鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第1节 光的折射优秀单元测试同步测试题

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第一册

第四章 光的折射和全反射 单元测试1（解析版）

一、选择题（共40分）

1．光在某种玻璃中的传播速度是，要使光由玻璃射入空气时折射光线与反射光线成，则入射角应是（　　）

A． B． C． D．

2．某同学利用平行玻璃砖测量玻璃的折射率，按插针法步骤正确操作，借助刻度尺完成了光路图。该同学有圆规，却没有量角器，他就以O点为圆心，15.00cm为半径画圆，分别交入射光线于A点，交直线OOʹ的延长线于C点。分别过A、C点作法线NNʹ的垂线交NNʹ于B、D点，如图所示。用刻度尺测得AB=9.00cm，CD=6.00cm，则说法正确的是（　　）

①玻璃的折射率n＝   ②玻璃的折射率n＝

③若玻璃砖前后两面并不平行，按正确实验操作，则他测出的折射率会受到影响

④若玻璃砖前后两面并不平行，按正确实验操作，则他测出的折射率不会受到影响

A．①③ B．②③ C．①④ D．②④

3．如图所示，半圆柱形玻璃砖的圆心为O。一束复色光束以入射角i＝30°由玻璃砖内射向O点，折射后分为两束单色光束a、b。其中单色光束a的折射角恰为r＝45°，则下列说法正确的是（　　）

A．玻璃砖对单色光b的折射率应略小于

B．若光束从水中射向空气，则光束a的临界角比光束b的临界角小

C．光束b比光束a更容易发生明显衍射现象

D．在光的双缝干涉实验中，仅将入射光束由a改为b，则条纹间距变小

4．如图所示，一束光线由空气射向半圆形玻璃砖中，光线的入射方向与半圆形玻璃砖的底面垂直，光束可以左右平移。已知半圆形玻璃砖的圆心位置为O，圆半径为R，玻璃砖的折射率为n，P点在底面上，P到O的水平距离为。则（　　）

A．当光束在O点正上方时，光进入玻璃砖后未发生偏折，因此传播速度不变

B．光束左右平移时，一定存在一个位置，能使光第一次在射入半圆弧界面时发生全反射

C．光从玻璃砖的半圆形面第一次到达底面的最长时间为

D．若光从P点正上方进入玻璃砖，到达底面时与O点的距离为，则n＝

5．小明同学利用插针法测量半圆柱形玻璃砖的折射率。如图所示，他在白纸上作一直线MN以及它的垂线AB，玻璃砖的圆心为O，其底边与直线MN对齐，在垂线AB上插两枚大头针P1和P2。小明在半圆柱形玻璃砖右侧区域内无法观察到P1、P2沿AB方向射出的光线，若要观察到，应将玻璃砖的位置作适当调整，下列说法正确的是（　　）

A．沿MN向M端平移适当距离

B．沿MN向N端平移适当距离

C．向左平移适当距离

D．向右平移适当距离

6．如图，一玻璃柱体的横截面为半圆形，细的单色光束从柱体的O点（半圆的圆心）射向空气，入射角，产生的反射光束1和折射光束2恰好垂直，下列说法正确的是（　　）

A．玻璃的折射率为

B．光线1和光线2的传播速度相同

C．光线1和光线2的传播频率相同

D．无论α增加到多大，都不可能发生全发射

7．光纤主要由折射率较大的纤芯与折射率较小的外套组成．在光纤中传输的信号是脉冲光信号．当一个光脉冲从光纤中输入，经过一段长度的光纤传输之后，其输出端的光脉冲会变宽，这种情况较严重（脉冲变宽到一定程度）时会导致信号不能被正确传输．引起这一差别的主要原因之一是光通过光纤纤芯时路径长短的不同（如图），沿光纤轴线传输的光纤用时最短，在两种介质界面多次全反射的光线用时最长．为简化起见，我们研究一根长直光纤，设其内芯折射率为n1，外套折射率为n2．在入射端，光脉冲宽度（即光持续时间）为Δt，在接收端光脉冲宽度（即光持续时间）为Δt＇,  Δt＇>Δt

A．为了保证光脉冲不从外套“漏”出，内芯和包套材料折射率的关系应满足：n1<n2

B．内芯材料的折射率n1越大，光脉冲将越不容易从外套“漏”出

C．为了尽可能减小Δt＇和Δt的差值，应该选用波长更短的光

D．为了尽可能减小Δt＇和Δt的差值，应该减小光纤的直径

8．下列说法中正确的是

A．在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的衍射现象

B．光导纤维内芯材料的折射率比外套材料的折射率大

C．白光通过三棱镜后在光屏上出现彩色条纹的现象是光的折射

D．全息照片的拍摄利用了光的干涉原理

9．光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（    ）

A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的色散现象

B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象

C．在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象

D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象

E.立体电影是应用了光的偏振现象

10．下列关于科学技术应用的说法中正确的是(   )

A．全息照片的拍摄利用了光的干涉现象

B．交通警察用监视器测量汽车的速度时可利用多普勒效应

C．光导纤维利用了光的折射现象

D．照相机的镜头表面镀有一层膜使照相效果更好，是利用了光的衍射现象

E.用声呐探测水中的暗礁、潜艇，利用了波的反射现象

二、实验题（共15分）

11．在“测定玻璃的折射率”的实验中，实验室可以给同学们提供不同形状的玻璃砖：

（1） 某小组的同学选择如图所示的三角形玻璃砖．但实验时，该小组同学在插好大头针P1、P2 后，发现无论如何都不能在三棱镜的BC边用第三枚大头针同时挡住P1、P2的像，根据图分析其原因可能是_______．

（2）另一小组的同学选择了半圆形玻璃砖．在实验时，他们利用方格坐标纸来测定半圆形玻璃砖的折射率，如图所示．其中，OA作为入射光线，是首先画在纸上的直线，该组同学在直线OA适当位置先后竖直插上P1、P2两枚大头针，如图放上玻璃砖（如粗黑线所示），然后插上P3、P4大头针．

a. 其中他确定P3大头针位置的方法应当是：___________

b. 若该组同学实验操作规范准确，其记录情况如图所示．则该同学利用图示的记录情况可测得玻璃砖的折射率n=____________．（保留两位有效数字）

12．某同学做“测定玻璃折射率”的实验，其做了三次实验，则得的入射角分别为i1、i2、i3，折射角分别为r1、r2、r3，由此可得玻璃折射率的平均值等于___________。

三、解答题（共45分）

13．现在高速公路上的标志牌表面大都有“反光膜”。夜间行车时，它能把车灯射出的光逆向返回，使标志牌上的字特别醒目。这种“反光膜”是用球体反射元件制成的，反光膜内均匀分布着一层直径为10μm的小玻璃珠，所用玻璃的折射率为。如图所示，为使从车灯射出的入射光经玻璃珠折射、反射、再折射后恰好与入射光平行，第一次入射的入射角应是多少?

14．如图所示为截面半径等于R的柱形玻璃砖，图中的虚线为沿竖直方向的直径，外表面除A点外均匀地涂了一层水银，且A点到虚线的距离为，一细光束沿平行于虚线的方向射入玻璃砖，该细光束在玻璃砖内两次经水银面反射后由A点射出。已知光在真空中的速度大小为c，求：

（1）玻璃砖的折射率；

（2）该光束在玻璃砖中的传播时间。

15．如图所示的矩形玻璃砖，下底面镀银，厚为3d，一束单色光沿方向射到玻璃砖上表面，折射后经下底面反射后再经上表面射出。已知与玻璃砖上表面成30°角，玻璃砖对该单色光的折射率为，光在真空中的传播速度为c。求：

（1）光在玻璃砖中传播的时间；

（2）光射出玻璃砖上表面的出射点与入射点间的距离。

16．如图所示，一束激光在P点以入射角θ=45°射入一个直角棱镜ABC，在另一直角边上的Q点恰好发生全反射，已知BP间距离为l，光速为c、求：

（1）棱镜的折射率n；

（2）激光从P到Q的传播时间t。

参考答案

1．A

【详解】

依题意做出光路图，如下图所示

折射率为

设入射角为，则有

解得

故选A。

2．D

【详解】

玻璃的折射率

则①错误，②正确；

测量玻璃折射率的原理是折射定律，与玻璃砖前后两面是否平行没有关系，所以若玻璃砖前后两面并不平行，他测出的折射率不会受到影响，故③错误，④正确。

故选D。

3．D

【详解】

A．根据折射率的定义可知a光的折射率

由图知，两束光的入射角相等，a的折射角小于b的折射角，通过折射定律可知，玻璃砖对b光的折射率大于对a光的折射率，所以b光的折射率大于，故A错误；

B．由于b的折射角大于a的折射角，则使入射角i逐渐变大时，b光的折射角先达到90°，发生全反射现象，b的临界角小，故B错误；

C．a的频率小，则波长大，根据明显衍射的条件可知，光束a比光束b更容易发生衍射现象，故C正确;

D．根据干涉条纹的宽度公式

可知，在光的双缝干涉实验中，仅将入射光束由a改为b，条纹间隔变窄，故D正确。

故选D。

4．C

【详解】

A．光进入不同的介质时，光速会发生改变，故A错误；

B．光束左右平移时，光从光疏介质射向光密介质，则一定不会发生全反射，故B错误；

C．光进入半圆形玻璃砖内的最长光程为R，则最长时间为

故C正确；

D．光从P点正上方进入玻璃砖的光路图如图所示

由几何关系可知，入射角

，，

则

对三角形AQO分析，由正弦定理得

折射率为

故D错误。

故选C。

5．A

【详解】

光线P1P2垂直于界面进入半圆柱形玻璃砖后，到达圆弧面上的入射角大于临界角，发生全反射现象，光不能从圆弧面折射出来，要使光能从圆弧面折射出来，则需要向上移动半圆柱形玻璃砖，即将半圆柱形玻璃砖沿MN向M平移适当距离，使到达圆弧面上光线的入射角i小于临界角则可以射出，如图所示，而将半圆柱形玻璃砖平行MN向左或向右平移适当距离，不会改变光在MN圆弧面上的入射角，光仍然发生全反射，故A正确，BCD错误。

故选A。

6．C

【详解】

A．反射光束1和折射光束2恰好垂直，由几何知识可求得此时的折射角为，由折射定律可得，玻璃的折射率为

可求得：，故A错误；

B．同一单色光，在不同介质中传播时，速度不同，但频率相同，故B错误，C正确；

D．光从光密介质进入光疏介质，当入射角等于或大于临界角时，将发生全反射现象，根据公式

由题可求得该单色光从玻璃进入空气时的临界角

到范围内有该值存在，所以当时，将发生全反射，故D错误。

故选C。

7．B

【详解】

A．发生全反射的必要条件是：光必须从光密介质射入光疏介质，即从折射率大的介质射入折射率小的介质，所以当内芯的折射率比外套的大时，光在内芯与外套的界面上才能发生全反射，故，A错误；

B．根据,可知内芯材料的折射率n1越大，全反射的临界角C越小，越容易发生全反射，则光脉冲将越不容易从外套“漏”出，B正确；

CD．设光纤的长度为L，则光通过光纤轴线传输用时最短，光在光纤中的速度

则最短时间有

 设光从左端面以θ1入射，折射角为θ2，在侧面发生全反射时的入射角和反射角为θ3，如图所示：

如果θ3就是光在光导纤维全反射的临界角C，则光在介质中的传播时间为最长

所以光通过光导纤维所用的最长时间为

故

所以选用波长更短的光时，频率越大，折射率越大，越大，而的表达式与光纤的直径无关，CD错误。

故选B。

8．BCD

【详解】

A.光照射在水面上的油膜上光在油膜的上下两个表面分别发生反射，两列反射光在油膜的上表面发生薄膜干涉形成彩色干涉条纹，故A错误；

B.光导纤维是利用全反射原理传播信号的所以光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大，故B正确；

C.白光通过三棱镜后在光屏上出现彩色条纹的现象是光的折射，故C正确；

D.全息照片的拍摄利用了光的干涉原理，故D正确．

9．CDE

【详解】

用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，选项A错误；用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的折射现象，选项B错误；在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象，选项C正确；光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，选项D正确；立体电影是应用了光的偏振现象，选项E正确.

10．ABE

【详解】

全息照片的拍摄利用了光的干涉，选项A正确；

交通警察可利用多普勒效应测量汽车的速度，选项B正确；

光导纤维利用了光的全反射现象，选项C错误；

照相机镜头表面镀有一层膜使照相效果更好，利用了光的干涉现象，选项D错误；

用声呐探测水中的暗礁、潜艇，利用了波的反射现象，选项E正确．

11．光从P1P2进入玻璃后在BC界面发生了全反射    大头针P3要同时挡住P1P2的像    1.5   

【详解】

(1)[1] 根据右图分析其原因可能是：光从P1P2进入玻璃后在BC界面发生了全反射．

(2) a[2]确定P3大头针位置的方法应当是：大头针P3要同时挡住P1P2的像．

b[3] 如图，作出法线，过圆与入射光线与折射光线的交点作法线的垂线CA和DB，由数学知识得：

入射角和折射角的正弦值分别为：

，，

则折射率为：

12．

【详解】

根据光的折射定律，则

；；

则折射率

13．

【详解】

由题意分析：光线照射在玻璃球上，最终能沿原方向相反方向射出，说明入射光路与出射光路平行对称，作出返回光线的光路如图

则

由几何关系知，出射光线与入射光线平行的条件为

故联立解得

14．（1）；（2）

【详解】

（1）由入射点位置可知，光射入玻璃砖的入射角满足

又由题意知，作出光路图如图所示，则玻璃砖内的光路应为正三角形，故有

由折射定律有

联立解得

（2）光在玻璃砖内的路程为

光在玻璃砖内的传播速度为

光在玻璃砖内的传播时间满足

联立解得光在玻璃砖内的传播时间为

15．（1）；（2）

【详解】

（1）根据折射定律有

解得

光在玻璃砖中传播的路程

传播速度

所以光在玻璃砖中传播的时间

（2）因平面镜反射光线和入射光线关于法线对称，则光射出玻璃砖上表面的出射点与入射点间的距离

16．（1）；（2）

【详解】

（1）设折射角为r，由折射定律可得

在Q点恰好发生全反射则有

sinC=

由几何关系可得

r+C=

联立三式可得

（2）由几何关系的

光在介质中的传播速度

光线从P点传到Q点需要的时间

代入数值解得