2024-2025學(xué)年新教材高中物理第4章光的折射和全反射單元素養(yǎng)評價(jià)含解析魯科版選擇性必修1

PAGE14-單元素養(yǎng)評價(jià)(四)(90分鐘100分)一、單項(xiàng)選擇題(本題共8小題,每小題3分,共24分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,只有一項(xiàng)是符合題目要求的)1.光射到兩種不同介質(zhì)的分界面上,分析其后的傳播情形可知 ()A.折射現(xiàn)象的出現(xiàn)說明光是縱波B.光總會(huì)分為反射光和折射光C.折射光與入射光的傳播方向總是不同的D.發(fā)生折射是因?yàn)楣庠诓煌橘|(zhì)中的傳播速度不同【解析】選D。光的折射不能反映光是縱波還是橫波,由光的偏振現(xiàn)象可知光是橫波,選項(xiàng)A錯(cuò)誤;當(dāng)光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì),且入射角大于等于臨界角時(shí),發(fā)生全反射現(xiàn)象,沒有折射光,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;當(dāng)光線垂直于界面入射時(shí),折射光與入射光的傳播方向相同,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;發(fā)生折射是因?yàn)楣獾膫鞑ニ俣仍诓煌橘|(zhì)中不同,選項(xiàng)D正確。2.已知水、水晶、玻璃和二硫化碳的折射率分別為1.33、1.55、1.60和1.63,假如光按下面幾種方式傳播,可能發(fā)生全反射的是 ()A.從水晶射入玻璃 B.從水射入二硫化碳C.從玻璃射入水中 D.從水射入水晶【解析】選C。光只有從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)時(shí)才可能發(fā)生全反射。光從水晶射入玻璃、從水射入二硫化碳、從水射入水晶,是從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì),不行能發(fā)生全反射,故選項(xiàng)A、B、D不合題意;光從玻璃射入水中,是從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì),有可能發(fā)生全反射,故選項(xiàng)C符合題意。3.如圖所示,一塊上、下表面平行的玻璃磚的厚度為L,玻璃磚的折射率n=,若光從上表面AB射入的入射角i=60°,光在真空中的光速為c,則下列說法錯(cuò)誤的是()A.折射角r=30°B.光在玻璃中傳播的時(shí)間為C.變更入射角i,光在下表面CD可能發(fā)生全反射D.光肯定能從CD面射出【解析】選C。由n=得sinr===0.5,得r=30°,故A正確;光在玻璃中傳播的速度為v=,由幾何學(xué)問可知光在玻璃中傳播的路程為s=,則光在玻璃中傳播的時(shí)間為t===,故B正確;由于光在CD面上的入射角等于光在AB面上的折射角,依據(jù)光路可逆性原理可知光肯定能從CD面射出,故C錯(cuò)誤,D正確。4.以下說法正確的是 ()A.光纖通信利用了光的反射原理B.天空中的彩虹是由光的干涉形成的C.真空中藍(lán)光的波長比紅光的波長長D.機(jī)械波在不同介質(zhì)中傳播,波長保持不變【解析】選A。光纖通信利用了光的全反射原理,選項(xiàng)A正確;天空中的彩虹是由光的色散形成的,選項(xiàng)B錯(cuò)誤;真空中藍(lán)光的波長比紅光的波長短,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;機(jī)械波在不同介質(zhì)中傳播,波速不同,但是頻率不變,則波長要變更,選項(xiàng)D錯(cuò)誤。故選A。5.如圖在兩束光的交點(diǎn)P前,放一塊長方形的玻璃磚,則交點(diǎn)位置 ()A.不變B.向左C.向右D.可能向左、也可能向右,由光的顏色確定的【解析】選C。交點(diǎn)的位置會(huì)延后,緣由是光線發(fā)生二次折射。先靠近法線,出去時(shí)遠(yuǎn)離法線,最終出射的光線與原光線平行,但會(huì)聚點(diǎn)在后面,即兩條光線在透過玻璃磚后,都向外側(cè)平移了一小段距離,所以交點(diǎn)向右移動(dòng)一段距離。故選C。6.很細(xì)的一束光沿AO方向入射到玻璃磚側(cè)面上的O點(diǎn),進(jìn)入玻璃磚后分成Ⅰ、Ⅱ兩束,部分光路如圖所示。以下分析中正確的是 ()A.光束Ⅰ在玻璃中的折射率大B.光束Ⅰ在玻璃中的傳播速度小C.漸漸減小入射角i,光束Ⅱ在玻璃磚的上表面先發(fā)生全反射D.光束Ⅱ在玻璃中的波長長【解析】選C。由圖看出光束Ⅰ的偏折程度較小,則光束Ⅰ的折射率較小,故A錯(cuò)誤;由v=得知,光束Ⅰ的折射率較小,在玻璃中的傳播速度較大,故B錯(cuò)誤;依據(jù)臨界角公式sinC=,可知光束Ⅱ的臨界角較小,漸漸減小入射角i,光束在玻璃磚的上表面的入射角漸漸增大,先達(dá)到光束Ⅱ的臨界角,所以光束Ⅱ先發(fā)生全反射,故C正確;光束Ⅰ的折射率較小,在真空中的頻率較小,波長較長。設(shè)光在真空中的波長為λ0,介質(zhì)中波長為λ,頻率為f,由n===,則得:λ=,因光束Ⅰ的折射率較小,在真空中的波長較長,由此式可知光束Ⅰ在玻璃中的波長長,故D錯(cuò)誤。7.如圖所示是一透亮圓柱體的橫截面,其半徑為R,AB是一條直徑。今有一束平行單色光沿與AB平行的方向射向圓柱體,若一條入射光線經(jīng)折射后恰好經(jīng)過B點(diǎn),且這條光線到AB間的距離是R。光在真空中傳播速度為c。則下列說法正確的是 ()A.從B點(diǎn)射出的光在圓柱體中傳播時(shí)間為B.從B點(diǎn)射出的光在圓柱體中傳播時(shí)間為C.該透亮圓柱體的折射率為D.該透亮圓柱體的折射率為【解析】選B。光線P經(jīng)C折射后過B點(diǎn),光路如圖所示。在△ODC中,由幾何關(guān)系得:sinα===,得α=60°;在△OBC中,由幾何關(guān)系得:α=2β,可得:β=30°;則圓柱體的折射率為n==;CB=2Rcos30°=R;光在圓柱體中傳播的速度v==;故從B點(diǎn)射出的光在圓柱體中傳播時(shí)間t==,故選B。8.打磨某剖面如圖所示的寶石時(shí),必需將OP、OQ邊與軸線的夾角θ切割在θ1<θ<θ2的范圍內(nèi),才能使從MN邊垂直入射的光線在OP邊和OQ邊都發(fā)生全反射(僅考慮如圖所示的光線第一次射到OP邊并反射到OQ邊后射向MN邊的狀況),則下列推斷正確的是 ()A.若θ>θ2,光線肯定在OP邊發(fā)生全反射B.若θ>θ2,光線會(huì)從OQ邊射出C.若θ<θ1,光線不會(huì)從OP邊發(fā)生全反射D.若θ1<45°<θ2且θ=45°,最終的出射光線將平行于入射光線【解析】選D。從MN邊垂直入射,由幾何關(guān)系可知光線射到PO邊上時(shí)的入射角i=-θ,據(jù)題:θ在θ1<θ<θ2的范圍內(nèi),才能使從MN邊垂直入射的光線,在OP邊和OQ邊都發(fā)生全反射,說明臨界角C的范圍為:-θ2<C<-θ1。若θ>θ2,光線在PO上入射角i=-θ<-θ2<C,故光線在OP邊肯定不發(fā)生全反射,會(huì)從OP邊射出,故A、B錯(cuò)誤;若θ<θ1,i=-θ>-θ1>C,故光線在OP邊會(huì)發(fā)生全反射,故C錯(cuò)誤;若θ1<45°<θ2且θ=45°,由幾何關(guān)系知光線在OP、OQ邊會(huì)發(fā)生全反射,垂直MN射出,即出射光線將平行于入射光線,故D正確。二、多項(xiàng)選擇題(本題共4小題,每小題4分,共16分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中,有多項(xiàng)符合題目要求。全部選對的得4分,選對但不全的得2分,有選錯(cuò)的得0分)9.下述現(xiàn)象哪些是由于全反射造成的 ()A.露珠或噴泉的水珠,在陽光照射下特別光明B.烈日下飛機(jī)看起來有時(shí)特殊刺眼C.用光導(dǎo)纖維傳輸光信號、圖像信號D.在盛水玻璃杯中放一空試管,用燈光照亮玻璃杯側(cè)面,在水面上視察水中的試管,看到試管壁特殊光明【解析】選A、C、D。露珠或噴泉的水珠,在陽光照射下在部分位置發(fā)生全反射,所以特別光明,故A正確;烈日下飛機(jī)看起來有時(shí)特殊刺眼,是光的反射形成的,故B錯(cuò)誤;由于光導(dǎo)纖維能發(fā)生全反射,故用來傳輸光信號、圖像信號,故C正確;盛水的玻璃杯中放一空試管,用燈光照亮玻璃杯側(cè)面,在水面上視察水中的試管,看到試管壁特殊光明,是由于發(fā)生了全反射,故D正確。故選A、C、D。10.一束復(fù)色光沿半徑方向射向一半圓形玻璃磚,發(fā)生折射而分為a、b兩束單色光,其傳播方向如圖所示。下列說法中正確的是 ()A.玻璃磚對a、b的折射率關(guān)系為na<nbB.a、b在玻璃中的傳播速度關(guān)系為va<vbC.增大入射角,單色光a先消逝D.單色光a從玻璃到空氣的全反射臨界角大于單色光b的【解析】選B、C。因?yàn)閱紊鈇偏轉(zhuǎn)角度大,說明玻璃磚對單色光a的折射率大,即na>nb,故A錯(cuò)誤;依據(jù)公式v=可知單色光a的折射率大,單色光a在玻璃中的傳播速度小,故B正確;因?yàn)閚a>nb,依據(jù)臨界角公式sinC=,知單色光a從玻璃到空氣的全反射臨界角小于單色光b從玻璃到空氣的全反射臨界角,所以當(dāng)增大入射角時(shí),單色光a先消逝,故C正確、D錯(cuò)誤。故選B、C。11.如圖所示,ABC是一個(gè)用折射率n>的透亮介質(zhì)做成的棱鏡,其截面為∠A=30°的直角三角形,現(xiàn)有一束光從圖示位置垂直入射到棱鏡的BC面上,則該光束 ()A.能從AB面射出B.能從BC面射出C.進(jìn)入棱鏡后速度不變D.進(jìn)入棱鏡后波長變短【解析】選A、D。設(shè)棱鏡的臨界角為C,則sinC=<,得C<45°。光束射入棱鏡后,在AC界面上的入射角i=60°>C,故發(fā)生了全反射,反射角r=i=60°,所以光束能從AB面射出,故A正確,B錯(cuò)誤;由公式v=可知,光束進(jìn)入棱鏡后速度變小,頻率不變,由公式v=λf知波長變短,故C錯(cuò)誤,D正確。12.白光是由多種單色光構(gòu)成的復(fù)合光,點(diǎn)光源S發(fā)出的一束白光由空氣斜射到橫截面為矩形abdc的玻璃磚上的O點(diǎn),S、O和d三點(diǎn)位于同始終線上,θ為入射角,如圖所示,下列說法正確的是 ()A.當(dāng)θ增大時(shí),光不行能在ab界面上發(fā)生全反射B.當(dāng)θ增大時(shí),光可能射到bd界面上,而不行能在bd界面上發(fā)生全反射C.射到cd界面上的光,肯定不能在cd界面上發(fā)生全反射D.從cd界面射出的各種色光肯定相互平行【解析】選A、C、D。白光由空氣斜射到橫截面為矩形abdc的玻璃磚的ab界面上,由光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì),不行能發(fā)生全反射,故A正確;白光透過ab界面后發(fā)生折射,增大θ,折射光線遠(yuǎn)離法線,所以光線可能射到bd界面,并可能發(fā)生全反射,故B錯(cuò)誤;白光在ab界面上發(fā)生折射,由于折射率不同,故各色光到達(dá)cd界面的位置不同;但各色光在cd界面的入射角都等于ab界面的折射角,依據(jù)光路的可逆性,則各色光在cd界面的出射角等于ab面的入射角,不行能在cd界面上發(fā)生全反射,且出射光與入射光平行,因此射出的各種色光肯定相互平行,故C、D正確。三、試驗(yàn)題(本題共2小題,共14分)13.(6分)“測定玻璃的折射率”的試驗(yàn)中,在白紙上放好玻璃磚,aa′和bb′分別是玻璃磚與空氣的兩個(gè)界面,如圖甲所示,在玻璃磚的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2,然后在另一側(cè)透過玻璃磚視察,并依次插上大頭針P3和P4。(1)在插P3和P4時(shí),應(yīng)使________(選填選項(xiàng)前的字母)。

A.P3只攔住P1的像B.P4只攔住P2的像C.P3同時(shí)攔住P1、P2的像(2)如圖乙所示,某同學(xué)在試驗(yàn)中將玻璃磚界面aa′和bb′的間距畫得過寬。若其他操作正確,則折射率的測量值________精確值(選填“大于”“小于”或“等于”)。

【解析】(1)依據(jù)試驗(yàn)的原理,連接P1、P2表示入射光線,連接P3、P4表示出射光線,連接兩光線與玻璃磚的交點(diǎn),即為折射光線。試驗(yàn)的過程中,要先在白紙上放好玻璃磚,在玻璃磚的一側(cè)插上兩枚大頭針P1和P2,然后在玻璃磚另一側(cè)視察,調(diào)整視線使P1的像被P2的像攔住,接著在眼睛所在一側(cè)相繼插上兩枚大頭針P3、P4,使P3攔住P1、P2的像,使P4攔住P3和P1、P2的像。故選C。(2)作圖時(shí),玻璃磚應(yīng)與所畫的邊界相齊。該同學(xué)的做法中,將玻璃磚界面aa′和bb′的間距畫得過寬但仍平行,而其他操作正確,導(dǎo)致測量出的折射角要大于真實(shí)的折射角,導(dǎo)致折射率的測量值偏小。答案:(1)C(2)小于14.(8分)做測定玻璃折射率試驗(yàn)時(shí),同學(xué)們被分成若干試驗(yàn)小組,以下是其中兩個(gè)試驗(yàn)小組的試驗(yàn)狀況:(1)甲組同學(xué)在試驗(yàn)時(shí),用他們測得的多組入射角i與折射角r作出sini-sinr圖像如圖甲所示,則下列推斷正確的是______。

A.光線是從空氣射入玻璃的B.該玻璃的折射率約為0.67C.該玻璃的折射率約為1.5D.該玻璃置于空氣中時(shí)臨界角約為45°(2)乙組同學(xué)先畫出圖乙所示的坐標(biāo)系,再在y<0區(qū)域放入某介質(zhì)(以x軸為界面),并通過試驗(yàn)分別標(biāo)記了折射光線、入射光線、反射光線通過的一個(gè)點(diǎn),它們的坐標(biāo)分別為A(8,3)、B(1,-4)、C(7,-4),則:①入射點(diǎn)O′(圖中未標(biāo)出)的坐標(biāo)為________;

②通過圖中數(shù)據(jù)可以求得該介質(zhì)的折射率n=________。

【解析】(1)由圖可知,入射角大于折射角,故可知,光線是從空氣射入玻璃的,故A正確;由n=可知,玻璃的折射率n==1.5,故B錯(cuò)誤,C正確;由sinC=可知,臨界角的正弦值為0.67,臨界角約為42°,故D錯(cuò)誤。(2)①畫出三條光線如圖所示。依據(jù)反射光線與入射光線的對稱性可知,入射點(diǎn)O′的橫坐標(biāo)為x=cm=4cm,故入射點(diǎn)O′的坐標(biāo)為(4,0)。②設(shè)入射角為i,折射角為r。依據(jù)數(shù)學(xué)學(xué)問得:sini==0.6,sinr==0.8所以該介質(zhì)的折射率:n===答案:(1)A、C(2)①(4,0)②四、計(jì)算題(本題共4小題,共46分。要有必要的文字說明和解題步驟,有數(shù)值計(jì)算的要注明單位)15.(8分)如圖所示,△ABC是一玻璃三棱鏡的橫截面,∠A=30°。一束紅光垂直AB邊射入,從AC邊上的D點(diǎn)射出,其折射角為60°。已知AD距離為l,真空中光速為c。求:(1)玻璃對該紅光的折射率;(2)這束紅光在玻璃中的傳播時(shí)間。【解析】(1)由光的折射率定義可知:n==(2)紅光在玻璃中的傳播速度v=由幾何關(guān)系可知t==答案:(1)(2)16.(8分)如圖所示,一細(xì)束單色光由空氣斜射入平行玻璃磚,已知玻璃磚厚度為d,該玻璃磚對單色光的折射率為n,入射角為i。(1)證明出射光束與入射光束平行;(2)計(jì)算出射光束相對入射光束的側(cè)移s?！窘馕觥抗饴啡鐖D所示,(1)由折射定律得:n==由于玻璃磚上下表面平行,r′=r所以i′=i,即:出射光束與入射光束平行。(2)由圖得,側(cè)移量為:s=d(tani-tanr)cosi將折射率n=代入,消去tanr得:s=dsini(1-)答案:(1)見解析(2)dsini(1-)17.(14分)如圖,半徑為R的半球形玻璃體置于水平桌面上,半球的上表面水平,球面與桌面相切于A點(diǎn)。一細(xì)束單色光經(jīng)球心O從空氣中射入玻璃體內(nèi)(入射面即紙面),入射角為45°,出射光線射在桌面上B點(diǎn)處。測得AB之間的距離為?，F(xiàn)將入射光束在紙面內(nèi)向左平移,求射入玻璃體的光線在球面上恰好發(fā)生全反射時(shí),光束在上表面的入射點(diǎn)到O點(diǎn)的距離。不考慮光線在玻璃體內(nèi)的多次反射。【解析】當(dāng)光線經(jīng)球心O入射時(shí),光路圖如圖甲所示。設(shè)玻璃的折射率為n,由折射定律有n= ①式中,入射角i=45°,γ為折射角。△OAB為直角三角形,因此sinγ= ②發(fā)生全反射時(shí),臨界角C滿意sinC= ③在玻璃體球面上光線恰好發(fā)生全反射時(shí),光路圖如圖乙所示。設(shè)此時(shí)間線入射點(diǎn)為E,折射光