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高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第一册第三节 光的全反射与光纤技术优秀同步测试题
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这是一份高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第一册第三节 光的全反射与光纤技术优秀同步测试题，共13页。试卷主要包含了单选题，填空题，综合题等内容，欢迎下载使用。
一、单选题
1.单色光线由某种介质射向该介质与空气的交界面，当入射角为 30° 时，折射光线与反射光线刚好垂直，则该介质对该种色光的折射率为（ ）
A. 2 B. 2 C. 1.5 D. 3
2.如图所示，在水面下同一深度并排紧挨着放置分别能发出红光、黄光、蓝光和紫光的四个灯泡，一人站在这四盏灯正上方离水面有一定距离处观察，他感觉离水面最近的那盏灯发出的光是( )
A. 红光 B. 紫光 C. 蓝光 D. 黄光
3.光导纤维按沿径向折射率的变化可分为阶跃型和连续型两种.阶跃型的光导纤维分为内芯和外套两层，内芯的折射率比外套的大。连续型光导纤维的折射率中心最高，沿径向逐渐减小，外表面附近的折射率最低.关于光在连型光导纤维中的传播，图中能正确表示传播路径的是( )
A. B.
C. D.
4.如图所示，两束颜色不同的单色光a、b平行于三棱镜底边BC从AB边射入，经三棱镜折射后相交于点P，下列说法中不正确的是（ ）
A. a光在三棱镜中传播的速度较大
B. 三棱镜对a光的折射率大于对b光的折射率
C. 在利用a光和b光做衍射实验时，b光的实验现象更明显
D. 让a光和b光通过同一双缝干涉实验装置，a光的条纹间距小于b光的条纹间距
5.下列说法正确的是（ ）
A. 雨后天空出现彩虹是光的衍射现象
B. 相对论认为，真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的
C. 横波在传播过程中，波峰上的质点运动到相邻的波峰所用的时间为一个周期
D. 电磁波和机械波一样依赖于介质传播
6.在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样．若要减小干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是（ ）
A. 改用红色激光 B. 改用蓝色激光 C. 减小双缝间距 D. 将屏幕向远离双缝的位置移动
7.泊松亮斑是（ ）
A. 光的衍射现象 B. 光的反射现象 C. 光的折射现象 D. 光的干涉现象
8.在技术中可以利用光的干涉原理检测各种镜面的平整度，在被检测平面上放一个透明的样板，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图所示，下面有关说法中正确的是（ ）
A. 用不同颜色的光照射时亮条纹的位置不变
B. 样板平面上下表面的反射光干涉形成明暗相间的条纹
C. 空气劈尖上下表面的反射光干涉形成明暗相间的条纹
D. 被检测平面上下表面的反射光干涉形成明暗相间的条纹
9.如图，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a、b两束光线。则（ ）
A. 在玻璃中，a光的传播所用时间小于b光的传播所用时间
B. 在真空中，a光的波长小于b光的波长
C. 玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率
D. 分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距
10.下图为红光、蓝光分别通过单缝、双缝所呈现的图样，则（ ）
A. 甲为蓝光的衍射图样B. 乙为红光的干涉图样
C. 丙为红光的衍射图样D. 丁为蓝光的干涉图样
11.如图所示，一束复色光从空气中沿半圆玻璃砖半径方向射入，从玻璃砖射出后分成 a、b两束单色光，则（ ）
A. 玻璃砖对 a 光的折射率为1.5 B. 玻璃砖对 a 光的折射率为 22
C. b 光在玻璃中的传播速度比 a 光大 D. b 光在玻璃中发生全反射的临界角比a光小
12.圆形玻璃砖的横截面如图所示， O点为圆心，OO′为直径MN的垂线，足够大的光屏PQ与直径MN垂直并接触于N点，已知半圆形玻璃砖的半径R=10cm，折射率 n=3 ，一细束激光沿半径方向射向圆心O点，入射光线与OO′夹角 300 ，光屏PQ上出现两个光斑，则这两个光斑之间的距离为( )
A. 2033 cm B. 53 cm C. 4033 cm D. 203 cm
二、填空题
13.如图为双缝干涉的实验示意图，若要使干涉条纹的间距变大可改用长更________（填长、短）的单色光，或是使双缝与光屏间的距离________（填增大、减小）．
14.用一只小的白炽灯照亮一个中心带有圆孔的遮光板，如果圆孔的直径由1cm逐渐减小到零，则在遮光板后面的光屏上依次出现的现象，先是________，后是________，接着是________，最后是________．
15.在光的双缝干涉实验中，在光屏上放上照相底片并设法减弱光子流的强度，尽可能使光子一个一个地通过狭缝，在曝光时间不长和曝光时间足够长两种情况下，实验结果是
①若曝光时间不长，________．
②若曝光时间足够长，________．
③这一实验结果表明光既有________，又具有________．
16.在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射用同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距△x1与绿光的干涉条纹间距△x2相比，△x1________△x2（填“＞”“=”或“＜”），若实验中红光的波长为630nm，双缝与屏幕的距离为1.00m，测得地1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5mm，则双缝之间的距离为________mm．
三、综合题
17.一束光线以45°的入射角从真空中射入某种介质时，其折射角为30°。已知真空中的光速为c，求：
（1）这种介质的折射率；
（2）光在这种介质中的传播速度大小。
18.有一块厚度为h，半径为R的圆饼状玻璃砖，折射率为 2 ，现经过圆心截取四分之一，如图所示，两个截面为互相垂直的矩形，现使截面ABNM水平放置，一束单色光与该面成45°角入射，恰好覆盖截面。已知光在真空中传播速度为c，不考虑玻璃砖内的反射光，求：
（1）从ABCD弧面射出的光线在玻璃砖内的最长时间；
（2）ABCD弧面上有光线射出的面积。
19.深度为3.0m的水池，注满水后，在池底放一点光源A，它到池的水平距离为3.0m。从点光源A射向池边的光线AB恰好发生全反射。
（1）求池内水的折射率；
（2）一救生员在离池边不远处，他的眼睛到池面的高度为2.0m。当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为 45° 。求救生员的眼睛到池边的水平距离。
20.如图所示，半径为R的半球形玻璃砖放置在水平面上，折射率 n=53 ，圆心为O点，半球形的最高点为Q点。在玻璃砖内紧贴底面的P点放置一点光源，P点距O点的距离为 22R 。已知 sin37°=35 ，求:
（1）P点发出的光经过Q点折射射出，求出射角的正弦值sinθ；
（2）通过计算判断，P点沿垂直底面方向发出的光能否从玻璃砖球面射出；
（3）若P点发出的光能从玻璃砖球面任意位置射出，P点距O点的距离L应满足的条件？
答案解析
一、单选题
1.【答案】 D
【解析】当入射角 i=30° ，折射光线与反射光线恰好垂直，则折射角 r=90°-30°=60° ，该介质对该种色光的折射率为 n=sin60°sin30°=3 ，D符合题意，A、B、C不符合题意。
故答案为：D
2.【答案】 B
【解析】光线从水中射入空气中折射时，折射角大于入射角，所以，水面上方的人看水中的灯觉得变浅。水对紫光的折射率最大，相同入射角时，折射角最大，水面上方的人看水中的紫光灯最浅。B符合题意，ACD不符合题意。
故答案为：B
3.【答案】 C
【解析】首先我们看最左端光线刚进入时的情况，光由空气进入内芯，由于内芯有一定的折射率，故折射角会变小，而AD中的折射角都大于入射角，AD不符合题意；又因为光导纤维的折射率中心最高，沿径向逐渐减小，所以光线进入纤维中后折射角会变化，而不是像B中不变，B不符合题意，C符合题意；当折射率减小时，其折射角与入射角的差值会变小，且在边缘时光会发生全反射，故光又会折回这种介质中，形成如图C所示的传播轨迹。
故答案为：C
4.【答案】A
【解析】A、由光在介质中传播速度的公 v=cn 分析知，因a光的折射率大，b光的折射率小，知在玻璃种b光的传播速度较大，A错误，符合题意；
B、由图可知，a光的偏转角大，b光的偏转角小，所以三棱镜对a光的折射率大，对b光的折射率小，B不符合题意；
C、因b光的折射率小，波长较长，波动性强，所以在利用a光和b光做衍射实验时，b光的实验现象更明显，C不符合题意；
D、因a光的折射率大，b光的折射率小，所以a光的频率较大，波长较短，根据干涉条纹的间距与波长成正比，知让a光和b光通过同一双缝干涉装置，a光的条纹间距小，D不符合题意；
故答案为：A。
5.【答案】 B
【解析】解：A、雨后天空出现的彩虹是光的色散现象，故A错误；
B、根据相对论的知识可知，相对论认为，真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的．故B正确；
C、横波传播过程中，质点在平衡位置上下振动，不发生横向移动，故C错误；
D、电磁波的传播不需要介质，故D错误．
故选：B
6.【答案】 B
【解析】解：根据双缝干涉条纹间距公式△x= Ld λ知，减小入射光的波长、增大双缝间距，以及减小屏幕与双缝的距离，可以减小条纹的间距，由于蓝色的波长小于绿光的波长，可知换用蓝色激光可以减小条纹间距，故ACD错误B正确．
故选：B．
7.【答案】 A
【解析】泊松亮斑是一种由于光的衍射而产生的一种光学现象，是指当单色光照射在宽度小于或等于光源波长的不透光的小圆板时，就会在小圆板之后的光屏上出现环状的互为同心圆的明暗相间的衍射条纹，并且在同心圆的圆心处会出现一个较小的亮斑，这就是泊松亮斑。说明光线偏离了原来的直线方向传播，这就是单色光绕过不透光的小圆板发生衍射现象形成的。
故答案为：A。
8.【答案】 C
【解析】A．用不同颜色(即波长不同)的光照射时，波程差变化，则亮条纹的位置发生变化，A不符合题意；
BCD．根据薄膜干涉的产生原理，形成明暗相间的条纹是由空气膜上下表面反射的两列光叠加而成的，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，BD不符合题意，C符合题意。
故答案为：C。
9.【答案】 B
【解析】AC．由图可知，光线a的偏折程度大，根据折射定律公式 n=sinisinr
知玻璃对a光的折射率大；根据公式 v=cn
可知，a光在玻璃中的传播速度小，在玻璃中传播的时间为 t=Rv
可知，a光在玻璃中的传播时间长，AC不符合题意；
B．光线a的折射率大，说明光线a的频率高，根据 c=λf
可知光线a在真空中的波长较短，B符合题意；
D．光线a在真空中的波长较短，根据双缝干涉条纹间距公式 Δx=Ldλ
分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距，D不符合题意。
故答案为：B。
10.【答案】 D
【解析】AB.单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮条纹越粗，故甲、乙是衍射图样，且甲图为红光的单缝衍射图样，乙图为蓝光的衍射图样，A、B不符合题意；
CD.双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故丙、丁两个是双缝干涉现象，根据双缝干涉条纹间距 Δx=Ldλ 可知，波长越大，条纹间距越大，故丙图为红光的双缝干涉图样，丁图为蓝光的干涉图样，C不符合题意，D符合题意。
故答案为：D
11.【答案】 D
【解析】AB．由折射定律可知，玻璃砖对 a 光的折射率为 n=sin45°sin30°=2
AB不符合题意；
C．由题图可知玻璃砖对 b 光的折射率大于对 a 光的折射率，根据 v=cn
可知在玻璃中 b 光的传播速度比 a 光小，C不符合题意；
D．玻璃砖对 b 光的折射率大于对 a 光的折射率，根据 sinC=1n
可知 b 光在玻璃中发生全反射的临界角比 a 光的小，D符合题意。
故答案为：D。
12.【答案】 C
【解析】画出如图光路图，
设折射角为r，根据折射定律： n=sinrsinθ
则得： sinr=nsinθ=3×sin30°=32
解得： r=60°
根据几何关系，两个光斑之间的距离为： L=PN+NQ=Rtan60°+Rtan30°=10×3+10×33cm=4033cm ，C符合题意，ABD不符合题意；
故答案为：C
二、填空题
13.【答案】长；增大
【解析】解：依据双缝干涉相邻条纹间距规律 △x=Ld⋅λ ，可知要使干涉条纹的间距变大，在其它条件不变的情况下要么改用波长更长的单色光即增大λ，要么增大双缝与屏之间的距离L，要么减小双缝之间的距离d．
故答案为：长；增大．
14.【答案】一个圆形亮斑；若干同心圆（衍射图形）；间距变大，同时变暗；完全变暗
【解析】解：用点光源S照射小孔，开始由于光的直线传播，在光屏上形成直径逐渐减小的圆形亮斑，然后形成小孔衍射，在光屏上形成范围逐渐增大的明暗相间的同心圆环，小孔逐渐减小到零的过程中，由于透过小孔的光减小，同时间距变大，则圆环亮度逐渐减弱，最后到完全变暗． 故答案为：一个圆形亮斑，若干同心圆（衍射图形），间距变大，同时变暗，完全变暗
15.【答案】 往往表现为粒子性，在底片上出现一些不规则的点；往往表现波动性，在底片上会出现干涉条纹；粒子性；波动性
【解析】解：①、曝光时间不长，可知光子数不多，往往表现为粒子性，在底片上出现一些不规则的点．②、曝光时间足够长，可知光子数较多，往往表现波动性，在底片上会出现干涉条纹．③、该实验说明光既具有粒子性，又具有波动性．
故答案为：①往往表现为粒子性，在底片上出现一些不规则的点；②往往表现波动性，在底片上会出现干涉条纹；③粒子性，波动性．
16.【答案】 ＞；0.300
【解析】红光的波长大于绿光的波长，由公式△x= 1dλ ，可知红光的干涉条纹间距△x1与绿光的干涉条纹间距△x2相比，△x1＞△x2 ，
λ=630nm=6.3×10﹣7m，x=10.5mm=1.05×10﹣2m
由公式△x= 1dλ 得：d= 1△xλ = =3×10﹣4m=0.300mm
故答案为：＞，0.300
三、综合题
17.【答案】 （1）解：根据折射定律可知 n=sin45°sin30°=2212=2
（2）解：光在介质中传播的速度大小为 v=cn=22c
【解析】（1）利用折射角和入射角的大小可以求出折射率的大小；
（2）利用折射率可以求出光的传播速度大小。
18.【答案】 （1）解：从NM边界射入玻璃柱体的光线在玻璃砖传播的距离最长
s=R 、 v=cn
t=sv=2Rc ；
（2）解：根据折射定律有： n=sinisinr 得r=30°；
设折射光线FE在BC界面刚好发生全反射
根据临界角公式 sinC=1n=22
可得C=45°；
NE与水平方向的夹角为 180°-(120°+45°)=15°
有光透出的部分圆弧对应圆心角为 θ=90°-(30°+15°)=45°-π4
则ABCD面上有光透出部分的面积为 S=14πRh
【解析】（1）通过折射，大致画出光的传播路径，利用几何关系求出光传播的最远距离，进而求出最长时间；
（2）当光从光密介质入射到光疏介质时，如果入射角大于临界角就会发生全反射，即只有反射光没有折射光，求出光的传播路径利用几何关系求解即可。
19.【答案】 （1）解：设到达池边的光线入射角为i，折射角为 θ ，由题意得： i=45° ， θ=90° ，由折射定律得 nsini=sinθ
解得 n=2
（2）解：设救生员的眼睛接受的光线与竖直方向的夹角为 θ' ，该光线在水面的入射角为 i' 。依题意得 14T=142πmqB2=3.14×8×10-262×8×10-19×0.25=6.28×10-7
由折射定律有 nsini'=sinθ'
解得 i'=30°
设此时救生员的眼睛到池边的水平距离为x，池底点光源A到水面入射点的水平距离为a，由几何关系得 (3-a)+x=2⋅tanθ'
h⋅tani'=a
解得 a=3m ， x=0.732m
【解析】（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）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。
20.【答案】 （1）解：P点发出的光经过Q点折射射出的光路如图所示
由几何关系可知 sinr=22R(22R)2+R2=33
n=sinθsinr
sinθ=nsinr=539
（2）解：P点沿垂直底面方向发出的光的光路如图所示
由几何关系可知 θ1=45°
n=1sinC
C=37°
可得 θ1>C ，P点沿垂直底面方向发出的光在界面处发生了全反射，不能从玻璃砖球面射出；
（3）解：若P点发出的光能从玻璃砖球面任意位置射出，则光线在砖内的入射角α的最大值小于临界角C
由几何关系可知 Lsinα=Rsinβ
当 β=90° ，即 sinβ=1 时， sinα 有最大值，α最大， αmax≤C 时，即P点沿垂直底面方向发出的光能够射出，则其它任意位置均可射出，得 L≤Rsin37°=0.6R
【解析】（1）画出光折射的光路图，利用几何关系可以求出入射角的大小；结合折射率大小可以求出出射角正弦值的大小；
（2）利用折射率可以求出临界角的大小，比较入射角的大小可以判别能否从玻璃砖球面射出；
（3）若P发出的光能从玻璃砖球面任何位置射出，则入射角一定小于临界角，利用几何关系可以求出P点距离O点的距离大小。
一、单选题
1.单色光线由某种介质射向该介质与空气的交界面，当入射角为 30° 时，折射光线与反射光线刚好垂直，则该介质对该种色光的折射率为（ ）
A. 2 B. 2 C. 1.5 D. 3
2.如图所示，在水面下同一深度并排紧挨着放置分别能发出红光、黄光、蓝光和紫光的四个灯泡，一人站在这四盏灯正上方离水面有一定距离处观察，他感觉离水面最近的那盏灯发出的光是( )
A. 红光 B. 紫光 C. 蓝光 D. 黄光
3.光导纤维按沿径向折射率的变化可分为阶跃型和连续型两种.阶跃型的光导纤维分为内芯和外套两层，内芯的折射率比外套的大。连续型光导纤维的折射率中心最高，沿径向逐渐减小，外表面附近的折射率最低.关于光在连型光导纤维中的传播，图中能正确表示传播路径的是( )
A. B.
C. D.
4.如图所示，两束颜色不同的单色光a、b平行于三棱镜底边BC从AB边射入，经三棱镜折射后相交于点P，下列说法中不正确的是（ ）
A. a光在三棱镜中传播的速度较大
B. 三棱镜对a光的折射率大于对b光的折射率
C. 在利用a光和b光做衍射实验时，b光的实验现象更明显
D. 让a光和b光通过同一双缝干涉实验装置，a光的条纹间距小于b光的条纹间距
5.下列说法正确的是（ ）
A. 雨后天空出现彩虹是光的衍射现象
B. 相对论认为，真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的
C. 横波在传播过程中，波峰上的质点运动到相邻的波峰所用的时间为一个周期
D. 电磁波和机械波一样依赖于介质传播
6.在双缝干涉实验中，用绿色激光照射在双缝上，在缝后的屏幕上显示出干涉图样．若要减小干涉图样中两相邻亮条纹的间距，可选用的方法是（ ）
A. 改用红色激光 B. 改用蓝色激光 C. 减小双缝间距 D. 将屏幕向远离双缝的位置移动
7.泊松亮斑是（ ）
A. 光的衍射现象 B. 光的反射现象 C. 光的折射现象 D. 光的干涉现象
8.在技术中可以利用光的干涉原理检测各种镜面的平整度，在被检测平面上放一个透明的样板，一端用薄片垫起，构成空气劈尖，让单色光从上方射入，如图所示，下面有关说法中正确的是（ ）
A. 用不同颜色的光照射时亮条纹的位置不变
B. 样板平面上下表面的反射光干涉形成明暗相间的条纹
C. 空气劈尖上下表面的反射光干涉形成明暗相间的条纹
D. 被检测平面上下表面的反射光干涉形成明暗相间的条纹
9.如图，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a、b两束光线。则（ ）
A. 在玻璃中，a光的传播所用时间小于b光的传播所用时间
B. 在真空中，a光的波长小于b光的波长
C. 玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率
D. 分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距
10.下图为红光、蓝光分别通过单缝、双缝所呈现的图样，则（ ）
A. 甲为蓝光的衍射图样B. 乙为红光的干涉图样
C. 丙为红光的衍射图样D. 丁为蓝光的干涉图样
11.如图所示，一束复色光从空气中沿半圆玻璃砖半径方向射入，从玻璃砖射出后分成 a、b两束单色光，则（ ）
A. 玻璃砖对 a 光的折射率为1.5 B. 玻璃砖对 a 光的折射率为 22
C. b 光在玻璃中的传播速度比 a 光大 D. b 光在玻璃中发生全反射的临界角比a光小
12.圆形玻璃砖的横截面如图所示， O点为圆心，OO′为直径MN的垂线，足够大的光屏PQ与直径MN垂直并接触于N点，已知半圆形玻璃砖的半径R=10cm，折射率 n=3 ，一细束激光沿半径方向射向圆心O点，入射光线与OO′夹角 300 ，光屏PQ上出现两个光斑，则这两个光斑之间的距离为( )
A. 2033 cm B. 53 cm C. 4033 cm D. 203 cm
二、填空题
13.如图为双缝干涉的实验示意图，若要使干涉条纹的间距变大可改用长更________（填长、短）的单色光，或是使双缝与光屏间的距离________（填增大、减小）．
14.用一只小的白炽灯照亮一个中心带有圆孔的遮光板，如果圆孔的直径由1cm逐渐减小到零，则在遮光板后面的光屏上依次出现的现象，先是________，后是________，接着是________，最后是________．
15.在光的双缝干涉实验中，在光屏上放上照相底片并设法减弱光子流的强度，尽可能使光子一个一个地通过狭缝，在曝光时间不长和曝光时间足够长两种情况下，实验结果是
①若曝光时间不长，________．
②若曝光时间足够长，________．
③这一实验结果表明光既有________，又具有________．
16.在双缝干涉实验中，分别用红色和绿色的激光照射用同一双缝，在双缝后的屏幕上，红光的干涉条纹间距△x1与绿光的干涉条纹间距△x2相比，△x1________△x2（填“＞”“=”或“＜”），若实验中红光的波长为630nm，双缝与屏幕的距离为1.00m，测得地1条到第6条亮条纹中心间的距离为10.5mm，则双缝之间的距离为________mm．
三、综合题
17.一束光线以45°的入射角从真空中射入某种介质时，其折射角为30°。已知真空中的光速为c，求：
（1）这种介质的折射率；
（2）光在这种介质中的传播速度大小。
18.有一块厚度为h，半径为R的圆饼状玻璃砖，折射率为 2 ，现经过圆心截取四分之一，如图所示，两个截面为互相垂直的矩形，现使截面ABNM水平放置，一束单色光与该面成45°角入射，恰好覆盖截面。已知光在真空中传播速度为c，不考虑玻璃砖内的反射光，求：
（1）从ABCD弧面射出的光线在玻璃砖内的最长时间；
（2）ABCD弧面上有光线射出的面积。
19.深度为3.0m的水池，注满水后，在池底放一点光源A，它到池的水平距离为3.0m。从点光源A射向池边的光线AB恰好发生全反射。
（1）求池内水的折射率；
（2）一救生员在离池边不远处，他的眼睛到池面的高度为2.0m。当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为 45° 。求救生员的眼睛到池边的水平距离。
20.如图所示，半径为R的半球形玻璃砖放置在水平面上，折射率 n=53 ，圆心为O点，半球形的最高点为Q点。在玻璃砖内紧贴底面的P点放置一点光源，P点距O点的距离为 22R 。已知 sin37°=35 ，求:
（1）P点发出的光经过Q点折射射出，求出射角的正弦值sinθ；
（2）通过计算判断，P点沿垂直底面方向发出的光能否从玻璃砖球面射出；
（3）若P点发出的光能从玻璃砖球面任意位置射出，P点距O点的距离L应满足的条件？
答案解析
一、单选题
1.【答案】 D
【解析】当入射角 i=30° ，折射光线与反射光线恰好垂直，则折射角 r=90°-30°=60° ，该介质对该种色光的折射率为 n=sin60°sin30°=3 ，D符合题意，A、B、C不符合题意。
故答案为：D
2.【答案】 B
【解析】光线从水中射入空气中折射时，折射角大于入射角，所以，水面上方的人看水中的灯觉得变浅。水对紫光的折射率最大，相同入射角时，折射角最大，水面上方的人看水中的紫光灯最浅。B符合题意，ACD不符合题意。
故答案为：B
3.【答案】 C
【解析】首先我们看最左端光线刚进入时的情况，光由空气进入内芯，由于内芯有一定的折射率，故折射角会变小，而AD中的折射角都大于入射角，AD不符合题意；又因为光导纤维的折射率中心最高，沿径向逐渐减小，所以光线进入纤维中后折射角会变化，而不是像B中不变，B不符合题意，C符合题意；当折射率减小时，其折射角与入射角的差值会变小，且在边缘时光会发生全反射，故光又会折回这种介质中，形成如图C所示的传播轨迹。
故答案为：C
4.【答案】A
【解析】A、由光在介质中传播速度的公 v=cn 分析知，因a光的折射率大，b光的折射率小，知在玻璃种b光的传播速度较大，A错误，符合题意；
B、由图可知，a光的偏转角大，b光的偏转角小，所以三棱镜对a光的折射率大，对b光的折射率小，B不符合题意；
C、因b光的折射率小，波长较长，波动性强，所以在利用a光和b光做衍射实验时，b光的实验现象更明显，C不符合题意；
D、因a光的折射率大，b光的折射率小，所以a光的频率较大，波长较短，根据干涉条纹的间距与波长成正比，知让a光和b光通过同一双缝干涉装置，a光的条纹间距小，D不符合题意；
故答案为：A。
5.【答案】 B
【解析】解：A、雨后天空出现的彩虹是光的色散现象，故A错误；
B、根据相对论的知识可知，相对论认为，真空中的光速在不同惯性参考系中都是相同的．故B正确；
C、横波传播过程中，质点在平衡位置上下振动，不发生横向移动，故C错误；
D、电磁波的传播不需要介质，故D错误．
故选：B
6.【答案】 B
【解析】解：根据双缝干涉条纹间距公式△x= Ld λ知，减小入射光的波长、增大双缝间距，以及减小屏幕与双缝的距离，可以减小条纹的间距，由于蓝色的波长小于绿光的波长，可知换用蓝色激光可以减小条纹间距，故ACD错误B正确．
故选：B．
7.【答案】 A
【解析】泊松亮斑是一种由于光的衍射而产生的一种光学现象，是指当单色光照射在宽度小于或等于光源波长的不透光的小圆板时，就会在小圆板之后的光屏上出现环状的互为同心圆的明暗相间的衍射条纹，并且在同心圆的圆心处会出现一个较小的亮斑，这就是泊松亮斑。说明光线偏离了原来的直线方向传播，这就是单色光绕过不透光的小圆板发生衍射现象形成的。
故答案为：A。
8.【答案】 C
【解析】A．用不同颜色(即波长不同)的光照射时，波程差变化，则亮条纹的位置发生变化，A不符合题意；
BCD．根据薄膜干涉的产生原理，形成明暗相间的条纹是由空气膜上下表面反射的两列光叠加而成的，当波峰与波峰、波谷与波谷相遇叠加时，振动加强，形成亮条纹，BD不符合题意，C符合题意。
故答案为：C。
9.【答案】 B
【解析】AC．由图可知，光线a的偏折程度大，根据折射定律公式 n=sinisinr
知玻璃对a光的折射率大；根据公式 v=cn
可知，a光在玻璃中的传播速度小，在玻璃中传播的时间为 t=Rv
可知，a光在玻璃中的传播时间长，AC不符合题意；
B．光线a的折射率大，说明光线a的频率高，根据 c=λf
可知光线a在真空中的波长较短，B符合题意；
D．光线a在真空中的波长较短，根据双缝干涉条纹间距公式 Δx=Ldλ
分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距，D不符合题意。
故答案为：B。
10.【答案】 D
【解析】AB.单缝衍射条纹是中间明亮且宽大，越向两侧宽度越小越暗，而波长越大，中央亮条纹越粗，故甲、乙是衍射图样，且甲图为红光的单缝衍射图样，乙图为蓝光的衍射图样，A、B不符合题意；
CD.双缝干涉的图样是明暗相间的干涉条纹，所有条纹宽度相同且等间距，故丙、丁两个是双缝干涉现象，根据双缝干涉条纹间距 Δx=Ldλ 可知，波长越大，条纹间距越大，故丙图为红光的双缝干涉图样，丁图为蓝光的干涉图样，C不符合题意，D符合题意。
故答案为：D
11.【答案】 D
【解析】AB．由折射定律可知，玻璃砖对 a 光的折射率为 n=sin45°sin30°=2
AB不符合题意；
C．由题图可知玻璃砖对 b 光的折射率大于对 a 光的折射率，根据 v=cn
可知在玻璃中 b 光的传播速度比 a 光小，C不符合题意；
D．玻璃砖对 b 光的折射率大于对 a 光的折射率，根据 sinC=1n
可知 b 光在玻璃中发生全反射的临界角比 a 光的小，D符合题意。
故答案为：D。
12.【答案】 C
【解析】画出如图光路图，
设折射角为r，根据折射定律： n=sinrsinθ
则得： sinr=nsinθ=3×sin30°=32
解得： r=60°
根据几何关系，两个光斑之间的距离为： L=PN+NQ=Rtan60°+Rtan30°=10×3+10×33cm=4033cm ，C符合题意，ABD不符合题意；
故答案为：C
二、填空题
13.【答案】长；增大
【解析】解：依据双缝干涉相邻条纹间距规律 △x=Ld⋅λ ，可知要使干涉条纹的间距变大，在其它条件不变的情况下要么改用波长更长的单色光即增大λ，要么增大双缝与屏之间的距离L，要么减小双缝之间的距离d．
故答案为：长；增大．
14.【答案】一个圆形亮斑；若干同心圆（衍射图形）；间距变大，同时变暗；完全变暗
【解析】解：用点光源S照射小孔，开始由于光的直线传播，在光屏上形成直径逐渐减小的圆形亮斑，然后形成小孔衍射，在光屏上形成范围逐渐增大的明暗相间的同心圆环，小孔逐渐减小到零的过程中，由于透过小孔的光减小，同时间距变大，则圆环亮度逐渐减弱，最后到完全变暗． 故答案为：一个圆形亮斑，若干同心圆（衍射图形），间距变大，同时变暗，完全变暗
15.【答案】 往往表现为粒子性，在底片上出现一些不规则的点；往往表现波动性，在底片上会出现干涉条纹；粒子性；波动性
【解析】解：①、曝光时间不长，可知光子数不多，往往表现为粒子性，在底片上出现一些不规则的点．②、曝光时间足够长，可知光子数较多，往往表现波动性，在底片上会出现干涉条纹．③、该实验说明光既具有粒子性，又具有波动性．
故答案为：①往往表现为粒子性，在底片上出现一些不规则的点；②往往表现波动性，在底片上会出现干涉条纹；③粒子性，波动性．
16.【答案】 ＞；0.300
【解析】红光的波长大于绿光的波长，由公式△x= 1dλ ，可知红光的干涉条纹间距△x1与绿光的干涉条纹间距△x2相比，△x1＞△x2 ，
λ=630nm=6.3×10﹣7m，x=10.5mm=1.05×10﹣2m
由公式△x= 1dλ 得：d= 1△xλ = =3×10﹣4m=0.300mm
故答案为：＞，0.300
三、综合题
17.【答案】 （1）解：根据折射定律可知 n=sin45°sin30°=2212=2
（2）解：光在介质中传播的速度大小为 v=cn=22c
【解析】（1）利用折射角和入射角的大小可以求出折射率的大小；
（2）利用折射率可以求出光的传播速度大小。
18.【答案】 （1）解：从NM边界射入玻璃柱体的光线在玻璃砖传播的距离最长
s=R 、 v=cn
t=sv=2Rc ；
（2）解：根据折射定律有： n=sinisinr 得r=30°；
设折射光线FE在BC界面刚好发生全反射
根据临界角公式 sinC=1n=22
可得C=45°；
NE与水平方向的夹角为 180°-(120°+45°)=15°
有光透出的部分圆弧对应圆心角为 θ=90°-(30°+15°)=45°-π4
则ABCD面上有光透出部分的面积为 S=14πRh
【解析】（1）通过折射，大致画出光的传播路径，利用几何关系求出光传播的最远距离，进而求出最长时间；
（2）当光从光密介质入射到光疏介质时，如果入射角大于临界角就会发生全反射，即只有反射光没有折射光，求出光的传播路径利用几何关系求解即可。
19.【答案】 （1）解：设到达池边的光线入射角为i，折射角为 θ ，由题意得： i=45° ， θ=90° ，由折射定律得 nsini=sinθ
解得 n=2
（2）解：设救生员的眼睛接受的光线与竖直方向的夹角为 θ' ，该光线在水面的入射角为 i' 。依题意得 14T=142πmqB2=3.14×8×10-262×8×10-19×0.25=6.28×10-7
由折射定律有 nsini'=sinθ'
解得 i'=30°
设此时救生员的眼睛到池边的水平距离为x，池底点光源A到水面入射点的水平距离为a，由几何关系得 (3-a)+x=2⋅tanθ'
h⋅tani'=a
解得 a=3m ， x=0.732m
【解析】（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）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。
20.【答案】 （1）解：P点发出的光经过Q点折射射出的光路如图所示
由几何关系可知 sinr=22R(22R)2+R2=33
n=sinθsinr
sinθ=nsinr=539
（2）解：P点沿垂直底面方向发出的光的光路如图所示
由几何关系可知 θ1=45°
n=1sinC
C=37°
可得 θ1>C ，P点沿垂直底面方向发出的光在界面处发生了全反射，不能从玻璃砖球面射出；
（3）解：若P点发出的光能从玻璃砖球面任意位置射出，则光线在砖内的入射角α的最大值小于临界角C
由几何关系可知 Lsinα=Rsinβ
当 β=90° ，即 sinβ=1 时， sinα 有最大值，α最大， αmax≤C 时，即P点沿垂直底面方向发出的光能够射出，则其它任意位置均可射出，得 L≤Rsin37°=0.6R
【解析】（1）画出光折射的光路图，利用几何关系可以求出入射角的大小；结合折射率大小可以求出出射角正弦值的大小；
（2）利用折射率可以求出临界角的大小，比较入射角的大小可以判别能否从玻璃砖球面射出；
（3）若P发出的光能从玻璃砖球面任何位置射出，则入射角一定小于临界角，利用几何关系可以求出P点距离O点的距离大小。
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