2022學(xué)年高中物理 第五章 光的波動(dòng)性 光的反射、折射、全反射習(xí)題 教科版選修3-4

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1、2022學(xué)年高中物理 第五章 光的波動(dòng)性 光的反射、折射、全反射習(xí)題 教科版選修3-4 一、選擇題 1．一條光線從空氣射入折射率為在的介質(zhì)中，入射角為45°，在界面上入射光的一部分被反射，另一部分被折射，則反射光線和折射光線的夾角是（ ）． A．75° B．90° C．105° D．120° 2．兩束細(xì)平行光a和b相距為d，從空氣中互相平行地斜射到長(zhǎng)方體玻璃磚的上表面，如圖所示，若玻璃對(duì)a的折射率大于對(duì)b的折射率，當(dāng)它們從玻璃磚的下表面射出后，有（ ）． A．兩束光仍平行，間距等于d B．兩束光仍平行

2、，間距大于d C．兩束光仍平行，間距小于d D．兩束光不再平行 3．一條光線以40°的入射角從真空中射到平板透明材料上，光的一部分被反射，一部分被折射，折射光線與反射光線的夾角可能是（ ）． A．小于40° B．在50°～100°之間 C．在100°～140°之間 D．大于140° 4．△OMN為玻璃等腰三棱鏡的橫截面．a(chǎn)、b兩束可見(jiàn)單色光從空氣垂直射入棱鏡底面MN，在棱鏡側(cè)面OM、ON上反射和折射的情況如圖所示．由此可知（ ）． A．棱鏡內(nèi)a光的傳播速度比b光的小

3、 B．棱鏡內(nèi)a光的傳播速度比b光的大 C．a(chǎn)光的頻率比b光的小 D．a(chǎn)光的波長(zhǎng)比b光的長(zhǎng) 5．一玻璃柱體的橫截面為半圓形．細(xì)的單色光束從空氣射向柱體的D點(diǎn)（半圓的圓心），產(chǎn)生反射光束1和折射光束2．已知玻璃折射率為，入射角為45°（相應(yīng)的折射角為24°）．現(xiàn)保持入射光不變，將半圓柱繞通過(guò)D點(diǎn)垂直于紙面的軸線順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)15°，如圖中虛線所示，則（ ）． A．光束1轉(zhuǎn)過(guò)15° B．光束1轉(zhuǎn)過(guò)30° C．光束2轉(zhuǎn)過(guò)的角度小于15° D．光束2轉(zhuǎn)過(guò)的角度大于15° 6．如圖甲

4、所示，將筷子豎直插入玻璃杯內(nèi)，從俯視圖中的P點(diǎn)沿水平方向看到的應(yīng)該是圖圖中的哪個(gè)圖形？（ ）． 7．如圖所示，一束白光從頂角為的棱鏡的一個(gè)側(cè)面AB以較大的入射角i入射，經(jīng)三棱鏡后，在屏P上可得到彩色光帶，當(dāng)入射角逐漸減小到零的過(guò)程中．若屏上的彩色光帶先后全部消失，則（ ）． A．紅光最先消失，紫光最后消失 B．紫光最先消失，紅光最后消失 C．紫光最先消失，黃光最后消失 D．紅光最先消失，黃光最后消失 8．在完全透明的水下某處放一點(diǎn)光源，在水面上可以見(jiàn)到一個(gè)圓形透光平面，如果圓形透光平

5、面的半徑勻速增大，則光源（ ）． A．加速上升 B．加速下沉 C．勻速上升 D．勻速下沉 9．如圖為一直角棱鏡的橫截面，∠bac=90°，∠abc=60°，一平行細(xì)光束從O點(diǎn)沿垂直于bc面的方向射入棱鏡．已知棱鏡材料的折射率，若不考慮原入射光在bc面上的反射光，則有光線（ ）． A．從ab面射出 B．從ac面射出 C．從bc面射出，且與bc面斜交 D．從bc面射出，且與bc面垂直 10．兩種單色光由水中射向空氣時(shí)發(fā)生全反射的臨界角分別為1、2，已知1＞2

6、．用n1、n2分別表示水對(duì)兩單色光的折射率，v1、v2分別表示兩單色光在水中的傳播速度，則（ ）． A．n1＜n2，v1＜v2 B．n1＜n2，v1＞v2 C．n1＞n2，v1＜v2 D．n1＞n2，v1＞v2 11．如圖所示，用插針?lè)y(cè)定玻璃折射率的實(shí)驗(yàn)中以下說(shuō)法正確的是（ ）． A．P1、P2及P3、P4之間的距離適當(dāng)大些，可以提高準(zhǔn)確度 B．P1、P2及P3、P4之間的距離取得小些，可以提高準(zhǔn)確度 C．入射角i適當(dāng)大些，可以提高準(zhǔn)確度 D．P1、P2之間的距離，入射角的大

7、小均與實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度無(wú)關(guān) 二、填空題 12．如圖所示，激光液面控制儀的原理是：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，屏上用光電管將光訊號(hào)轉(zhuǎn)變成電訊號(hào)，電訊號(hào)輸入控制系統(tǒng)用以控制液面高度，如果發(fā)現(xiàn)點(diǎn)B在屏上向右移動(dòng)了Δs的距離到B＇，由此可知液面________（填“升高”或“降低”）了________． 13．在用插針?lè)y(cè)定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)中，甲、乙、丙三位同學(xué)在紙上畫出的界面aa＇、bb＇與玻璃磚位置的關(guān)系分別如圖①、②和③所示，其中甲、丙兩同學(xué)用的是矩形玻璃磚，乙同學(xué)用的是梯形玻璃磚．他們的其他操作均正確，且均以aa

8、＇、bb＇為界面畫光路圖．則： （1）甲同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比________（填“偏大”“偏小”或“不變”）． （2）乙同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比________（填“偏大”“偏小”或“不變”）． （3）丙同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比________． 14．在用插針?lè)y(cè)定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)操作步驟如下： ①將記錄光路的白紙鋪放在平板上； ②手拿玻璃磚的毛面或棱，將其輕放在白紙上： ③用鉛筆環(huán)繞玻璃磚畫出邊界aa＇和bb＇； ④在aa＇上選擇點(diǎn)O，作為不同入射角的入射光線

9、的共同入射點(diǎn)，畫出入射角i分別為0°、30°、45°的入射光線； ⑤用“插針?lè)ā狈謩e得到各條入射光線的折射光線，觀察時(shí)著重看大頭針針帽是否在一條直線上，取下玻璃磚、大頭針，連接各針孔，發(fā)現(xiàn)所畫折射光線中有兩條相交，量出各個(gè)折射角r； ⑥按公式分別計(jì)算，取三個(gè)值的算術(shù)平均值． 以上步驟中有錯(cuò)誤或不妥之處的是：________； 應(yīng)改正為：________． 15．如圖所示，某同學(xué)用插針?lè)y(cè)定一半圓形玻璃磚的折射率．在平鋪的白紙上垂直紙面插大頭針P1、P2確定入射光線，并讓入射光線過(guò)圓心O，在玻璃磚（網(wǎng)中實(shí)線部分）另一側(cè)垂直紙面插大頭針P3，使P3擋住

10、P1、P2的像，連接OP3．圖中MN為分界面，虛線半圓與玻璃磚對(duì)稱，B、C分別是入射光線、折射光線與圓的交點(diǎn)，AB、CD均垂直于法線并分別交法線于A、D點(diǎn)． （1）設(shè)AB的長(zhǎng)度為1，AO的長(zhǎng)度為2，CD的長(zhǎng)度為3，DO的長(zhǎng)度為4，為較方便地表示出玻璃磚的折射率，需用刻度尺測(cè)量________，則玻璃磚的折射率可表示為_(kāi)_______． （2）該同學(xué)在插大頭針只前不小心將玻璃磚以D為圓心順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)一小角度，由此測(cè)得玻璃磚的折射率將________（填“偏大”“偏小”或“不變”）． 16．測(cè)定玻璃磚折射率的實(shí)驗(yàn)如圖13-1-44所示，把玻璃磚放

11、在白紙上之前應(yīng)在紙上先畫好圖上的三條直線，它們分別是________、________、_______，最后按正確的要求插上大頭針P3、P4，由P3、P4的位置決定了光線________的方位，從而確定了折射光線________的方向． 三、解答題 17．由某種透明物質(zhì)制成的等腰直角三角形棱鏡AOB，兩腰都為16 cm，且兩腰與Ox和Oy軸都重合，如圖所示，從BO邊的C點(diǎn)注視A棱，發(fā)現(xiàn)A棱的位置在D點(diǎn)，在C、D兩點(diǎn)插上大頭針，測(cè)出C點(diǎn)的坐標(biāo)為（0，12），D點(diǎn)的坐標(biāo)為（9，0），由此可以算出該透明物質(zhì)的折射率為多大？ 18．某市體育廣場(chǎng)中心，設(shè)計(jì)建造了

12、一組旋轉(zhuǎn)搖擺式噴泉，在噴泉周圍，水下40 cm深處，環(huán)繞了一圈彩燈，夜幕降臨時(shí)，從噴泉射出的水柱在彩燈的映襯下，顯得很美麗壯觀．若池水的折射率為，那么彩燈的視深（池邊的人看到的彩燈的深度）是多少？ 19．一物點(diǎn)放在表面平行的玻璃板后L=15 cm處，觀察者透過(guò)玻璃板觀察，且視線垂直于玻璃表面，設(shè)玻璃板厚度d=4.5 cm，玻璃的折射率n=1.5，問(wèn)物點(diǎn)的像到玻璃板前表面間的距離為多少？ 20．一個(gè)大游泳池，池底是水平面．池中水深1.2 m，有一直桿豎直立于池底，浸入水中部分BC恰為桿長(zhǎng)AC的一半．太陽(yáng)光以與水平方向成37°角射在水面上，如圖所示，測(cè)得桿在池底影長(zhǎng)是2.5 m，求水的

13、折射率．（sin37°=0.6，cos37°=0.8） 21．有一折射率為n的長(zhǎng)方體玻璃磚ABCD，其周圍是空氣，如圖所示，當(dāng)入射光線從它的AB面以入射角射入時(shí)， （1）要使光線在BC面發(fā)生全反射，證明：入射角應(yīng)滿足的條件是（BC面足夠長(zhǎng)）． （2）如果對(duì)于任意入射角的光線都能發(fā)生全反射，則玻璃磚的折射率應(yīng)取何值？ 22．在厚度為d、折射率為n的大玻璃板的下表面，有一個(gè)半徑為r的圓形發(fā)光面．為了從玻璃板的上方看不見(jiàn)圓形發(fā)光面，可在玻璃板的上表面貼一塊圓形紙片，所貼紙片的最小半徑為多大？ 23．用折射

14、率為n的透明介質(zhì)做成內(nèi)、外半徑分別為a和b的空心球，如圖所示，當(dāng)一束平行光射向球殼，經(jīng)球殼外、內(nèi)表面兩次折射后，能進(jìn)入空心球殼的入射平行光束的橫截面積是多少？ 24．橫截面為矩形的 的棒被彎成如圖所示的形狀，一束平行光垂直地射入水平表面A上，要使通過(guò)表面A射入的光全部從表面B射出，比值最小是多少？（玻璃的折射率n=1.5） 25．某同學(xué)在測(cè)定一厚度均勻的圓形玻璃的折射率時(shí)，先在白紙上作一與圓形玻璃同半徑的圓，圓心為O，將圓形玻璃平放在白紙上，使其邊界與所畫的圓重合．在玻璃一側(cè)豎直插兩枚大頭針P1和P2，在另一側(cè)再先后插兩枚大頭

15、針P3和P4，使從另一側(cè)隔著玻璃觀察時(shí)，大頭針P4、P3和P2、P1的像恰在一直線上．移去圓形玻璃和大頭針后，在圖中畫出： （1）沿P1、P2連線方向的入射光線通過(guò)圓形玻璃后的傳播方向； （2）光線在玻璃內(nèi)的傳播方向； （3）過(guò)光線的入射點(diǎn)作法線，標(biāo)出入射角i和折射角r； （4）寫出計(jì)算玻璃折射率的公式． 【答案與解析】 一、選擇題 1．【答案】C 【解析】如右圖所示，根據(jù)折射定律，則，，反射光線與折射光線的夾角，C項(xiàng)正確． 2．【答案】C 【解析】光路如圖所示．由光路圖可知d＇＜d，故C項(xiàng)正確。

16、 3．【答案】C 【解析】由光路圖可知，光由真空射入介質(zhì)中折射，折射角0°＜＜40°，故C項(xiàng)正確． 4．【答案】B、D 【解析】a、b兩束光射到OM、ON上的入射角是相同的，由圖可知b光已發(fā)生全反射，而a光仍有折射，說(shuō)明b光的全反射臨界角比a光的全反射臨界角小，所以b光的折射率大于a光的折射率，即nb＞na，故a光的頻率小于b 光的頻率；又在介質(zhì)內(nèi)的傳播速度，所以棱鏡內(nèi)a光的傳播速度va比b光的傳播速度vb大；在真空和介質(zhì)中的波長(zhǎng)分別是和，所以無(wú)論是真空中還是在棱鏡內(nèi)，均是a光的波長(zhǎng)長(zhǎng)． 5．【答案】B、C

17、 【解析】轉(zhuǎn)動(dòng)前，光束1（反射光）與入射光線間的夾角為A=45°×2=90°，光束2（折射光）與入射光線間的夾角為B=45°+(180°－24°)=201°．轉(zhuǎn)動(dòng)后，反射光與入射光的夾角A＇=60°×2=120°，據(jù)折射定律，，得r=30°，則折射光與入射光間的夾角為B＇=60°+(180°－30°)=201°．因此ΔA=A＇－A=30°，ΔB=B＇－B=9°． 6．【答案】D 【解析】筷子在水中部分反射的光到達(dá)P點(diǎn)后折射，如圖所示．筷子的上半部分偏左，下半部分更偏左，且更粗． 7．【答案】B 【解析】依題意作出白光通過(guò)三棱鏡的光路圖，如圖所示

18、．可以看出由于紫光的偏折角最大，由全反射臨界角公式知紫光的臨界角最小，所以紫光一定首先在AC面上發(fā)生全反射從而從光屏上消失，最后紅光消失，故B項(xiàng)正確． 8．【答案】D 【解析】如圖所示，在水面上看到透光平面半徑為R． 設(shè)光從水射入空氣發(fā)生全反射的臨界角為C． ，由幾何知識(shí)得． 由以上兩式得． 透光平面半徑R與h成正比，R均勻增大，h也均勻增大，故D項(xiàng)正確． 9．【答案】B、D 【解析】依題作出光在棱鏡中的光路圖，如圖所示， 顯然，光在ab面上的入射角為i

19、=60°，大于光在該棱鏡中的全反射臨界角，則光在ab面上發(fā)生全反射，接著以i＇=30°的入射角射到ac界面上，因i＇＜45°，光在ac面上不發(fā)生全反射而發(fā)生反射和折射，其反射角i＇=30°，反射光線正好與bc面垂直，故B、D兩項(xiàng)正確． 10．【答案】B 【解析】由全反射臨界角知，當(dāng)時(shí)，必有n1＜n2；又由v=c／n知，必有v1＞v2，故B項(xiàng)正確． 11．【答案】A、C 二、填空題 12．【答案】降低 【解析】作出兩次的反射光路圖如圖所示， 由幾何圖形可得：液面下降．又由幾何關(guān)系可得：，液面下降高度． 13．【答案】偏小 不

20、變 可能偏大，可能偏小，可能不變 【解析】甲同學(xué)測(cè)量的光路圖如圖（1）所示，真實(shí)值，測(cè)量值，因r＇＞r，故n＞n＇，所以甲同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比偏?。灰彝瑢W(xué)測(cè)量的光路圖如圖（2）所示，測(cè)量值，與真實(shí)值相等． 丙同學(xué)的測(cè)量可能出現(xiàn)三種可能，光路圖如圖（3）所示，當(dāng)出射點(diǎn)為c時(shí)，測(cè)量值與真實(shí)值相同，當(dāng)出射點(diǎn)在c左側(cè)時(shí)，測(cè)量值小于真實(shí)值，當(dāng)出射點(diǎn)在c點(diǎn)右側(cè)時(shí)，測(cè)量值大于真實(shí)值，故丙同學(xué)測(cè)得的折射率與真實(shí)值相比可能偏大，可能偏小，可能不變． 14．【答案】見(jiàn)解析 【解析】③、④、⑤ ③中應(yīng)使直尺與玻璃磚的界面對(duì)齊，移開(kāi)玻璃磚后再畫邊界線；④

21、中入射角要取0°以外的三組數(shù)據(jù)；⑤中大頭針要豎直插牢，觀察時(shí)看針腳是否在同一條直線上 15．【答案】（1）1和3 1／3 （2）偏大 16．【答案】aa＇ NN＇ AO O＇B OO＇ 三、解答題 17．【答案】見(jiàn)解析 【解析】假設(shè)從A點(diǎn)發(fā)出一條光線射在C點(diǎn)，經(jīng)折射后射入人眼．當(dāng)逆著折射光線看去好似光線從D點(diǎn)射出．光路如右圖所示． ．． 折射率． 18．【答案】見(jiàn)解析 【解析】如圖所示，設(shè)點(diǎn)光源在S處，光源發(fā)出的光線SO垂直水面射出，光線SO1與SO間的夾角很?。蛞话闳说耐椎木€度為2 mm～3 mm，1、2為一組對(duì)應(yīng)的折射角和入

22、射角，可知1、2均很?。蓴?shù)學(xué)知識(shí)知： ，． 由折射定律得：，得． 所以． 故彩燈的視深為30 cm． 19．【答案】見(jiàn)解析 【解析】物點(diǎn)S發(fā)出的光射到玻璃板的表面發(fā)生折射，進(jìn)入玻璃板到達(dá)另一表面時(shí)，再次折射進(jìn)入玻璃板的前方，如圖所示， 物點(diǎn)的虛像S＇與玻璃板前表面之間的距離為L(zhǎng)＇，則L＇=L+d－s，由幾何關(guān)系知 ， 當(dāng)視線垂直于玻璃板表面觀察時(shí)，1、2很小，tan1=sin1，tan2=sin2． 所以 ，L＇=L+d－s=18 cm． 20．【答案】見(jiàn)解析 【解析】光路圖如圖所示，

23、 由幾何關(guān)系可知：入射角i=∠ADG=53°， 且， FE=FC―EC=2.5―DB=2.5―1.6=0.9（m）， 所以，所以r=∠EDF=37°， 由折射定律得． 21．【答案】見(jiàn)解析 【解析】（1）要使光線在BC面發(fā)生全反射（如圖所示）， 首先應(yīng)滿足， ① 式中為光線射到BC面的入射角，由折射定律，有， ② 將①②兩式聯(lián)立得． （2）如果對(duì)于任意入射角的光線都能發(fā)生全反射，即對(duì)于0°≤≤90°都能發(fā)生全反射，則只有當(dāng)才能滿足上述條件，故． 22．【答案】見(jiàn)解析 【解析】根據(jù)題述

24、，光路如右圖所示， 圖中S點(diǎn)為圓形發(fā)光面邊緣上一點(diǎn)，由該點(diǎn)發(fā)出的光線能射出玻璃板的范圍由臨界光線SA確定，當(dāng)入射角大于臨界角C時(shí)，光線就不能射出玻璃板了． 圖中，而， 則，所以， 應(yīng)貼圖紙片的最小半徑． 23．【答案】見(jiàn)解析 【解析】設(shè)入射光線AB經(jīng)球殼外表折射后BE光線恰在內(nèi)表面全反射，臨界角為C． 從圖中知AB下面光線一定能進(jìn)入殼心．從圖中可知．在三角形OBE中用正弦定理． ． 可得 ． 所求的平行光束的橫截面積 ． 24．【答案】見(jiàn)解析 【解析】在如圖所示的光路中， 從玻璃棒的A端面入射的光線，可分為左、中、右，其中最右邊的一條光線，最難發(fā)生全反射，設(shè)其入射角為∠1，只有當(dāng)時(shí)，才發(fā)生全反射． 根據(jù)幾何關(guān)系知． 依題意有． 將n=1.5代入上式，解得． 故的最小是2． 25．【答案】見(jiàn)解析 【解析】（1）P1P2光線為入射光線，P3P4為通過(guò)圓形玻璃后的折射光線． （2）O1O2光線為入射光線P1P2在玻璃中的折射光線． （3）如右圖所示． （4）．