鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第1节 光的折射精品单元测试一课一练

这是一份鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第1节 光的折射精品单元测试一课一练，共17页。试卷主要包含了选择题，实验题，解答题等内容，欢迎下载使用。

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 单元测试题（解析版）

一、选择题（共40分）
1．佛教经典《仁王经》中提到:“一弹指六十刹那，一刹那九百生灭”。其实“刹那”是微观物理学中的一种时间单位，一刹那等于10-8s，下列说法正确的是（　　）
A．“一刹那”指的是某一时刻
B．“刹那”属于单位制中长度的单位
C．“一刹那”时间内光走过的路程为1m
D．1s所含的“刹那数”比1年所含的“秒数”多
2．在内表面只反射而不吸收光的圆筒内有一黑球，距球心为L处有一点光源S，球心O和光源S皆在圆筒轴线上，已知筒的内半径为r，如图所示。若使点光源向右半边发出的光最后全被黑球吸收，则黑球的半径R最小为（　　）

A． B． C． D．
3．下列说法不正确的是（　　）
A．我们看到水中的筷子弯折是光的折射现象
B．在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象
C．水中的气泡特别明亮是光的折射现象
D．小孔成像是利用光的直线传播
4．下列说法中不正确的是（　　）
A．电子表的液晶显示用到了偏振光
B．光纤利用的是光的全反射
C．红光由空气进入水中，波长变短，颜色不变
D．分别用蓝光和黄光在同一装置上做双缝干涉实验，用黄光时得到的条纹间距更窄
5．如图所示，两束单色光a，b分别照射到玻璃三棱镜AC面上的同一点，且都垂直AB边射出三棱镜，则下列说法中正确的是(　　)

A．a光的频率高
B．b光的波长大
C．a光穿过三棱镜的时间短
D．b光穿过三棱镜的时间短
6．如图，用插针法测定玻璃折射率的实验中，以下说法正确的是（ ）
(1)及之间的距离适当大些，可以提高准确度
(2)及之间的距离取得小些，可以提高准确度
(3)入射角尽量大些，可以提高准确度
(4)入射角太大，折射光线会在玻璃砖的内表面发生全反射，使实验无法进行
(5)的间距、入射角的大小均与实验的准确度无关

A．(1)(3)
B．(2)(4)
C．(3)(5)
D．(1)(4)
7．如图所示，水平固定放置折射率为的等腰三角形玻璃砖，底角为30°。两束相同的激光在与底边中垂线对称的位置，垂直底边从空气射入玻璃砖，已知光在空气中的传播速度为c，则（　　）

A．光从玻璃砖射出的方向与入射方向夹角为60°
B．光从空气进入玻璃砖时，光子的动量变大
C．光在玻璃砖内的传播速度为
D．光从玻璃到空气的全反射临界角为30°
8．如图所示，O点为半圆柱形玻璃砖截面的圆心，直径与屏垂直，半径与屏平行，，黄光在玻璃砖中发生全反射的临界角。不考虑光在玻璃砖中的多次反射。下列说法正确的是（　　）

A．若紫光沿方向射入玻璃砖，则在屏上形成一个光斑
B．若红光沿方向射入玻璃砖，则在屏上形成一个光斑
C．若紫光沿方向射入玻璃砖，则对应的折射角为
D．若红光沿方向射人玻璃砖，则对应的折射角大于
E.红光在玻璃砖中的传播速度比紫光在玻璃砖中的传播速度大
9．一束光从空气射向折射率为n=的某种玻璃的表面，i代表入射角，则（　　）
A．当i>45°时，会发生全反射现象
B．无论入射角i多大，折射角都不会超过45°
C．欲使折射角等于30°，应以i=45°的角度入射
D．当tan i=3时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直
10．如图所示，E、F是厚度均匀的平行玻璃板，它们间的夹角为（很小），一细光束以入射角从点射入。已知此光束由红光和绿光组成，则当光束透过F板后（　　）

A．传播方向相对于入射方向向左偏转角
B．传播方向相对于入射光方向保持不变
C．红光在绿光的左侧
D．红光在绿光的右侧

二、实验题（共15分）
11．在“测玻璃的折射率”实验中：
(1)为了取得较好的实验效果，下列操作正确的是_____。
A．必须选用上下表面平行的玻璃砖
B．选择的入射角应尽量小些
C．大头针应垂直地插在纸面上
D．大头针和及和之间的距离应适当大些
(2)甲同学在画界面时，不小心将两界面和间距画得比玻璃砖宽度大些，如图甲所示，则他测得的折射率_____（选填“偏大”“偏小”或“不变”）

(3)乙同学有刻度尺没有量角器，在完成了光路图以后，以O点为圆心，为半径画圆，交延长线于C点，过A点和C点作垂直法线的直线，与法线的交点分别为B点和D点。如图乙所示：的长度为，的长度为，的长度为，的长度为，和的长度为，的长度为r。则他只需要测量_____（填各段长度给定的符号），就可以求出玻璃的折射率_____（用测量出的物理量表示）
12．插针法测量半圆形玻璃砖的折射率．将半圆形玻璃砖平放在白纸上，在白纸上先画出玻璃砖的轮廓，并确定其圆心O的位置．再画出一条通过圆心〇的直线，将两枚大头针P1、P2竖直插在这条直线上，如图所示．

①为了确定入射光线P1P2的折射光线方向，至少需要在玻璃砖另一侧插入____枚大头针；
②若测得入射光线与ON的夹角为α，折射光线与OM的夹角为β，则该玻璃砖的折射率为______．

三、解答题（共45分）
13．图示为一截面为直角三角形ABC的棱镜，一条光线从D点垂直于BC由真空射向棱镜，已知棱镜材料对入射光的折射率为n＝，∠A＝30°，AB边的长度为8m，D点距离B点1m，真空中的光速为3×108m/s。求：
（1）在此截面所在的平面内，光线第一次射出棱镜的出射点的位置；
（2）光从D点进入棱镜到第一次射出棱镜所经历的时间。（不考虑光线沿原来路返回的情况，要求画出光路图，结果可用根号表示）





14．如图所示，半径R=10cm的四分之一圆弧形玻璃砖平放在水平木板上，一细束单色光从A点平行于木板射入玻璃砖，经玻璃砖折射后射到水平木板上的F点，测得A点到圆弧圆心O点的距离为6cm，F点到圆弧的左端点B的距离为6cm。
（1）求玻璃砖的折射率；
（2）若将入射光线平行木板上下移动，当射入玻璃砖的入射点移动到D点（图中未画出）时，圆弧面上恰好没有光线射出，求A、D两点的距离。





15．如图，三棱镜ABC中，∠A=90°，∠B=60°，AB边长为l。让光线从AB边的中点D以某一角度射入三棱镜，到达AC边时恰好发生全反射。已知三棱镜的折射率n=，不考虑光在BC边的反射，求：（真空中的光速为c）
(1)光从BC边出射角的正弦值sin i；
(2)光在三棱镜中传播所用的时间t。





16．如图，截面为扇形OABC的玻璃砖放在地面上，扇形圆弧的半径为R，圆心为O，B为圆弧最高点，D为弧AB的中点，弧AB所对的圆心角为60°，在B点正上方P点向D点射出一束单色光，光线在D点折射后，折射光线竖直向下、已知，光在真空中的传播速度为c，求：
（1）玻璃砖对单色光的折射率；
（2）不考虑光线在AO面上的反射，则光在玻璃砖中传播的时间为多少。


参考答案
1．D
【详解】
A．“一刹那”指的是时间间隔，故A错误；
B．“刹那”属于单位制中时间的单位，故B错误；
C．“一刹那”时间内光走过的路程为

故C错误；
D．1s所含的“刹那数”为

一年所含的“秒数”为

故D正确。
2．A
【详解】
如图示为恰好沿黑球边缘入射的光线经反射后恰好与球的右侧相切的情形，若球半径比此时的还大，那么点光源向右侧发出的光线全部都会被黑球吸收。根据几何关系有
（为如图入射光线与的夹角）
解得

只有选项A正确。


故选A。
3．C
【详解】
A．我们看到水中的筷子弯折是由于光线通过水面发生折射，折射角大于入射角形成的，是光的折射现象，故A正确；
B．在光导纤维束内传送图像是利用光的全反射现象，故B正确；
C．水中的气泡特别明亮是光的全反射现象，故C错误；
D．小孔成像是由光的直线传播形成的，故D正确。
故选C。
4．D
【详解】
A．电子表的液晶显示用到了偏振光，A正确；
B．光纤利用的是光的全反射，B正确；
C．红光由空气进入水中，频率不变，所以颜色不变，根据

可知折射率变大，波长变短，C正确；
D．分别用蓝光和黄光在同一装置上做双缝干涉实验，因为，根据干涉条纹宽度公式可知用黄光时得到的条纹间距更宽，D错误。
本题选择不正确选项，故选D。
5．C
【详解】
CD．由题意得，a，b两束光线进入玻璃三棱镜之后折射光线重合，即
na＜nb
由可知在玻璃中
va＞vb
所以a光穿过三棱镜的时间短，C正确，D错误；
AB．又因为折射率越大，频率越高，所以b光频率高，又由c＝λf得b光的波长小，则AB错误；
故选C。
6．A
【详解】
(1)(2)折射光线是通过隔着玻璃砖观察成一条直线确定的，大头针间的距离太小，引起的角度会较大，故及之间的距离适当大些，可以提高准确度,故(1)正确，(2)错误；
(3)(5)入射角θ1尽量大些，折射角也会大些，折射现象较明显，角度的相对误差会减小，故(3)正确，(5)错误；
(4)由几何知识可知，光线在上表面的折射角等于下表面的入射角，根据光路可逆性原理可知，光线一定会从下表面射出，折射光线不会在玻璃砖的内表面发生全反射，(4)错误；
综上分析可得仅(1)(3)正确，故选A．
7．B
【详解】
A．光到达三角形的两侧边时，入射角为30°，小于全反射的临界角，故在两侧边发生折射，由光的折射定律可得

解得，光的反射角为60°，由几何关系可得，光从玻璃砖射出的方向与入射方向夹角为30°，A错误；
B．光从空气进入玻璃砖时，光的速度变小，频率不变，由

可得：光的波长变短，由光的动量公式

可得：光子的动量变大；
B正确；
C．根据介质的折射率与光速的关系可得

解得：；
C错误；
D．设光从玻璃到空气的全反射临界角为，则

则光从玻璃到空气的全反射临界角为，D错误；
故选B。
8．ADE
【详解】
A．该玻璃砖对黄光的折射率

故该玻璃砖对红光的折射率小于，对紫光的折射率大于，若紫光沿方向射入玻璃砖，会发生全反射，在屏上形成一个光斑，选项A正确；
B．若红光沿方向射入玻璃砖，在界面上会同时发生反射和折射，在屏上形成两个光斑，选项B错误；
CD．设当黄光沿方向射入玻璃砖时，对应的折射角为r，则有

其中，解得

故当若紫光沿方向射入玻璃砖时，对应的折射角小于，当红光沿方向射入玻璃砖时，对应的折射角大于，选项C错误、D正确；
E．由可知，红光在玻璃砖中的传播速度比紫光在玻璃砖中的传播速度大，选项E正确．
故选ADE。
9．BC
【详解】
A．光从光疏介质射向光密介质不会发生全反射，故A错误；
B．由折射定律可得

则

因为i＜90°，所以
r＜45°
故B正确；
C．若r=30°，则

即
i=45°
故C正确；
D．当tan i=3时

则


所以i＋r≠90°，由几何关系可知两光线不垂直，故D错误。
故选BC。
10．BD
【详解】
AB．从平板玻璃射出的光线和射向平板玻璃的光线平行，故当光束透过两板后传播方向不变，A错误B正确；

CD．由于红光的波长大于绿光的波长，故红光的折射率小于绿光的折射率，从E板射出后红光在右边，同理从F板射出后绿光向左端偏折更多，故当光束透过两板后红光在绿光的右边，C错误，D正确。
故选BD。
11．CD 偏小 x1和x2
【详解】
(1)[1]A．根据实验原理，选用上下表面不平行的玻璃砖也能测折射率，选项A错误；
B．选择的入射角应尽量大些，以减小角度测量的误差，选项B错误；
C．大头针应垂直地插在纸面上，选项C正确；
D．大头针P1和P2及P3和P4之间的距离应适当大些，以减小确定光线方向时的误差，选项D正确。
故选CD。
(2)[2]如图，③是真实的光路图，②是玻璃砖宽度画大后的光路图，由图看出，在这种情况测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实的折射角偏大，因此测得的折射率偏小；

(3)[3][4]图中AO作为入射光线，OO′是折射光线，设光线在玻璃砖上表面的入射角为i，折射角为r，则由几何知识得到


则折射率

则他只需要测量x1和x2，就可以求出玻璃的折射率

12．1
【详解】
①作出光路图，如图


由图可知只需要一根大头针就可以确定出折射光线；
②由图可知，入射角，折射角，根据折射定律得：.
13．（1）m；（2）
【详解】
（1）光路如图所示

因DE//AC，故
∠BED=∠A=30°
则E点的入射角
α=60°
根据临界角公式
sinC=
可得棱镜对入射光全反射的临界角
C=45°
因α>C，故光线在E点发生全反射。
F点的入射角β=30°，因β BEsin30°=BD
BE=2m，AE=AB-BE=6m
2AFcos30°=AE
解得
AF=m
（2）根据光在介质中的传播速度与光速的关系
n=
解得
v=m/s
DE=BEcos30°=m
EF=AF=m
则光在棱镜中的路程
x路=DE+EF=m
则光从D点进入棱镜到第一次射出棱镜所经历的时间
t==
14．（1）1.6；（2）0.25cm
【详解】
（1）光路如图所示

设光线从E点折射出去时的入射角为θ，则有

由几何关系可知， ， ，则三角形OFE为等腰三角形，光线从E点折射出去的折射角等于入射角的2倍，则有

解得

（2）光线从D点射入，射到圆弧面上的入射角的正弦值

时恰好发生全反射，从圆弧面上看不到光线射出，则有

解得

则圆弧面上恰好没有光线射出时，A、D两点的距离

15．(1)；(2)
【详解】
(1)由全反射公式，可得

解得，临界角为
C=60°
由于光线到达AC边时恰好发生全反射，入射角等于临界角C，光路图如图所示


从F点出射时，入射角为r，出射角为i。由几何知识可得

由折射定律公式，可得

(2)由几何关系知
DE=l

则光在棱镜中传播的路程

光在棱镜中传播的速度

则光在棱镜中传播所用的时间

联立解得

16．（1）；（2）
【详解】
（1）光的传播路径如图所示，设从P点射出的光线与竖直方向夹角为，根据题意可知，
DB段圆弧所对的圆心角为
根据几何关系可得

解得

根据几何关系，光线在D点的入射角，折射角
因此折射率为


（2）设光在玻璃砖中传播的距离为s，根据几何关系可知，为等腰三角形，则有

解得

光在玻璃砖中传播的时间为