2020届物理人教版 光的折射全反射 单元测试

2020届物理人教版光的折射全反射单元测试1.人站在岸边看到水中的青蛙,下列说法正确的是( A )A.人看到青蛙的位置和青蛙看到人头部的位置都比实际位置高B.人看到青蛙的位置和青蛙看到人头部的位置都比实际位置低C.人看到青蛙的位置比实际位置高,青蛙看到人的头部位置比实际位置低D.人看到青蛙的位置比实际位置低,青蛙看到人的头部位置比实际位置高解析:人看到青蛙,是青蛙反射的光线在水面经折射后进入人眼,由于折射角大于入射角,且人看到青蛙的位置在折射光线的反向廷长线上,故人看到青蛙的位置偏高;同理可分析,青蛙看到人头部位置比实际位置也偏高.2.(2018·江苏淮安三模)如图所示,一截面为梯形的鱼塘贮满水,鱼塘右侧坡面的倾角为α,水的折射率为n.不同时刻太阳光线与水平面的夹角θ发生变化,阳光刚好能够照射到整个鱼塘的底部时,则夹角的余弦值cos θ为( D )A. B. C.nsin α D.ncos α解析:当右侧光线经水折射后,刚好沿鱼塘右侧坡面传播时,阳光刚好能够照射到整个鱼塘的底部,根据折射定律得,n=,解得cos θ=ncos α,故D正确.3. 如图所示,空气中有一折射率为的玻璃柱体,其横截面是圆心角为90°、半径为R的扇形OAB,一束平行光平行于横截面,以45°入射角照射到OA上,OB不透光,若只考虑首次入射到圆弧AB上的光,则圆弧AB上有光透出部分的弧长为( B )A.ΠrB.πRC.πRD.πR解析: 作出如图所示的几何光路图,其中N点为从O点入射的折射光线,故圆弧NB段没有光线从圆弧AB射出,由折射定律=n,可知=,得∠BON=30°.若在圆弧AB上的M点,折射光线发生了全反射,由sin C=可得C=45°,由几何关系则有∠AOM=90°-45°-30°= 15°,所以圆弧AB上有光透出的弧长为s=×2πR=πR,故B正确.4. 如图所示,一束白光沿半径方向从A点射入半圆形玻璃砖,在O点发生反射和折射,折射光照在光屏上,a,b为折射光的上下边界,c为反射光.若入射点由A向B缓慢移动,并保持白光沿半径方向入射到O点,可以观察到各色光在光屏上陆续消失,在光带未完全消失之前,下列说法正确的有( D )A.c光逐渐变暗B.ab光带逐渐变亮C.a光与b光相比,a光先消失D.单色光a通过玻璃砖所需的时间小于单色光b通过玻璃砖所需的时间解析:由题图知单色光a的折射率小于单色光b的折射率,又由n=知,单色光a在玻璃中的速度比b大,通过玻璃砖所需的时间小于单色光b通过玻璃砖所需的时间,故D正确;入射点从A 向B缓慢移动时,越来越多的光发生全反射,故c光逐渐变亮,ab光带逐渐变暗,b光先消失,故A,B,C错误.5. (多选)如图所示,从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面,经过三棱镜的折射后发生色散现象,在光屏的ab间形成一条彩色光带.下列说法中正确的是( BCD )A.a侧是红光,b侧是紫光B.在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长C.三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率D.在三棱镜中a侧光的速率比b侧光小E.在三棱镜中a,b两侧光的速率相同解析:由题图可以看出,a侧光偏折得较厉害,三棱镜对a侧光的折射率较大,所以a侧光是紫光,波长较短,b侧光是红光,波长较长,A错误,B,C正确;又v=,所以三棱镜中a侧光的传播速率小于b侧光的传播速率,D正确,E错误.6.(2019·河北衡水中学调研)(多选)如图所示,一块上、下表面平行的玻璃砖的厚度为L,玻璃砖的折射率n=,若光从上表面AB射入的入射角i=60°,光在真空中的光速为c,则( ACE )A.折射角r=30°B.光在玻璃中传播的时间为C.光在玻璃中传播的时间为D.改变入射角i,光在下表面CD可能发生全反射E.光一定能从CD面射出解析:由n=得sin r===0.5,得r=30°,故A正确;光在玻璃中传播的速度为v=,由几何知识可知光在玻璃中传播的路程为s=,则光在玻璃中传播的时间为t====,故B错误,C正确;由于光在CD面上的入射角等于光在AB面上的折射角,根据光路可逆性原理可知光一定能从CD面射出,故D错误,E正确.7.(2018·辽宁一模)(多选)以下说法中正确的是( ABE )A.光导纤维是应用了光的全反射B.天空中出现的彩虹是因为光的折射形成色散现象C.白光经玻璃三棱镜折射发生色散时,红光的偏折角最大D.白光经过色散后的七色光从红光到紫光波长逐渐变大E.在沙漠中,向远方望去,有时能看到远方景物的倒影解析:光导纤维是应用了光的全反射现象,故A正确;彩虹是雨后放晴时,太阳光照射到小水滴上,一个个的小水滴就像棱镜似的把白光分解为七种单色光,对阳光起分光色散作用,故B正确;白光经玻璃三棱镜折射发生色散时,红光的偏折角最小,紫光的偏折角最大,故C错误;从红光到紫光的频率逐渐变大,而波长逐渐变小,故D错误;在沙漠中,空中空气密度大于沙漠上方的空气密度,由于全反射,向远方望去,有时能看到远方景物的倒影,故E正确.8.(2019·湖南株洲质检)“道威棱镜”广泛地应用在光学仪器当中.如图所示,将一等腰直角棱镜截去棱角,使其平行于底面,可制成“道威棱镜”,这样就减小了棱镜的重量和杂散的内部反射.从M点发出的一束平行于底边ED的单色光从AE边射入,已知棱镜玻璃的折射率n=.求光线进入“道威棱镜”时的折射角,并通过计算判断光线能否从ED边射出.解析:由折射定律得n==光线进入“道威棱镜”时的折射角γ=30°全反射临界角sin C==即C=45°如图所示,光线到达ED边时入射角θ=75°>C光线不能从ED边射出.答案:见解析9. (多选)如图所示,一光束包含两种不同频率的单色光,从空气射向两面平行玻璃砖的上表面,玻璃砖下表面有反射层,光束经两次折射和一次反射后,从玻璃砖上表面分为a,b两束单色光射出.下列说法正确的是( BCD )A.a光的频率小于b光的频率B.光束a在空气中的波长较小C.出射光束a,b一定相互平行D.b光在玻璃中的传播路程较大E.a,b两色光从同种玻璃射向空气时,a光发生全反射的临界角大解析: 作出光路图如图所示,可知光从空气射入玻璃时a光的偏折程度较大,则a光的折射率较大,频率较大,故A错误;a光的频率较大,则波长较小,故B正确;因为a,b两光射出玻璃砖时的折射角与从空气中射入时的入射角相等,根据几何知识可知出射光束一定相互平行,b光在玻璃中的传播路程较大,故C,D正确;因为a光的折射率较大,由临界角公式sin C=,知a光的临界角较小,故E错误.10. 如图所示,一个学生按照课本上的小实验用广口瓶和直尺测定水的折射率填写下述实验步骤中的空白.(1)用测出广口瓶瓶口的内径d;(2)在瓶内装满水;(3)将直尺沿瓶口边缘插入水中;(4)沿广口瓶边缘向水中直尺正面看去,若恰能看到直尺的0刻度(即图中A点),同时看到水面上B点刻度的像恰与A点的像相重合;(5)若水面恰与直尺的C点相平,读出和的长度;(6)以题中所给的条件为依据,计算水的折射率为.解析:由几何知识和折射定律知,从A点发出的光线经水面的P点折射而到达眼睛,其入射角等于∠PAC,折射角等于∠PBC,水的折射率n=,又sin∠PBC=,sin∠PAC=,故n=.答案:直尺竖直AC BC11. (2019·湖南师大附中模拟)如图所示,横截面为矩形ABCD的玻璃砖竖直放置在水平面上,其厚度为d,AD面镀有水银,用一束与BC面成45°角的细微光向下照射在BC面上,在水平面上出现两个光斑,距离为d,求玻璃砖的折射率.解析: 作出光路图,由光的反射定律和光路可逆性可知,反射光线OH与FG平行,且OH与水平面的夹角为45°.由几何关系得OF=GH=d,IE=OF= dtan r==,可得r=30°,所以折射率n==.答案:12.(2016·全国Ⅲ卷,34) 如图,玻璃球冠的折射率为,其底面镀银,底面的半径是球半径的倍;在过球心O且垂直于底面的平面(纸面)内,有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M点,该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点.求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角.解析: 设球半径为R,球冠底面中心为O',连接OO',则OO'⊥AB,令∠OAO'=α,有cos α==①即α=30°②由题意知MA⊥AB所以∠OAM=60°.③设图中N点为光线在球冠内底面上的反射点,所考虑的光线的光路图如图所示.设光线在M点的入射角为i,折射角为r,在N点的入射角为i',反射角为i ″,玻璃折射率为n,由于△OAM 为等边三角形,有i=60°④由折射定律有sin i=nsin r⑤代入题给条件n=得r=30°⑥作底面在N点的法线NE,由NE∥AM,有i'=30°⑦根据反射定律,有i ″=30°⑧连接ON,由几何关系知△MAN≌△MON,故有∠MNO=60°⑨由⑦⑨式得∠ENO=30°于是∠ENO为反射角,ON为反射光线,这一反射光线经球面再次折射后不改变方向,所以,经一次反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角β为β=180°-∠ENO=150°.13.(2016·全国Ⅰ卷,34) 如图,在注满水的游泳池的池底有一点光源A,它到池边的水平距离为3.0 m,从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角,水的折射率为.(1)求池内的水深;(2)一救生员坐在离池边不远处的高凳上,他的眼睛到池面的高度为2.0 m.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(结果保留1位有效数字).解析:(1) 如图,设到达池边的光线的入射角为i,依题意,水的折射率n=,光线的折射角θ=90°.由折射定律有nsin i=sin θ,①由几何关系有sin i=,②式中,l=3 m,h是池内水的深度.联立①②式并代入题给数据得h= m=2.6 m.③(2)设此时救生员的眼睛到池边的距离为x.依题意,救生员的视线与竖直方向的夹角为θ'=45°.由折射定律有nsin i'=sin θ',④式中,i'是光线在水面的入射角.设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a.由几何关系有sin i'=,⑤x+l=a+h',⑥联立③④⑤⑥式得x=(3-1)m≈0.7 m.答案:(1)2.6 m (2)0.7 m。