2019-2020年高中物理 第4章 光的折射章綜合 教科版選修3-4.doc

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w.w.w.k.s.5.u.c.o.m 2019-2020年高中物理 第4章 光的折射章綜合 教科版選修3-4 一、本題共10小題，每小題4分，共40分.在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，有的小題只有一個(gè)選項(xiàng)正確,有的小題有多個(gè)選項(xiàng)正確.全部選對(duì)的得4分,選不全的得2分,有選錯(cuò)或不答的得0分. 1.關(guān)于點(diǎn)光源的說法正確的是 （ ） A.夜間我們看到的恒星都可以看作點(diǎn)光源 B.發(fā)光的螢火蟲一定能看作點(diǎn)光源 C.發(fā)光的白熾燈泡一定不能看作點(diǎn)光源 D.通常我們用日光燈做光學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，是把它看作點(diǎn)光源的 解析本題考查點(diǎn)光源模型. 點(diǎn)光源像質(zhì)點(diǎn)一樣是一個(gè)理想化模型，是把光源看作一個(gè)能發(fā)光的點(diǎn).恒星離我們很遠(yuǎn)，可以看作點(diǎn)光源；螢火蟲雖然小，但研究它自身大小范圍內(nèi)的光學(xué)問題時(shí)，不能看作點(diǎn)光源；研究的光學(xué)問題離燈泡很遠(yuǎn)時(shí)，可以把它看作點(diǎn)光源，但研究的光學(xué)問題離燈泡很近時(shí)，不能把燈泡看作點(diǎn)光源；通常我們用日光燈做光學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，是把它看作線光源的.故A正確. 答案A 2.關(guān)于光線的概念，下列正確的理解是 （ ） A.光線是從光源直接發(fā)出的，是客觀存在的 B.光線的作用類似于電場(chǎng)線，但前者是具體的，后者是抽象的 C.光線是用來表示光束傳播方向的有向直線 D.光束是真實(shí)存在的,光線是人為畫上的 解析本題考查對(duì)光線的理解.人們?yōu)榱诵蜗蟮匮芯侩妶?chǎng)，引入了電場(chǎng)線，但電場(chǎng)中并不真實(shí)存在“電場(chǎng)線”.同理，光線是人們?yōu)榱搜芯抗獾膫鞑ザ氲奈锢砟Ｐ?，光在傳播中并不存在“線”.光束是真實(shí)存在的，我們用光線表示光束時(shí)，光線的箭頭表示光的傳播方向.故正確選項(xiàng)為C、D. 答案CD 3.在我國(guó)古代學(xué)者沈括的著作《夢(mèng)溪筆談》中有如下記載：“若鳶飛空中，其影隨鳶而移；或中間為窗隙所束，則影與鳶遂相違，鳶東則影西，鳶西則影東.”意思是說，若鷂鷹在空中飛翔，它的影子隨鷂鷹而移動(dòng)；如鷂鷹和影子中間被窗戶孔隙所約束，影子與鷂鷹做相反方向移動(dòng)，鷂鷹向東則影子向西移，鷂鷹向西則影子向東移.這里描述的是光的 （ ） A.直線傳播現(xiàn)象 B.折射現(xiàn)象 C.干涉現(xiàn)象 D.衍射現(xiàn)象 解析本題考查光的直線傳播及形成的現(xiàn)象. 前段鷂鷹的影子，是光沿直線傳播形成的；后段所說的“影子”實(shí)際是鷂鷹經(jīng)小孔所成的像，即小孔成像，這也是光直線傳播形成的現(xiàn)象.故A正確. 答案A 4.傍晚，太陽從西邊落下，在人們觀察到日落的時(shí)刻（太陽剛落在地平線上），太陽的實(shí)際位置 （ ） A.完全在地平線下方 B.完全在地平線上方 C.恰好落在地平線上 D.部分在地平線上方，部分在地平線下方 解析本題考查的是光線在大氣層中的折射.由于太陽光從真空進(jìn)入地球大氣層時(shí)要發(fā)生折射，使我們看到的太陽位置比實(shí)際位置要高，因此當(dāng)人們觀察到太陽還在地平線上時(shí)，太陽的實(shí)際位置已在地平線以下.故正確選項(xiàng)為A. 答案A 5.光纖通信的優(yōu)點(diǎn)是容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng).xx年北京奧運(yùn)會(huì)將全部使用光纖通信,為各項(xiàng)比賽提供清晰可靠的服務(wù).光導(dǎo)纖維由內(nèi)芯和包層兩層介質(zhì)組成.下列說法正確的是( ) A.光纖通信依據(jù)的原理是光的全反射 B.內(nèi)芯和包層的折射率相同 C.內(nèi)芯比包層的折射率大 D.包層比內(nèi)芯的折射率大 解析本題考查光的全反射的應(yīng)用.光纖通信依據(jù)的原理是光的全反射.A對(duì).為了使光在光纖內(nèi)以全反射的方式傳播,內(nèi)芯的折射率應(yīng)該比包層大,C對(duì). 答案AC 6.在水中同一深度并排放著紅、藍(lán)、紫三種顏色的球，若在水面正上方俯視這三個(gè)球，感覺最淺的是 （ ） A.紫色球 B.藍(lán)色球 C.紅色球 D.三個(gè)球同樣深 解析本題考查的是光的折射的一個(gè)推論，即視深公式.在視深公式h′=hn中，h′為看到的深度，h為實(shí)際深度，n為折射率，因?yàn)樗畬?duì)紫光的折射率最大，所以看到最淺的是紫色球,故正確選項(xiàng)為A. 答案A 7.自行車的尾燈采用了全反射棱鏡的原理，它雖然本身不發(fā)光，但在夜間騎行時(shí)，從后面開來的汽車發(fā)出的強(qiáng)光照到尾燈后，會(huì)有較強(qiáng)的光被反射回去，使汽車司機(jī)注意到前面有自行車.尾燈的構(gòu)造如圖所示.下面說法中正確的是 （ ） A.汽車燈光應(yīng)從左面射過來,在尾燈的左表面發(fā)生全反射 B.汽車燈光應(yīng)從左面射過來,在尾燈的右表面發(fā)生全反射 C.汽車燈光應(yīng)從右面射過來，在尾燈的左表面發(fā)生全反射 D.汽車燈光應(yīng)從右面射過來，在尾燈的右表面發(fā)生全反射 解析本題考查全反射在生活中的應(yīng)用.光線應(yīng)該從右邊入射，在左邊兩個(gè)直角邊上連續(xù)發(fā)生兩次全反射，利用全反射棱鏡的原理使入射光線偏折180.所以正確選項(xiàng)為C. 答案C 8.兩種單色光由玻璃射向空氣時(shí)發(fā)生了全反射,臨界角分別為、,且>.、分別表示玻璃對(duì)這兩種單色光的折射率,、分別表示這兩種單色光在玻璃中的傳播速度,則 ( ) A. <,< B. <,> C. >,< D. >,> 解析本題考查折射率與臨界角、折射率與傳播速度的關(guān)系.根據(jù):sinθ=,n=.因>,故<; 又v=,<,所以>.只有B正確. 答案B 9.一束白光通過三棱鏡后發(fā)生了色散現(xiàn)象,如圖所示.下列說法正確的是 ( ) A.玻璃對(duì)紅光的折射率最小,紅光的偏折角最小 B.玻璃對(duì)紫光的折射率最小,紫光的偏折角最小 C.紅光在玻璃中的傳播速度比紫光大 D.屏幕上各色光在光譜上由上到下的排列順序?yàn)?紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫 解析本題考查介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同及不同色光在同一介質(zhì)中的傳播速度不同.實(shí)驗(yàn)表明,A、D正確,B錯(cuò).根據(jù)v=知,C正確. 答案ACD 10.如左下圖所示，AB為一塊透明的光學(xué)材料左側(cè)的端面，建立直角坐標(biāo)系如右下圖，設(shè)該光學(xué)材料的折射率沿y軸正方向均勻減小.現(xiàn)有一束單色光a從原點(diǎn)O以某一入射角θ由空氣射入該材料內(nèi)部，則該光線在該材料內(nèi)部可能的光路是右下圖中的 （ ） 解析本題考查光的折射及全反射和微元思想.如圖所示，由于該材料折射率由下向上均勻減小，可以設(shè)想將它分割成折射率不同的薄層.光線射到相鄰兩層的界面時(shí)，射入上一層后折射角大于入射角，光線偏離法線.到達(dá)更上層的界面時(shí)，入射角更大，當(dāng)入射角達(dá)到臨界角時(shí)發(fā)生全反射，光線開始向下射去,直到從該材料中射出.故正確選項(xiàng)為D. 答案D 第Ⅱ卷(非選擇題共60分) 二、本題共5小題,每小題4分，共20分.把答案填在題中的橫線上. 11.在“測(cè)定玻璃折射率”的實(shí)驗(yàn)中，根據(jù)測(cè)得的入射角和折射角的正弦值畫出的圖線如圖所示.當(dāng)光線是由空氣射入玻璃磚時(shí)，則和中為入射角的是 ；當(dāng)光線由玻璃磚射入空氣時(shí)，臨界角的正弦值是 ；從圖線可知玻璃磚的折射率是 . 解析本題考查測(cè)定玻璃折射率實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及臨界角的概念. 比的正弦值大，所以為入射角.由圖線知玻璃磚的折射率為n==1.50 則臨界角的正弦值為sinC==0.67. 答案 0.67 1.50 12.如圖所示,a、b兩束平行單色光從空氣射入水中時(shí),發(fā)生了折射現(xiàn)象.由光路圖可以看出,a光的折射率比b光 ,a光在水中的傳播速度比b光 .若兩平行光束由水射向空氣,隨著入射角的增大, 光先發(fā)生全反射. 解析本題考查折射率、臨界角及折射率與速度的關(guān)系. 由圖可知,a光的折射角大,a光的折射率比b光小,故a光在水中的傳播速度比b光大;由sinC=知,b光的折射率大,臨界角小,故隨著入射角的增大,b光先發(fā)生全反射. 答案小 大 b 13 .1027 m這個(gè)距離通常稱為 ，它是人類所能觀察到的宇宙的最大半徑.若一光線剛進(jìn)入哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的視野，則它傳播到太空望遠(yuǎn)鏡處約用 年. 解析本題考查哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的作用和光的傳播速度. 答案哈勃半徑1 14.一束光從某介質(zhì)射向真空，當(dāng)入射角為θ時(shí)，折射光恰好消失.已知光在真空中的傳播速度為c,則此光在該介質(zhì)中的傳播速度為 . 解析本題考查臨界角及折射率. 由臨界角的概念，知sinθ= 又n= 由以上兩式解得，此光在介質(zhì)中的傳播速度為 v=csinθ. 答案csinθ 15.古希臘某地理學(xué)家通過長(zhǎng)期觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)6月21日正午時(shí)刻，在北半球A城陽光與鉛直方向成7.5角下射，而在A城正南方，與A城地面距離為L(zhǎng)的B城，陽光恰好沿鉛直方向下射.射到地球上的太陽光可視為平行光.據(jù)此他估算出了地球的半徑.試寫出估算地球半徑的表達(dá)式R= . 解析本題設(shè)計(jì)新穎，靈活考查了光的直線傳播.關(guān)鍵是作出示意圖，示意圖如圖所示. 由題意得 L=2πR 可得R=. 答案 三、本題共4小題，共40分.解答應(yīng)寫出必要的文字說明、方程式和重要演算步驟，只寫出最后答案的不能得分.有數(shù)值計(jì)算的題，答案中必須明確寫出數(shù)值和單位. 16.（8分）在一個(gè)半徑為r的圓形輕木塞中心插一大頭針，然后把它倒放在液體中，調(diào)節(jié)大頭針插入的深度，當(dāng)針頭在水面下深度為d時(shí)，觀察者不論在液面上方何處，都剛好看不到液體下方的大頭針.求液體的折射率. 解析本題考查光的全反射.觀察者在水面上任何位置都剛好看不到水下的大頭針，說明由針頭射出的光線，恰好在水面與木塞的邊緣處發(fā)生全反射. 由題意作出光路圖如圖所示，這時(shí)入射角等于臨界角，由幾何關(guān)系可得 sinC= 又sinC= 由以上兩式解得液體的折射率為n=. 答案 17.(10分)如圖所示,一等腰直角三棱鏡放在真空中,斜邊BC=d,一束單色光以60的入射角從AB側(cè)面的中點(diǎn)入射,折射后從側(cè)面AC折射出.已知三棱鏡的折射率n=,單色光在真空中的光速為c,求此單色光通過三棱鏡的時(shí)間. 解析本題考查光的折射. (1)單色光在AB面上發(fā)生折射,光路如圖. 根據(jù)折射定律:n=,n= 由以上兩式得:α=45. (2)因α=45,故光在棱鏡內(nèi)傳播的路徑DE與BC平行,且DE=BC=d. (3)光在棱鏡中的速度:v== 所以,t==. 答案 18.（10分）（激光液面控制儀）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照射液面，反射光OB射到水平光屏上，屏上用光電管將光訊號(hào)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)光點(diǎn)在屏上向右移動(dòng)了s的距離射到點(diǎn)，則液面是升高了還是降低了？變化了多少？ 解析本題考查學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力. 因反射的光點(diǎn)B右移到，所以液面降低. 但因入射的激光束方向不變，所以液面降低后的入射角不變，光路圖如圖.由幾何關(guān)系知，四邊形OMB是平行四邊形，OM=B=s,三角形NO是直角三角形. 設(shè)液面降低的高度是h，則 h=NOcoti=coti= 即液面降低的高度是scoti/2. 答案降低scoti/2 19.（12分）為從軍事工事內(nèi)部觀察外面的目標(biāo)，在工事壁上開一長(zhǎng)方形孔,如圖所示.設(shè)工事壁厚d=34.64 cm，孔的寬度L=20 cm，孔內(nèi)嵌入折射率n=的玻璃磚. （1）嵌入玻璃磚后，工事內(nèi)部人員觀察到外界的視野的最大張角為多少？ （2）要想使外界180范圍內(nèi)的景物全被觀察到，應(yīng)嵌入多大折射率的玻璃磚？ 解析本題為光的折射和全反射在軍事上的應(yīng)用，應(yīng)作出光路圖，利用光學(xué)規(guī)律和幾何關(guān)系解答. （1）光路圖如圖所示，由折射定律得 n= 由幾何關(guān)系得sin= 由以上兩式解得=60=30 則視野的最大張角為θ=2=120. (2)為使外界180范圍內(nèi)的景物全被觀察到，則當(dāng)=90時(shí), =30應(yīng)是光線在該玻璃磚中的臨界角,即sin30= 解得玻璃磚的折射率應(yīng)為=2. 答案（1）120 (2)2