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文档内容摘要
doc 2019-2020年高中物理阶段质量检测四光的折射教科版 一、选择题(共8小题,每小题6分,共48分。每小题至少有一个选项正确,全选对得6分,选不全得3分,错选不得分) 1.某广场在夜间打开了音乐喷泉,在喷水池中同一深度排列着四个不同颜色的射灯。如果从水面上方垂直俯视各灯,感觉最浅的是(  ) A.红灯          B.黄灯 C.绿灯 D. 紫灯 2.光从甲介质射到乙介质时,入射角为30°,且折射光线与反射光线的夹角为75°,则(  ) A.乙为光疏介质 B.光在甲中传播较快 C.光从甲射到乙中时可能发生全反射 D.光从乙射到甲中时可能发生全反射 3.下述现象中由全反射造成的是(  ) A.露珠或喷泉的水珠,在阳光的照耀下格外耀眼 B.沙漠中的海市蜃楼 C.用光导纤维传输图像信号 D.插在水中的筷子看起来向上折了 4.如图1所示,有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点,并偏折到F点。已知入射方向与边AB的夹角为θ=30°,E、F分别为边AB、BC的中点,则(  ) 图1 A.该棱镜的折射率为 B.光在F点发生全反射 C.光从空气进入棱镜,波长变小 D.从F点出射的光束与入射到E点的光束平行 5.如图2所示,一束光射到透明介质的A点,入射角为i,则(  ) 图2 A.当i足够大时,在A点将发生全反射 B.当i足够大时,光从球内向外射出时将发生全反射 C.无论i多大,在A点都不会发生全反射 D. 无论i多大,从球内向外射出时,都不会发生全反射 6.如图3中,一束平行单色光从真空垂直射入折射率为2、半径为R的半球形玻璃体,则从右侧向左看(  ) 图3 A.半球表面都发光 B.半球表面无光线射出 C.半球表面中央有截面半径为的圆亮斑 D.半球表面中央有截面半径为R的圆亮斑 7.一玻璃砖横截面如图4所示,其中ABC为直角三角形(AC边未画出),AB为直角边,∠ABC=45°。为一圆弧,其圆心在BC边的中点。此玻璃的折射率为1.5。P为一贴近玻璃砖放置的、与AB垂直的光屏。若一束宽度与AB边长度相等的平行光从AB边垂直射入玻璃砖,则(  ) 图4 A.从BC边折射出一束宽度与BC边长度相等的平行光 B.屏上有一亮区,其宽度小于AB边的长度 C.屏上有一亮区,其宽度等于AC边的长度 D.当屏向远离玻璃砖的方向平行移动时,屏上亮区先逐渐变小然后逐渐变大 8.如图5所示,空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体,其内圆半径为r,外圆半径为R,R=r。现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体,只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出。设透明柱体的折射率为n,光在透明柱体内传播的时间为t,若真空中的光速为c,则(  ) 图5 A.n可能为 B.n可能为2 C.t可能为 D. t可能为 二、实验题(共2小题,共18分,把答案填在题中横线上或按要求作答) 9.(10分)如图6所示,半球形玻璃砖的平面部分水平,底部中点有一小电珠,利用游标卡尺(或直尺)测量出有关数据后,可计算玻璃的折射率。试完成以下实验步骤: 图6 (1)若S发光,则在玻璃砖平面上方看到平面中有一圆形亮斑。用游标卡尺测出________和________(写出对应字母和其表示的意义)。 (2)写出玻璃折射率的表达式________(用上述测量的物理量的字母表示)。 图7 10.(8分)如图7所示,激光液面控制仪的原理是:固定的一束激光AO以入射角i照射到液面上,反射光OB射到水平的光屏上,屏上用光电管将光讯号转变成电讯号,电讯号输入控制系统用以控制液面的高度。如果发现光点B在屏上向右移动了Δs的距离到B′,由此可知液面________(填“升高”或“降低”)了________。 三、计算题(共3小题,共34分。解答题应写出必要的文字说明、方程式和演算步骤,有数值计算的要注明单位) 11.(10分)如图8所示,一玻璃球体的半径为R,O为球心,AB为直径。来自B点的光线BM在M点射出,出射光线平行于AB,另一光线BN恰好在N点发生全反射。已知∠ABM=30°,求 图8 (1)玻璃的折射率。 (2)球心O到BN的距离。 12.(10分)(山东高考)如图9所示,ABCD是一直角梯形棱镜的横截面,位于截面所在平面内的一束光线由O点垂直AD边射入。已知棱镜的折射率n=,AB=BC=8 cm,OA=2 cm,∠OAB=60°。 图9 (1)求光线第一次射出棱镜时,出射光线的方向。 (2)第一次的出射点距C________cm。 13.(14分)(新课标全国卷Ⅰ)图10所示为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图,玻璃丝长为L,折射率为n,AB代表端面。已知光在真空中的传播速度为c。 图10 (1)为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面,求光线在端面AB上的入射角应满足的条件; (2)求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间。 答 案 1.选D 当垂直俯视时,视深公式为h=,H为实际深度,n为折射率,由于紫光在水中的折射率最大,所以紫光的视深最浅,D正确,A、B、C错误。 2.选AC 因为反射光线与界面夹角为60°,而折射光线与反射光线的夹角为75°,所以可以得到折射光线与法线夹角为75°,大于入射角,故光是从光密介质进入光疏介质。 3.选ABC 水珠看起来格外耀眼、海市蜃楼等现象都属于全反射现象,故A、B正确;光导纤维传输信号的原理是全反射原理,故C正确;筷子在水中看起来向上折了是光的折射现象,故D错。 4.选AC 在E点作出法线可知入射角为60°,折射角为30°,折射率为,A正确;在BC边上的入射角小于临界角,不会发生全反射,B错;由公式λ介=,可知C正确;三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折,不会与入射到E点的光束平行,故D错。 5.选CD 光从光密介质射向光疏介质才有可能发生全反射,因此光在A点由空气进入介质时,肯定不能发生全反射。画出完整光路图,如图所示,由图可知A点的入射角i与B、D点的折射角始终相等。假设B点刚好发生全反射,则光将沿圆切线方向射出。那么A点光也沿切线方向传播,根本不会进入球内,这与假设矛盾。所以,当光进入球内,则一定会从球内射出,一定不会发生全反射。故C、D均正确。 6.选C 光线在球的弧面发生折射,连接圆心和入射 点,根据公式sin C=可得,sin C=,故可得当距离圆心R以外的光线在弧面上发生全反射,从右侧将看不到光线,所以半球表面中央有截面半径为R的圆亮斑,故C正确。 7.选BD 宽为AB的平行光进入到玻璃中直接射到BC面,入射角为45°>临界角θ=arcsin ,所以在BC面上发生全反射仍然以宽度大小为AB长度的竖直向下的平行光射到上。画出光路图如图所示,可以知道以折射后的光向右偏折,经折射后的光向左偏折。当向下移动光屏时,屏上亮区先逐渐减小然后逐渐增大。故B、D均正确。 8.选AB 根据题意可画出光路图如图所示,则两次全反射的的入射角均为45°,所以全反射的临界角C≤45°,折射率n≥=,A、B均正确;光在介质中的传播速度v=≤,所以传播时间t=≥,C、D均错误。 9.解析:(1)圆形亮斑的直径d1; 半圆形玻璃砖的直径d2。 (2)由几何关系,得tan C==。由全反射知识, 得sin C=,解得n=。 答案:(1)圆形亮斑的直径d1 半圆形玻璃砖的直径d2 (2)n= 10.解析:如图所示,光点右移是液面降低造成的,由几何知识得tan i=,进一步推导得h=。 答案:降低  11.解析:(1)设光线BM在M点的入射角为i,折射角为r,由几何知识可知,i=30°,r=60°,根据折射定律得 n= 代入数据得 n=① (2)光线BN恰好在N点发生全反射,则∠BNO为临界角C sin C=② 设球心到BN的距离为d,由几何知识可知 d=Rsin C③ 联立①②③式得 d=R。 答案:(1) (2)R 12.解析:本题主要考查光的折射和全反射、折射率,意在考查考生应用折射和全反射解决光路问题的能力。 (1)设发生全反射的临界角为C,由折射定律得 sin C= 代入数据得 C=45° 光路图如图所示,由几何关系可知光线在AB边和BC边的入射角均为60°,均发生全反射。设光线在CD边的入射角为α,折射角为β,由几何关系得α=30°,小于临界角,光线第一次射出棱镜是在CD边,由折射定律得n= 代入数据得 β=45° (2) cm 答案:(1)见解析 (2) 13.解析:(1)设光线在端面AB上C点(如图)的入射角为i,折射角为r,由折射定律有 sin i=nsin r  ① 设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为α,为了使该光线可在此光导纤维中传播,应有 α≥θ  ② 式中,θ是光线在玻璃丝内发生全反射时的临界角,它满足 nsin θ=1  ③ 由几何关系得 α+r=90°  ④ 由①②③④式得 sin i≤   ⑤ (2)光在玻璃丝中传播速度的大小为 v=  ⑥ 光速在玻璃丝轴线方向的分量为 vx=vsin α  ⑦ 光线从玻璃丝端面AB传播到其另一端面所需时间为 T=  ⑧ 光线在玻璃丝中传播,在刚好发生全反射时,光线从端面AB传播到其另一端面所需的时间最长,由②③⑥⑦⑧式得 Tmax=  ⑨ 答案:(1)sin i≤  (2)