2024-2025学年物理鲁科版（2019）选择性必修第一册 第4章 光的折射和全反射 章末检测试卷（含解析）

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2024-2025学年鲁科版（2019）选择性必修第一册 第4章 光的折射和全反射 章末检测试卷（含解析） (满分：100分) 一、单项选择题：本题共4小题，每小题4分，共16分。在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的。 1．(2023·南阳市高二月考)关于折射率，下列说法正确的是(　　) A．由n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比 B．由n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比 C．同一频率的光由真空进入某种介质时，折射率与光在介质中的波长成反比 D．折射率由介质本身性质决定，与入射角的大小无关 2.如图所示，放在暗室中的口径较大不透明的薄壁圆柱形浅玻璃缸充满水，缸底中心有一红色发光小球(可看作点光源)，从上往下看，则观察到(　　) A．水面有一个亮点 B．充满水面的圆形亮斑 C．发光小球在水面上的像 D．比小球浅的发光小球的像 3．光导纤维由“内芯”和“包层”两个同心圆柱体组成，其中心部分是内芯，内芯以外的部分为包层，光从一端进入，从另一端射出。下列说法正确的是(　　) A．内芯的折射率大于包层的折射率 B．内芯的折射率小于包层的折射率 C．若红光以如图所示角度入射时，恰能在内芯和包层分界面上发生全反射，则改用紫光以同样角度入射时，不能在内芯和包层分界面上发生全反射 D．若紫光以如图所示角度入射时，恰能在内芯和包层分界面上发生全反射，则改用红光以同样角度入射时，也能在内芯和包层分界面上发生全反射 4.一半径为R的匀质玻璃半球体放置在水平面上，O点为球心，过O点的竖直截面如图所示。有一束光线从距离O点为eq \f(\r(3),3)R的P点入射至玻璃半球内，光线与竖直方向的夹角为θ，当θ＝0°时光线恰好在球面发生全反射，则(　　) A．玻璃的折射率为eq \f(\r(3),3) B．玻璃的折射率为eq \r(2) C．若要使光线从球形表面出射后恰好与入射光平行，则θ＝60° D．若要使光线从球形表面出射后恰好与入射光平行，则θ＝30° 二、多项选择题：本题共4小题，每小题6分，共24分。每小题有多项符合题目要求，全部选对的得6分，选对但不全的得3分，有选错的得0分。 5.(2023·湖南长沙雅礼中学高二月考)如图所示为半圆柱体玻璃砖的横截面图。MN为直径，O点为圆心。一束由红光和紫光组成的复色光沿AM方向射入玻璃砖，分成两束单色光后各自传播到B、C两点。已知∠AMN＝150°，∠MOB＝60°，∠MOC＝90°。则下列说法中正确的是(　　) A．传播到C点的为红光 B．红光和紫光的折射率之比为1∶eq \r(2) C．红光和紫光在玻璃砖内的速度之比为1∶eq \r(2) D．红光和紫光从M点射入到第一次射出玻璃砖所经过的时间之比为eq \r(2)∶1 6.如图所示，放在空气中折射率为n的平行玻璃砖，表面M和N平行，P、Q两个面平行且与M、N垂直。一束光射到M上(光束不与M平行)，则(　　) A．如果入射角大于临界角，光在表面M发生全反射 B．无论入射角多大，光在表面M都不会发生全反射 C．光可能在表面N发生全反射 D．由于M与N平行，光只要通过表面M就不可能在表面N发生全反射 7.(2023·河北唐山市开滦第一中学月考)如图所示，玻璃球冠的半径为R，底面镀有反射膜，底面的半径eq \f(\r(3),2)R；在纸面内有一条过球心O的光线。经过底面AB反射后恰好从M点射出，已知出射光线的反向延长线恰好经过A点，光在真空中的速度为c。下列说法正确的是(　　) A．该条光线入射方向与底面AB的夹角为30° B．该玻璃球的折射率为eq \r(3) C．即使底面不镀反射膜，光线也能完全从M点射出 D．光线从入射到射出经历的时间为eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(3＋\r(3)))R,c) 8.(2023·黑龙江甘南县第二中学期末)某长方体透明介质如图所示，ef为嵌在介质内部紧贴dd′c′c面的线状单色可见光光源，ef与abcd面垂直，e为dc中点，ab＝2bc。介质对该单色光的折射率为2，只考虑由ef直接射向aa′b′b面的光线。下列说法正确的是(　　) A．光从aa′b′b面射出的区域占该面总面积的eq \f(\r(3),3) B．光从aa′b′b面射出的区域占该面总面积的eq \f(\r(3),6) C．若ef发出的单色光频率变小，aa′b′b面有光射出的区域面积将增大 D．若ef发出的单色光频率变小，aa′b′b面有光射出的区域面积将减小 三、非选择题：本题共7小题，共60分。 9．(4分)在北方寒冷的冬天，有时会出现“多个太阳”的“幻日”奇观，这是空气中的水蒸气在极冷的大气里凝结成了小冰晶，太阳光线通过冰晶发生折射的缘故。如图所示为太阳光照射到六角形冰晶上折射的光路图，a、b是太阳光中的两种单色光，由此可以判断，单色光a在冰晶中的传播速度比单色光b在冰晶中的传播速度________(填“大”或“小”)。如果让太阳光从水中射向空气，逐渐增大入射角，则a、b两种单色光中，单色光________(填“a”或“b”)更容易发生全反射。 10．(4分)如图，一大型游乐场建有一个半球型游泳池，游泳池半径为R，游泳池内注满水。一潜泳者可在水面下方游动，其头罩上带有一单色光源，游泳池水面上的最大发光面积为游泳池面积的eq \f(1,2)，则池内水的折射率为________，射出水面的光在水中传播的最长时间为________。 11．(8分)在“测量玻璃的折射率”的实验中： (1)(2分)在白纸上放好平行玻璃砖，如图甲所示，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针P3和P4。在插P3和P4时，用P3挡住P1、P2的像，用P4挡住P3及________。 (2)(2分)某同学实验中作出光路图如图乙所示，此玻璃的折射率表达式为n＝________(用图中的i、r表示)。 (3)(4分)如图丙所示，玻璃砖两个界面不平行，在bb′一侧透过玻璃砖观察。 ①若可以看到P1和P2的像，是否依然可以借助上述方法测出折射率？请说明理由。 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ②看不到P1和P2的像，请分析原因：_________________________________________ ________________________________________________________________________。 12．(8分)某实验小组欲测定一段圆柱形玻璃砖的折射率，其操作步骤如下： a．将白纸固定在水平桌面上，将圆柱形玻璃砖竖直放在白纸上，用铅笔准确描出玻璃砖底面圆的轮廓。 b．将底面圆圆周平分为60等份，并标上相应的数字，如图甲所示，再将玻璃砖竖直放回图甲中的底面圆轮廓上进行实验。 c．用激光笔发出细束激光，沿平行于圆直径OO′的方向入射，分别准确记录入射点P和出射点Q在圆周上对应的读数N1、N2。 d．改变入射点位置，重复步骤c。 (1)(4分)根据圆周上的读数N1、N2可得，入射角i＝________，折射角γ＝________。(以弧度制表示) (2)(2分)若经过多次测量，作出sin i－sin γ的图像如图乙所示，则玻璃砖的折射率为n＝________(结果保留三位有效数字)。 (3)(2分)在本实验的操作过程中，若入射光线发生了如图甲中虚线AB所示的偏离，则折射率的测量值将________(填“偏大”或“偏小”)。 13．(10分)(2023·天津市高二期中)如图所示，一个半径为R的圆木板静止在水面上，在圆木板圆心O的正下方H＝eq \r(3)R处有一点光源S，已知水的折射率n＝eq \f(4,3)。 (1)(4分)求沿圆木板边缘射出的折射光线的折射角的正弦值； (2)(6分)若要在水面上方观察不到点光源S所发出的光，则应将点光源S至少竖直向上移多大的距离？ 14．(12分)(2023·龙岩市高二月考)灯光秀会用到某种发光二极管，如图所示为该二极管发出的某单色光沿SA射向用透明材料制成的四分之一球体，此单色光在透明材料中的折射率为eq \r(3)，已知O为球心，半径为R，S、O、E在同一直线上，OS＝eq \f(R,3)，OA＝eq \f(\r(3),3)R，光在真空中传播的速度为c。求： (1)(3分)光从A点进入球体时的折射角； (2)(4分)光从B点出射时的折射角； (3)(5分)该单色光在球体内传播的时间。 15．(14分)某透明介质的截面图如图所示，直角三角形的直角边BC与半圆形直径重合，半圆形的半径为R，圆心为O，一束单色光从AC边的D点射入介质，入射光线与AD边夹角为i，BD⊥AC，∠BCA＝30°，已知光在真空中的传播速度为c＝3.0×108 m/s，介质折射率n＝eq \f(5,3)(sin 37°＝0.6)。求： (1)(6分)当i＝37°时，光线从AC边射入介质时折射角的正弦值及光线在介质中传播的速度； (2)(8分)调整i，让i从0增大到90°，试判断半圆弧面有光线射出区域对应的圆心角。(不考虑多次反射) 章末检测试卷(四) 1．C　[介质的折射率等于入射角的正弦值和折射角的正弦值的比值，与入射角的正弦值和折射角的正弦值无关，故A、B错误；根据n＝eq \f(c,v)＝eq \f(c,λf)可知同一频率的光由真空进入某种介质时，折射率与光在介质中的波长成反比，故C正确；折射率由入射光的频率和介质本身性质决定，与入射角的大小无关，故D错误。] 2．D　[小球所发的光射向水面的入射角较大时会发生全反射，在水面上可以看到一个圆形亮斑，但不是充满水面的圆形亮斑，A、B错；由于光的折射，在水面上可看到比小球浅的发光小球的像，光路图如图所示，C错，D对。 ] 3．A　[光线在内芯和包层的界面上发生全反射，知光从光密介质进入光疏介质，则内芯的折射率大于包层的折射率，A正确，B错误；根据sin C＝eq \f(1,n)知折射率越大，临界角越小，红光的折射率小，则临界角大，若紫光恰能发生全反射，则红光以同样角度入射时，不能在分界面上发生全反射，同理，若红光恰能发生全反射，则紫光以同样角度入射也能发生全反射，C、D错误。] 4．C　[当θ＝0°时光线从玻璃射向空气的入射角为α，则sin α＝eq \f(OP,R)＝eq \f(\f(\r(3),3)R,R)＝eq \f(\r(3),3)，因此玻璃的折射率为n＝eq \f(1,sin α)＝eq \f(1,\f(\r(3),3))＝eq \r(3)，故A、B错误；平行玻璃砖对光线起到侧移不改变方向的作用，由此可知若光线从O点正上方射出玻璃时则出射光线与入射光线平行，设从玻璃出射时入射角为γ，根据几何关系可得：tan γ＝eq \f(OP,R)＝eq \f(\f(\r(3),3)R,R)＝eq \f(\r(3),3)，解得：γ＝30°，光射入玻璃时，根据折射定律可得：eq \f(sin θ,sin γ)＝n，解得：θ＝60°，故C正确，D错误。 ] 5．AB　[传播到C点的光偏折程度较小，折射率较小，为红光，故A正确；由几何关系可知，入射角为60°，红光折射角为45°，紫光折射角为30°，根据折射定律n＝eq \f(sin i,sin r)，红光和紫光的折射率分别为n1＝eq \f(\r(6),2)，n2＝eq \r(3)，红光和紫光的折射率之比为1∶eq \r(2)，故B正确；根据n＝eq \f(c,v)，红光和紫光在玻璃砖内的速度之比为eq \r(2)∶1，故C错误；根据sin C＝eq \f(1,n)，结合几何关系可知，紫光在玻璃砖内发生两次全反射后从N点射出。设玻璃砖半径为r，红光和紫光在玻璃砖中的路程分别为l1＝eq \r(2)r＝v1t1，l2＝3r＝v2t2，根据n＝eq \f(c,v)，联立得，红光和紫光从M点射入玻璃砖到第一次射出玻璃砖所用的时间之比为t1∶t2＝1∶3，故D错误。] 6．BD　[如图甲所示，光射到表面M的入射角为i(i≠90°)，折射角为r，则sin r＝eq \f(sin i,n)