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- 3.5多普勒效应提升优化(含解析)-2023学年【新教材】人教版(2019)高中物理选择性必修第一册 试卷 试卷 2 次下载
- 4.1光的折射提升优化(含解析)-2023学年【新教材】人教版(2019)高中物理选择性必修第一册 试卷 试卷 2 次下载
- 4.3光的干涉提升优化(含解析)-2023学年【新教材】人教版(2019)高中物理选择性必修第一册 试卷 试卷 3 次下载
- 4.4用双缝干涉测量光的波长提升优化(含解析)-2023学年【新教材】人教版(2019)高中物理选择性必修第一册 试卷 2 次下载
- 4.5光的衍射提升优化(含解析)-2023学年【新教材】人教版(2019)高中物理选择性必修第一册 试卷 试卷 2 次下载
人教版 (2019)选择性必修 第一册2 全反射综合训练题
展开4.2全反射提升优化(含解析)
一、单选题
1.下列说法中正确的是( )
A. 分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验,蓝光的条纹间距宽
B. 光纤通信利用了全反射的原理
C. 肥皂泡呈现彩色条纹是由光的折射现象造成的
D. 动车组高速行驶时,在地面上测得车厢的长明显变短
2.一凸透镜焦距为6cm . 若将物体放在此透镜前15cm处,可得到( )
A. 倒立、放大的实像 B. 倒立、缩小的实像 C. 正立、放大的实像 D. 正立、放大的虚像
3.一束白光通过三棱镜折射后,在屏上形成了彩色光带,可知不正确( )
A. 红光最先穿过棱镜 B. 偏转最厉害的是紫光
C. 在玻璃中速度最大的是紫光 D. 在玻璃中速度最大的是红光
4.如图所示,在水中有一厚度不计的薄玻璃片制成的中空的三棱镜,里面是真空的,一束白光从三棱镜的一侧,以较小的入射角射入棱镜后,经棱镜折射在光屏P上可得到彩色光带,当入射角逐渐增大的过程中,屏上的彩色光带先后消失,则( )
A. 红光最先消失,紫光最后消失 B. 紫光最先消失,红光最后消失
C. 红光最先消失,黄光最后消失 D. 紫光最先消失,黄光最后消失
5.一束白光被棱镜色散时,下列说法中正确的是( )
A. 棱镜对各单色光的折射率不同,对红光最大,对紫光最小
B. 红光比蓝光后通过棱镜
C. 黄光比绿光偏转的角度小
D. 在棱镜中速度较大的单色光偏转的角度也较大
6.关于光现象,下列说法正确的是:( )
A. 阳光下,在地面上看不到高压电线的影子,属于光的衍射现象
B. 肥皂泡看起来常常是彩色的,属于色散现象
C. 全息照片的拍摄主要利用了光的衍射
D. 在双缝干涉实验中,若用白光做光源,则不能观察到干涉图样
7.如果把光导纤维聚成束,使纤维在两端排列的相对位置一样,图象就可以从一端传到另一端,如图所示.在医学上,光导纤维可以制成内窥镜,用来检查人体胃、肠、气管等器官的内部.内窥镜有两组光导纤维,一组用来把光输送到人体内部,另一组用来进行观察.光在光导纤维中的传输利用了( )
A. 光的折射 B. 光的衍射YCY C. 光的干涉 D. 光的全反射
8.如图所示,酷热的夏天,在平坦的柏油公路上,你会看到在一定距离之外,地面显得格外明亮,仿佛是一片水面,似乎还能看到远处车、人的倒影,但当你靠近“水面”时,它却随你靠近而后退,对此现象正确的解释是( )
A. 出现的是“海市蜃楼”,是由于光的干涉造成的
B. “水面”不存在,就由于酷热难耐,人产生的幻觉
C. 阳光辐射到地面,使地表温度升高,近地面的空气折射率变大,光线发生全反射形成的虚像
D. 阳光辐射到地面,使地表温度升高,近地面的空气折射率变小,光线发生全反射形成的虚像
9.自行车尾灯的设计利用了光的全反射现象.下列自行车尾灯内部结构示意图中符合实际的是( )
A. B. C. D.
10.光纤可作为光传导工具,其传输原理是光的全反射.按照纤芯折射率分布情况可以分为突变型光纤和渐变型光纤,突变型光纤的纤芯的折射率是均匀的,而渐变型光纤的纤芯的折射率不均匀.下列关于这两种光纤说法正确的是( )
A. 突变型光纤的从光纤中心芯到玻璃包层的折射率是突然变大
B. 渐变型光纤的从光纤中心芯到玻璃包层的折射率是逐渐变小
C. 光在渐变型光纤中的传播轨迹是直折线
D. 光在突变型光纤中的传播轨迹是曲线
11.玻璃中含有的空气泡往往看上去会比较亮,对这一现象有下列不同的解释,其中正确的是( )
A. 空气泡对光线有聚集作用,因而较亮
B. 空气泡对光线有发散作用,因而较亮
C. 从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分发生全反射,因而较亮
D. 从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分发生全反射,因而较亮
12.如图为“水流导光”实验装置,长直开口透明塑料瓶内装有适量清水,在其底侧开一小孔,水从小孔流出形成弯曲不散开的水流,用细激光束透过塑料瓶水平射向该小孔,观察到激光束没有完全被限制在水流内传播,下列操作有助于激光束完全被限制在水流内传播的是( )
A. 增大该激光的强度 B. 向瓶内再加适量清水
C. 改用频率更低的激光 D. 改用折射率更小的液体
13.如图所示,一足够大的水池内盛有某种透明液体,液体的深度为H,在水池的底部放一点光源S,其中一条光线以 入射角射到液体与空气的界面上,以折射角 发生折射。则( )
A. 液体的折射率为 B. 从液体到空气,光波长变短
C. 液体表面亮斑的面积为 D. 光线从液体到空气发生全反射时的临界角为45°
14.一束单色光从真空斜射向某种介质的表面,光路如图所示。下列说法中正确的是( )
A. 此介质的折射率等于1.5 B. 此介质的折射率等于
C. 入射角小于45°时可能发生全反射现象 D. 入射角大于45°时可能发生全反射现象
15.如图所示,空气中有一折射率为 的玻璃柱体,其横截面是圆心角为90°、半径为R的扇形 OAB,一束平行光平行于横截面,以45°入射角照射到OA上,OB不透光,若只考虑首次入射到圆弧AB上的光,则AB上有光透出部分的弧长为( )
A. B. C. D.
16.光导纤维的结构如图所示,其内芯和外套材料不同,光在内芯中传播。以下关于光导纤维的说法正确的是( )
A. 内芯的折射率比外套大,光传播时在内芯与外套的界面发生全反射
B. 内芯的折射率比外套小,光传播时在内芯与外套的界面发生全反射
C. 内芯的折射率比外套小,光传播时在内芯与外套的界面发生折射
D. 内芯的折射率与外套相同,外套的材料有韧性,可以起保护作用
二、综合题
17.如图1所示某种透明材料制成的光学元件该元件是一个中间圆柱形中空的立方体,其某一横截面如图2所示,其中OA=2R,中空圆形半径为R,一束单色光(纸面内)从外正方柱面上的A点由空气中射入,入射角度为 ,光束经折射后恰好与内球面相切于B点。已知此材料对该单色光的折射率为 ,真空中的光速为c。求∶
(1)入射光的入射角度θ以及该单色光从A到B经历的时间;
(2)如果改变入射光的入射角度,恰好在内球面上发生全反射,则入射角为多少度。
18.如图所示,平行玻璃砖底面镀银,厚度为d。一束由红光和蓝光组成的复色光,以入射角i射到玻璃砖上表面,两种光在界面上发生折射,在底面上发生一次反射后分别从A、B两点射出。已知该玻璃砖对红光和蓝光的折射率分别为na和nb。
(1)分析说明从A点射出的是哪种色光;
(2)求A、B两点之间的距离。
19.有一形状特殊的玻璃砖如图所示, 为四分之一圆弧,O为弧的圆心,半径 , 为矩形, 。一束光沿着平行于 的方向从玻璃砖 弧面上的E点射入,经玻璃砖折射后刚好打到 的中点F(图中未标出)。 ,在真空中光的传播速度 。求:
(1)玻璃砖的折射率;
(2)从玻璃砖中出射的第一条光线与水平方向的夹角;
(3)这束光从射入到第一次射出的过程中,在玻璃砖中传播的时间。
答案解析
一、单选题
1.【答案】 B
【解析】解:A、双缝干涉实验中条纹间距与波长成正比,由于红色光的波长比蓝色光的波长大,所以相邻红光干涉条纹间距大于相邻紫光干涉条纹间距,A不符合题意;
B、光纤通信利用了全反射的原理,B符合题意;
C、肥皂泡呈现彩色是光在前后膜的反射光叠加产生的干涉形成的,C不符合题意;
D、根据狭义相对论可知,当列车的;速度接近光速时,沿着速度方向长度才明显变短.D不符合题意;
故答案为:B
【分析】本题主要考查光学的基础知识,根据基本概念,直接判断即可。
2.【答案】 B
【解析】一凸透镜焦距为6cm . 若将物体放在此透镜前15cm处,即物体处于2倍焦距以外,所以成倒立、缩小的实像;
故选B.
【分析】根据凸透镜成像的三种情况确定成像情况.当u>2f时,成倒立、缩小的实像;当f<u<2f时,成倒立、放大的实像;当u<f时,成正立、放大的虚像.
3.【答案】 C
【解析】白色光经过三棱镜后产生色散现象,在光屏由下至上依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫.由于紫光的折射率最大,所以偏折最大;红光的折射率最小,则偏折程度最小.故B正确
根据c=nv , 可知,当折射率越大时,则传播速度越小,所以红光在玻璃中的传播速度最大,因此红光最先穿过棱镜,故AD正确,C错误;
故选C.
【分析】太阳光是复色光,经过三棱镜后由于折射率不同,导致偏折程度不同
4.【答案】 B
【解析】紫光的折射率最大,临界角最小,当入射角i逐渐增大的过程中,光线射到棱镜右侧面的入射角减小,紫光的入射角最先达到临界角,发生全反射,则紫光最先消失,红光最后消失.故B正确,ACD错误.
故选:B.
【分析】由于白光是复色光,各种色光的折射率不同,紫光的折射率最大,偏折程度最大;入射角θ逐渐增大的过程中,导致光线射到棱镜右侧面的入射角增大,当入射角达到某光的临界角时该光将发生全反射,分析色光的临界角大小可得出最先发生全反射的光.
5.【答案】 C
【解析】白色光经过三棱镜后产生色散现象,在光屏由上至下(a、b、c、d)依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫.由于紫光的折射率最大,所以偏折最大;红光的折射率最小,则偏折程度最小.故屏上端为红光,屏下端是紫光.
A、根据偏折不同,则棱镜对各色光的折射率不同.故A错误;
B、折射率大的传播速度小,则蓝光的传播速度比红光小,所以红光比蓝光先通过棱镜,故B错误;
C、由于黄光的折射比绿光小,所以黄光比绿光偏折小,故C正确;
D、折射率大的传播速度小,则有速度大的单色光偏转角小,故D错误;
故选:C
【分析】太阳光是复色光,经过三棱镜后由于折射率不同,导致偏折程度不同.
6.【答案】 A
【解析】A、阳光下,在地面上看不到高压电线的影子,是光绕过障碍物传播的现象,故属于光的衍射现象,所以A正确;
B、肥皂泡看起来常常是彩色的,是由于肥皂膜上下表面反射回来的光发生干涉不是色散现象,故B错误;
C、全息照片的拍摄利用了光的干涉原理,故C不正确;
D、在双缝干涉实验中,若用白光做光源,白光含有七种不同的色光,七种色光波长不同,干涉后的条纹间距不同,故则得到彩色条纹,所以D错误.
故选:A.
【分析】阳光下,在地面上看不到高压电线的影子,是光绕过障碍物传播的现象,故属于光的衍射现象;
肥皂泡看起来常常是彩色的,是由于肥皂膜上下表面反射回来的光发生干涉;
全息照片的拍摄利用了光的干涉原理;
在双缝干涉实验中,若用白光做光源,则得到彩色条纹.
7.【答案】 D
【解析】光在光导纤维中传播时,其入射角大于或等于临界角,光线只能在光导纤维中传播,折射不出去,是利用了全反射,D正确.
故选:D.
【分析】光在光导纤维中的传输利用了全反射,并依据光的折射、干涉与衍射原理,从而即可求解.
8.【答案】 D
【解析】夏天由于大气的不均匀,海面上的下层空气,温度比上层低,密度比上层大,折射率也比上层大.我们可以把海面上的空气看作是由折射率不同的许多水平气层组成的.远处的山峰、船舶、楼台、人等发出的光线射向空中时,由于不断被折射,越来越偏离法线方向,进入上层的入射角不断增大,以致发生全反射,光线反射回地面,人们逆着光线看去,就会看到远方的景物悬在空中,而产生了“海市蜃楼”现象.
酷热的夏天,在平坦的柏油公路上,地面附近层的空气,温度比上层高,密度比上层小,折射率也比上层小,光照射时发生全反射;因此D正确 ABC错误,
故选:D.
【分析】“海市蜃楼”是由于一种由光的全反射产生的现象,是由于光在密度不均匀的物质中传播时,发生全反射而引起的;
夏天,在平坦的柏油公路上,地面附近层的空气,温度比上层高,密度比上层小,折射率也比上层小,光照射时发生全反射.
9.【答案】 A
【解析】汽车灯光应从左面射向自行车尾灯,光在尾灯内部左表面发生全反射,使自行车后面的汽车司机发现前面有自行车,避免事故的发生,因此必须是光从光密进入光疏介质,且入射光要大于临界角,故A正确,BCD错误;
故选:A.
【分析】当光从光密介质射入光疏介质且入射角大于临界角时发生全反射,从而即可求解.
10.【答案】 B
【解析】光纤传输利用光的全反射,中心芯折射率大,玻璃包层折射率小,突变型光纤的中心芯折射率是相同,所以只在分层界面处发生一次全反射,轨迹是直折线,渐变型光纤的折射率是从光纤中心芯到玻璃包层渐渐变小,光传播时不能发生折射,所以轨迹是曲线,故B正确,ACD错误;
故选:B.
【分析】发生全反射的条件是光从光密介质进入光疏介质,入射角大于等于临界角,从而即可求解.
11.【答案】 D
【解析】水中的空气泡看上去比较亮是全反射的缘故,发生全反射的条件是光从光密媒质射入光疏媒质,故D正确,ABC错误;
故选:D.
【分析】根据光的全反射条件:光从密媒质射入光疏媒质,且入射角大于临界角,从而即可求解.
12.【答案】 B
【解析】A、增大该激光的强度,激光的临界角不变,现象不会改变,故A错误;
B、当向瓶内加一些清水,则从孔中射出的水流速度会变大,水流轨迹会变得平直,激光在水和空气界面处的入射角会变大,则会有大部分光会在界面处发生全反射,这种现象相当于光导纤维的导光现象,故B正确,
C、水从小孔流出形成弯曲的水束,激光没有完全被限制在水束内,是因为光从水射向空气的入射角小于临界角,出现折射现象,当换用频率更低的激光,临界角变大,更不容易发生全反射,将有更多激光不能被限制在水流内传播,故C错误;
D、水从小孔流出形成弯曲的水束,激光没有完全被限制在水束内,是因为光从水射向空气的入射角小于临界角,出现折射现象,改用折射率更小的液体时,临界角变大,更不容易发生全反射,将有更多激光不能被限制在水流内传播,故D错误;
故选:B.
【分析】根据光的全反射原理,让光完全限制在水束中,改变频率或改变光的强度均不能实现,只有从全反射条件的角度入手考虑,从而即可求解.
13.【答案】 D
【解析】A.液体的折射率为
A不符合题意;
B.从液体到空气,频率和周期不变,波速变大,则由 可知,波长变长,B不符合题意;
CD.根据
则C=45°
即光线从液体到空气发生全反射时的临界角为45°,则液体表面亮斑的面积为
C不符合题意,D符合题意。
故答案为:D。
【分析】光在分界面出发生了全反射和折射,由此判断出两个光的波长,再结合选项分析求解即可。
14.【答案】 B
【解析】AB.折射率
A不符合题意,B符合题意;
CD.全发射必须从光密介质射入光疏介质,真空射向介质不可能发生全反射,CD不符合题意。
故答案为:B。
【分析】当光从一种介质传播到另一种介质时,传播方向会发生偏折,折射关系和入射光线分居法线两侧,处在空气中的角最大。当光从光密介质射向光疏介质时,入射角大于临界角时,光线会发生全反射。
15.【答案】 B
【解析】根据折射定律有: ,得光进入玻璃后光线与竖直方向的夹角为30°过O的光线垂直入射到AB界面上点C射出,C到B之间没有光线射出;越接近A的光线入射到AB界面上时的入射角越大,发生全反射的可能性越大.根据临界角公式: ,得临界角为45°,如果AB界面上的临界点为D,此光线在AO界面上点E入射,在三角形ODE中可求得OD与水平方向的夹角为180°-(120°+45°)=15°,所以A到D之间没有光线射出.由此可得没有光线射出的圆弧对应圆心角为90°-(30°+15°)=45°所以有光透出的部分的弧长为 。
故答案为:B
【分析】通过折射,大致画出光的传播路径,利用折射定律和几何关系求解光带的宽度即可。
16.【答案】 A
【解析】发生全反射的条件是光由光密介质射入光疏介质,所以内芯的折射率大.且光传播在内芯与外套的界面上发生全反射.
故答案为:A。
【分析】利用全发射的条件可以判别折射率的大小;所以内芯的折射率比较大。
二、综合题
17.【答案】 (1)解:光速经过立方体表面折射后到达内圆面上的B点,由题意可知,入射角为 ,折射角为 ,由折射定律有
代入数据解得
根据几何关系可得
根据
解得
所以从A到B的时间
(2)解:如图
光束以入射角 由A点进入光学元件内折射到内圆面C点,如果C点发生全反射,则光束在球面上的入射角 等于临界角C,则有
代入数据得
由正弦定理有
代入数据可得
由折射率
解得
解得
【解析】【分析】根据题意画出光路图,根据几何关系找到相关的角度,结合光的折射定律以及全反射知识求解。
18.【答案】 (1)解:因玻璃对蓝光的折射率较大,则进入玻璃后的折射角较小,则从A点射出的是蓝光,从B点射出的是红光。
(2)解:对蓝光
则
则
则
同理可得
则A、B两点之间的距离
【解析】【分析】结合光线的入射角和介质的折射率,利用折射定律求解折射角,大致画出光的传播路径,利用几何关系求解距离即可。
19.【答案】 (1)解:光路如图所示
入射光经过折射后先到达 边的F点,由几何关系可得,入射角为60°,折射角 ,根据折射定律,则有
(2)解:因为 ,所以 , , ,在F点入射角 ,临界角
而
所以在F点发生全反射,反射光到达 边G点,入射角 。因为
由折射定律可得:出射光线与水平方向的夹角为60°。
(3)解:根据
光在玻璃中传播的速度为
由几何关系可得 ,
光在玻璃中传播路程为
传播时间
【解析】【分析】(1)通过几何关系求出光的入射角和折射角,利用折射定律求解介质的折射率;
(2)当光从光密介质射向光疏介质时,入射角大于临界角时,光线会发生全反射;
(3)利用几何关系求出光在介质中的路径长度,再除以光在介质中的传播速度即可。
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