光由红光换为绿光时，亮区范围不变 6．（本题4分）平板光学镜片采用激光内雕工艺时，两束频率相同的激光从空气中对称斜射入镜片的上表面，入射光线与镜片界面的夹角均为。折射光线在镜片内部相交于一点，该交点与两个入射点、恰好构成等边三角形。已知，，则镜片对该激光的折射率为（　　） A． B． C． D． 7．（本题4分）如图甲所示，某景观池底部水平固定着由细灯带构成的圆形发光体，发出的单色光在水面上形成的圆环光斑俯视图如图乙所示。已知池底到水面的距离，发光体的半径R=2m，水对该光的折射率，不考虑光在水池中的反射，则该圆环光斑的面积为（　　） A． B． C． 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 9．（本题6分）光纤通信是利用光的某种特性将光线束缚在纤芯内部实现高效传输信息，如图所示为光纤的横截面结构图，其中纤芯和包层是两种不同的均匀光介质。下列说法正确的是（　　） A．光纤通信的原理是利用光的全反射 B．光纤通信的原理是利用光的衍射 C．纤芯的折射率大于包层的折射率 D．纤芯的折射率小于包层的折射率 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）如图所示，在“测量玻璃的折射率”的实验中，当光线AO以一定入射角穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找到跟入射光线AO对应的出射光线，从而确定玻璃中的折射光线。 (1)下列步骤必要的有________。 A．插上大头针，使仅挡住的像 B．插上大头针，使挡住的像和的像 C．插上大头针，使仅挡住 D．插上大头针，使挡住和、的像 (2)在图中分别标记测量了、两个角度，则玻璃的折射率________。 (3)下列措施中，能使实验误差减小的是________。 A．选用与间距更大的玻璃砖 B．入射角要尽量小些 C．选用与必须平行的玻璃砖 D．针与、与的间距要适当大些 12．（本题10分）某校开展研究性学习，某研究小组根据光学知识，设计了一个用刻度尺测横截面为半圆形玻璃砖折射率的实验，他们进行的主要步骤是：水平放置的光屏MN与玻璃砖直径AB垂直并相切于A点，一束单色光S从空气中射向半圆玻璃砖的圆心，结果在光屏MN上出现两个光斑C、D，如图所示，测得OC和OD的长度分别为a、b。 (1)根据以上测量的物理量，写出计算玻璃砖折射率的表达式：n=__________。 (2)为减小实验测量误差，实验中应适当_________单色光在o点的入射角（填“增大”或“减小”）。 (3)如图所示，某同学用插针法测量半圆形玻璃砖的折射率。 ①在白纸上画一条直线ab，并画出其垂线cd，交于O点。 ②将玻璃砖直径面沿ab放置，使其半径的中点位于O点，并确定圆弧侧面的位置。 ③在cd上竖直插上大头针和，从圆弧侧面透过玻璃砖观察和，插上大头针，要求能挡住______（“选填“”“”或“和”）的虚像。 ④确定出射光线的位置______（选填“需要”或“不需要”）第四枚大头针。 ⑤撤去玻璃砖和大头针，测得从圆弧面出射的光线与直线cd的夹角为，则玻璃砖的折射率______。 四、解答题 13．（本题10分）如图所示，三角形ABC为折射率的三棱镜的横截面，其中∠A＝90°，∠B＝60°。一束光线垂直于AB边射入棱镜。已知真空中的光速为c。求该光线： (1)在棱镜中的传播速度； (2)从AC边射出棱镜的折射角。 14．（本题13分）如图所示，在平静的水面下深H处有一个点光源A，由点光源A发出的某条光线射出水面时入射角为30°，其折射光线与水面的夹角也为30°，已知光在真空中的传播速度为C，求： (1)水面上有光线射出区域的面积S； (2)从水面上射出的光线在水中传播的最长时间t。 15．（本题15分）将两块半径均为R、完全相同的透明半圆柱体A、B正对放置，圆心上下错开一定距离，如图所示，用一束单色光沿半径照射半圆柱体A，设圆心处入射角为，当时，A右侧恰好无光线射出；当时，有光线沿B的半径射出，射出位置与A的圆心相比下移，不考虑多次反射，求： (1)半圆柱体对该单色光的折射率； (2)两个半圆柱体之间的距离。 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02）（解析版） 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．（本题4分）如图所示，从水杯外看到杯中的钢勺好像在水面处折断了，产生这种现象的原因是（　　） A．光的折射 B．光的反射 C．光的干涉 D．光的衍射 【答案】A 【详解】水杯中的钢勺好像在水面处折断了，是由于光在水面处发生折射而形成的。 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）夏天，有时看远处的地面像有水一样，看起来格外明亮，当你靠近“水面”时，发现它会随你前进而向后退，如图甲所示。其大致的光路图如图乙所示。则下列说法正确的是 A．这种现象是由于光的干涉形成的 B．这种现象是由于光的衍射形成的 C．下层大气的折射率大于上层的折射率 D．光线射向路面时，折射光线逐渐远离法线 【答案】D 【详解】CD．由乙图可知，折射光线逐渐远离法线，因此下层大气的折射率小于上层大气的折射率，故 C错误， D正确。 AB．这种现象是由于光的全反射形成的，故AB错误。 故选D。 5．（本题4分）如图甲为一种检测油深度的油量计，油量计竖直固定在油桶内，当入射光竖直向下照射时，通过观察油桶上方的矩形窗口亮暗两个区域可确定油量。图乙是油量计结构图，它是一块锯齿形的透明塑料，锯齿形的底部是一个等腰直角三角形，最右边的锯齿刚接触到油桶的底部。已知透明塑料的折射率小于油的折射率，则下列说法正确的是（　　） A．透明塑料的折射率应小于 B．塑料锯齿和油的界面处发生全反射形成暗区 C．油量增加时，亮区范围变大 D．若入射光由红光换为绿光时，亮区范围不变 【答案】D 【详解】A．如图所示，光由上面射入塑料板中，在直角部分发生全反射时上面看起来才会明亮，光在从透明塑料板射向空气，此时发生全反射的条件是折射率 即透明塑料的折射率应大于，A错误。 B．光从塑料锯齿和油的界面处发生折射，光线射向油中，在矩形窗口形成暗区，B错误； C．油量增加时，被浸入到油中的塑料锯齿增多，则全反射光线减小，则亮区范围变小，C错误； D．若入射光由红光换为绿光时，不影响光线在界面处发生全反射，则亮区范围不变，D正确。 故选D。 6．（本题4分）平板光学镜片采用激光内雕工艺时，两束频率相同的激光从空气中对称斜射入镜片的上表面，入射光线与镜片界面的夹角均为。折射光线在镜片内部相交于一点，该交点与两个入射点、恰好构成等边三角形。已知，，则镜片对该激光的折射率为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】入射光线与界面夹角为，则入射光线与法线的夹角即入射角为 由题意为等边三角形，所以 折射光线与法线的夹角即折射角为 根据折射定律 故选A。 7．（本题4分）如图甲所示，某景观池底部水平固定着由细灯带构成的圆形发光体，发出的单色光在水面上形成的圆环光斑俯视图如图乙所示。已知池底到水面的距离，发光体的半径R=2m，水对该光的折射率，不考虑光在水池中的反射，则该圆环光斑的面积为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】光从水射向空气时，发生全反射的临界角满足公式 代入水的折射率​，可得​ 由三角函数关系，得， 发光体是池底半径的细灯带，即仅半径处发光，中心区域不发光。对灯带上任意发光点，恰好发生全反射的光线，水平方向偏离发光点的距离为 代入，解得 因此，能射出水面的光斑范围，内、外半径分别为， 圆环面积为外圆面积减内圆面积 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）光纤通信是利用光的某种特性将光线束缚在纤芯内部实现高效传输信息，如图所示为光纤的横截面结构图，其中纤芯和包层是两种不同的均匀光介质。下列说法正确的是（　　） A．光纤通信的原理是利用光的全反射 B．光纤通信的原理是利用光的衍射 C．纤芯的折射率大于包层的折射率 D．纤芯的折射率小于包层的折射率 【答案】AC 【详解】光纤的原理是光的全反射，要发生全反射，纤芯折射率需大于包层折射率，光才能在纤芯与包层的界面发生全反射。 故选AC。 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）如图所示，在“测量玻璃的折射率”的实验中，当光线AO以一定入射角穿过两面平行的玻璃砖时，通过插针法找到跟入射光线AO对应的出射光线，从而确定玻璃中的折射光线。 (1)下列步骤必要的有________。 A．插上大头针，使仅挡住的像 B．插上大头针，使挡住的像和的像 C．插上大头针，使仅挡住 D．插上大头针，使挡住和、的像 (2)在图中分别标记测量了、两个角度，则玻璃的折射率________。 (3)下列措施中，能使实验误差减小的是________。 A．选用与间距更大的玻璃砖 B．入射角要尽量小些 C．选用与必须平行的玻璃砖 D．针与、与的间距要适当大些 【答案】(1)BD (2) (3)AD 【详解】（1）根据实验原理可知，该同学接下来要完成的必要步骤有，插上大头针，使挡住、的像；插上大头针，使挡住和、的像。 故选BD。 （2）根据几何关系结合折射定律可得，玻璃的折射率为 （3）A．为了减小作图误差，应选用与间距更大的玻璃砖，故A正确； B．入射角适当大些，可以使折射现象更加明显，从而使角度的测量误差减小，故B错误； C．与是否平行，对测量玻璃折射率的原理应用没有直接影响，不会因为玻璃砖这两边平行与否而减小误差，故C错误； D．折射光线是通过隔着玻璃观察成一条直线确定的，大头针间的距离太小，引起的角度误差会较大，故P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些，可以提高精确度，故D正确。 故选AD。 12．（本题10分）某校开展研究性学习，某研究小组根据光学知识，设计了一个用刻度尺测横截面为半圆形玻璃砖折射率的实验，他们进行的主要步骤是：水平放置的光屏MN与玻璃砖直径AB垂直并相切于A点，一束单色光S从空气中射向半圆玻璃砖的圆心，结果在光屏MN上出现两个光斑C、D，如图所示，测得OC和OD的长度分别为a、b。 (1)根据以上测量的物理量，写出计算玻璃砖折射率的表达式：n=__________。 (2)为减小实验测量误差，实验中应适当_________单色光在o点的入射角（填“增大”或“减小”）。 (3)如图所示，某同学用插针法测量半圆形玻璃砖的折射率。 ①在白纸上画一条直线ab，并画出其垂线cd，交于O点。 ②将玻璃砖直径面沿ab放置，使其半径的中点位于O点，并确定圆弧侧面的位置。 ③在cd上竖直插上大头针和，从圆弧侧面透过玻璃砖观察和，插上大头针，要求能挡住______（“选填“”“”或“和”）的虚像。 ④确定出射光线的位置______（选填“需要”或“不需要”）第四枚大头针。 ⑤撤去玻璃砖和大头针，测得从圆弧面出射的光线与直线cd的夹角为，则玻璃砖的折射率______。 【答案】(1) (2)减小 (3) 和 不需要 【详解】（1）OC所在光线为反射光线，OD所在光线为折射光线，则玻璃砖折射率的表达式为 （2）为减小实验测量的误差，OC、OD的距离应适当大些，所以实验中应适当减小单色光在О点的入射角。 （3）③[1]要求和在一条光线上，该光线透过玻璃砖后过，故要挡住和的虚像； ④[2]与ab垂直，则过、的光线与ab垂直，光垂直入射时传播方向不变，因此可以确定圆弧面上的入射点，此时只需要找到折射光线上一点即可确定出射光线，故不需要插第四枚大头针。 ⑤[3]由图中几何关系结合题给条件可知，在圆弧面上入射角为，折射角为，则有 四、解答题 13．（本题10分）如图所示，三角形ABC为折射率的三棱镜的横截面，其中∠A＝90°，∠B＝60°。一束光线垂直于AB边射入棱镜。已知真空中的光速为c。求该光线： (1)在棱镜中的传播速度； (2)从AC边射出棱镜的折射角。 【答案】(1) (2)45° 【详解】（1）光在玻璃中传播的速度 解得 （2）作出光路图，如图所示 设光线射BC面时发生全反射的临界角为，则有 解得 而根据几何关系，可知 即，说明光线在BC面发生全反射，再从AC面出射，根据几何关系，可得 根据折射定律 解得 即r=45° 14．（本题13分）如图所示，在平静的水面下深H处有一个点光源A，由点光源A发出的某条光线射出水面时入射角为30°，其折射光线与水面的夹角也为30°，已知光在真空中的传播速度为C，求： (1)水面上有光线射出区域的面积S； (2)从水面上射出的光线在水中传播的最长时间t。 【答案】（1）；（2） 【详解】(1)由题意可知发出的某条光线的入射角为r=30°，折射角为i=60°，由折射定律得 解得 设光线从水面射出的临界角为C，光路如图所示 则 A发出的光线射出水面的区域为圆，设其半径为R，则 S=πR2 联立解得 (2)从水面上射出的光线在水中传播的最长距离为 光线在水中的传播速度为 所用时间为 联立解得 15．（本题15分）将两块半径均为R、完全相同的透明半圆柱体A、B正对放置，圆心上下错开一定距离，如图所示，用一束单色光沿半径照射半圆柱体A，设圆心处入射角为，当时，A右侧恰好无光线射出；当时，有光线沿B的半径射出，射出位置与A的圆心相比下移，不考虑多次反射，求： (1)半圆柱体对该单色光的折射率； (2)两个半圆柱体之间的距离。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）光从半圆柱体A射入，满足从光密介质到光疏介质的条件，当时发生全反射，有 解得 （2）当入射角时，经两次折射从半圆柱体B的半径射出，设折射角为，光路如图： 由折射定律有 由几何关系有 联立解得 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 $