上学期高三同步测控优化训练物理光的传播B卷.docx
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上学期高三同步测控优化训练物理光的传播B卷
上学期高三同步测控优化训练物理：
光的传播B卷
高中同步测控优化训练
（二）
第十九章光的传播（B卷）
说明：
本试卷分为第Ⅰ、Ⅱ卷两部分，请将第Ⅰ卷选择题的答案填入题后括号内，第Ⅱ卷可在各题后直接作答.共100分，考试时间90分钟.
第Ⅰ卷（选择题共40分）
一、本题共10小题，每小题4分，共40分.在每小题给出的四个选项中，只有一个选项是符合题目要求的，请把它填在括号内.
1.假设在地球表面不存在大气层，那么白昼时间将会
A.变长B.变短
C.不变D.无法确定
解析：
本题考查太阳光线在大气层中的折射.由于地球大气层对太阳光线的折射，当人们看到太阳位于地平线上时，太阳的实际位置在地平线以下，因此假设地球表面不存在大气层时，白昼时间将会变短.故正确选项为B.
答案：
B
2.目前，一种用于摧毁人造卫星或空间站的激光武器正在研制中.如图所示，某空间站位于地平线上方，现准备用一束激光射向该空间站，则应把激光器
A.沿视线对着空间站瞄高一些
B.沿视线对着空间站瞄低一些
C.沿视线对着空间站直接瞄准
D.条件不足，无法判断
解析：
本题考查在光的折射现象中光路可逆.由于大气层对光线的折射，空间站的实际位置应在所看到的位置的下方，所以本题易错选B；但在折射现象中，由于光路可逆，所以应把激光器沿视线对着空间站直接瞄准.故正确选项为C.
答案：
C
3.对下列自然现象描述正确的是
A.在海面上，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中.同样，在沙漠中也能观察到同样的现象
B.在沙漠中，向远方望去，有时能看到远方景物的倒影.同样，在海面上也能观察到同样的现象
C.在海面上，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中.在沙漠中，向远方望去，有时能看到远方景物的倒影
D.在海面上，向远方望去，有时能看到远方景物的倒影.在沙漠中，向远方望去，有时能看到远方的景物悬在空中
解析：
本题考查两种不同的全反射现象.
夏天海面上的下层空气温度比上层低，密度比上层大，折射率也大，远处景物发出的光线射向空中时，由于不断被折射，越来越偏离法线方向，进入上层空气的入射角不断增大，以至于发生全反射.人们逆着光线看去，就会看到远处景物悬在空中.夏天沙漠里接近沙面的空气温度高，因而密度比上层的小，折射率也小，远处景物射向地面的光线进入折射率小的下层热空气层时被折射，入射角不断增大，也可能发生全反射.人们逆着反射的光线看去就会看到远处景物的倒影.
故C正确.
答案：
C
4.如图所示，一细束红光与一细束蓝光平行射到同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一点M.若用n1和n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，下列说法中正确的是
A.n1＜n2，a为红光，b为蓝光
B.n1＜n2，a为蓝光，b为红光
C.n1＞n2，a为红光，b为蓝光
D.n1＞n2，a为蓝光，b为红光
解析：
本题考查光的折射.由图可知，b光线经过三棱镜后的偏折角较小，因此折射率较小，是红光.故正确选项为B.
答案：
B
5.如图所示，一束白光以较大的入射角射到三棱镜的一侧面上，从三棱镜的另一侧面射出，在屏上形成从红到紫的彩色光带.当白光的入射角逐渐减小时
A.红光最先消失
B.紫光最先消失
C.红光和紫光同时消失
D.红光和紫光都不会消失
解析：
本题考查色散及全反射.一束白光射入三棱镜后，从另一侧面折射时，可能发生全反射，而红光的临界角大，紫光的临界角小，当白光入射角减小，从另一侧面出射时，入射角逐渐增大，紫光先全反射.故正确选项为B.
答案：
B
6.潜水员在折射率为
的海水下h米深处，向上观察水面，能看到的天穹和周围的景物都出现在水面上的一个圆形面积为S的区域内.关于圆面积S和深度h的关系，正确的叙述是
A.S与水深h成正比
B.S与水深h成反比
C.S与水深h的平方成正比
D.S与水深h的平方成反比
解析：
本题考查光的全反射.首先由题意可知最大入射角为90°，即折射角等于临界角，
sinC=
=
则∠C=45°
如图所示，可知R=h
所以S=πR2=πh2.
由上式可知正确选项为C.
答案：
C
7.两井口大小和深度相同的井，一口是枯井，一口是水井（水面在井口之下），两井底各有一只青蛙，则
A.枯井中青蛙觉得天比较小，水井中青蛙看到井外的范围比较大
B.枯井中青蛙觉得天比较大，水井中青蛙看到井外的范围比较小
C.枯井中青蛙觉得天比较大，水井中青蛙看到井外的范围比较大
D.两只青蛙觉得井口一样大，水井中青蛙看到井外的范围比较大
解析：
本题考查折射现象.
光路图如图，青蛙在井底中央时，看到外界范围最大.由光路图可以看出，有水时，射入蛙眼的擦着井边的两条边缘光线夹角变小，即水中青蛙的视角变小，因而水中青蛙觉得井口小，觉得天较小；但进入水中青蛙眼睛的光线范围变大了，因而看到井外的范围比较大.故C正确.
答案：
C
8.公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度的若干彩灯.在晚上观察不同颜色的彩灯的深度和水面上被照亮的面积，下列说法正确的是
A.红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较小
B.红灯看起来较深，红灯照亮的水面面积较小
C.红灯看起来较浅，红灯照亮的水面面积较大
D.红灯看起来较深，红灯照亮的水面面积较大
解析：
本题考查视深及光的全反射.设彩灯深度为h，色光折射率为n，则视深为h′=
由于红光折射率最小，所以红灯看起来较深.恰好发生全反射时的光路如图所示，由sinC=
知，红光的临界角C最大，则红灯照亮的水面半径R=htanC最大，所以红灯照亮的水面面积S=πR2也最大.故正确选项为D.
答案：
D
9.如图所示，两块同样的玻璃直角三棱镜ABC，两者的AC面是平行放置的，在它们之间是分布均匀的透明介质.一单色细光束O垂直于AB面入射，在图示的出射光线中
A.1、2、3（彼此平行）中的任一条都有可能
B.4、5、6（彼此平行）中的任一条都有可能
C.7、8、9（彼此平行）中的任一条都有可能
D.只能是4、6中的一条
解析：
本题考查的是光折射及光通过平行板时，方向不变，只发生侧移.从整体上看，它像平行玻璃砖，但是它内部的光路又不同于整块玻璃砖.但从左边AB面射入的光和从右边AB面射出的光应该平行，选项A、C不正确.由中间介质的折射率知，B正确.所以正确选项为B.
答案：
B
10.如图所示，用透明材料做成一长方体形的光学器材，要求从上表面射入的光线能从右侧面射出，那么所选的材料的折射率应满足
A.折射率必须大于
B.折射率必须小于
C.折射率可取大于1的任意值
D.无论折射率是多大都不可能
解析：
本题考查光的折射及全反射.光路图如图所示，从图中可以看出，为使上表面射入的光线经两次折射后从右侧面射出，θ1和θ2都必须小于临界角C，即θ1＜C,θ2＜C,而θ1+θ2=90°，故C＞45°，则折射率n=1/sinC＜
.故正确选项为B.
答案：
B
第Ⅱ卷（非选择题共60分）
二、本题共5小题,每小题4分，共20分.把答案填在题中的横线上或按题目要求作图.
11.若某介质的折射率为n，则从空气中射向该介质的光线，只有当入射角为_______时，反射光线才会与折射光线恰好垂直.
解析：
本题考查光的折射和反射.
光路如图所示.
由题意知θ1+θ2=90°
由折射定律得
n=
=
=tanθ1
则θ1=arctann.
答案：
arctann
12.如图所示是一块用折射率n=2的玻璃制成的透明体的横截面，ab是半径为R的圆弧，ac边与bc边垂直，∠aOc=60°.当一束平行黄色光垂直照到ac上时，ab部分的外表面只有一部分是黄亮的，其余是暗的.那么黄亮部分的弧长为_______.
解析：
假定光线MN射到ab界面上时恰好发生全反射，则MN上方的光线一定在界面ab上发生全反射，因此只有射到界面Nb上的光线才能射出玻璃，界面Nb部分是亮的.由sinC=1/n得∠C=30°
由几何关系知θ=30°，所以弧Nb的长度：
s=30°/360°×2πR=πR/6
所以黄亮部分的弧长是πR/6.
答案：
13.一半圆形玻璃砖，玻璃的折射率为
，AB为其直径，长度为D，O为圆心，一束宽度恰等于玻璃砖半径的单色平行光束垂直于AB从空气射入玻璃砖，其中心光线P通过O点，如图所示.M、N为光束边界光线.则M、N射出玻璃砖后的相交点距O点的距离为_______.
解析：
本题考查光的折射.光路如图所示.
由几何关系知,边界光线在界面上的入射角θ2=30°，由折射定律
n=
得sinθ1=nsinθ2=
则折射角θ1=60°
则OO′=2×
cotθ2=
D.
答案：
D
14.在日落很久以后，常能在高空中看到明亮的人造卫星.有一颗在地球赤道上方飞行的人造卫星，日落2h后仍能在正上方看到它，它的最低高度（地球半径为6.38×106m）为_______.
解析：
本题考查光的直线传播.若在地球北极上俯视，将看到地球做逆时针方向转动.如图所示，把人造地球卫星画在地球背光一侧上方，使它恰好被掠过地球表面的阳光照亮.从图可见，α角即为日落后地球转过的角度，h为最低高度
α=
×360°=30°
h=R（
-1）=6.38×106×（
-1）m=9.9×105m.
答案：
9.9×105m
15.某同学在测一厚度均匀的圆形玻璃的折射率时，先在白纸上画一与圆形玻璃同半径的圆，圆心为O，将圆形玻璃平放在白纸上，使其边界与所画的圆重合.在玻璃一侧竖直插两枚大头针P1和P2,在另一侧按正确方法再插两枚大头针P3和P4，移去大头针和圆形玻璃后，得图如下：
（1）从P3和P4一侧观察时，P1、P2、P3、P4应满足的关系为__________________________；
（2）完成光路图，并标明入射光线、玻璃内传播的光线、出射光线；
（3）用α和β表示出光线从玻璃射出空气时的入射角和折射角，并用它们表示出玻璃的折射率为_______.
解析：
（1）从P3和P4一侧观察，P3、P4和P1、P2的像应在一条直线上.
（2）连接P1、P2作为入射光线，延长至玻璃界面为入射点M；连接P3、P4作为出射光线，反向延长至玻璃界面为出射点N；连接M、N即为玻璃内传播的光线.
（3）连接O、N所作的直线是过出射点N点的界面法线，则入射角α和折射角β如图所示.由折射定律得：
n=
.
答案：
（1）P3、P4和P1、P2的像在一条直线上
（2）略（3）
三、本题共4小题，共40分.解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位.
16.（8分）水对空气的折射率为
.当在水面下放一强点光源时，可在水面上见到一个圆形透光平面.若光源在水面下2m处，看到的透光平面的直径是多少？
解析：
如图所示，光源为P，水面上见到的光即光源发出的光能从水中折射到空气中的部分.设该部分半径为r，直径为d，边缘光的入射角应等于临界角，即
sinC=
=
（3分）
有tanC=1.134（2分）
故r=htanC=2×1.134m=2.27m（2分）
则d=2r=2×2.27m=4.54m.（1分）
答案：
4.54m
17.（10分）湖边有一高塔，两同学想不登塔而估测塔高.他们有两只小船、几只浮标和长卷尺.请简述他们的测量原理、步骤和需要测量的物理量，并用所测的物理量表示塔高.
解析：
本题考查学生利用知识解决实际问题的能力.利用平面镜成像原理，甲同学划到湖内适当位置，立于船内目观湖内塔的倒影，并通知乙同学在塔影顶端水面位置放置一浮标.两同学协作测出甲同学的眼睛到水面的距离h1、甲同学到浮标的距离s1、浮标到塔底的距离s2.设塔高为h2（光路图如图），由几何关系得：
h2/h1=s2/s1，h2=h1s2/s1.故塔高为：
h1s2/s1.
答案：
原理略塔高为h1s2/s1
评分标准：
说清原理2分；光路图正确4分；所测物理量正确2分；结果正确2分.
18.（10分）光导纤维长l米，其折射率为n，光从一个端面进入，从另一端面射出，光在光纤中运动的最长时间是多少？
解析：
光在光导纤维内是以全反射的方式传播的，每次的入射角都大于或等于临界角，但等于临界角时路程最大，时间最长，如图所示.（2分）
由几何关系知：
sinC=
=
Δs=nΔl（2分）
设光经N次全反射从另一个端面射出，则总路程为s.
s=（N+1）Δs=（N+1）nΔl=n（N+1）Δl=nl.（2分）
光在玻璃中的传播速度v=
.（2分）
光在玻璃中传播的时间t=
=
.（2分）
答案：
19.（12分）雨过天晴，人们常看到天空中出现彩虹，它是由阳光照射到空中弥漫的水珠上时出现的现象.在说明这个现象时，需要分析光线射入水珠后的光路.一细束光线射入水珠，水珠可视为一个半径为R的球，球心O到入射光线的垂直距离为d.水的折射率为n.
（1）在图上画出该束光线射入水珠内，经一次反射后，又从水珠中射出的光路图；
（2）求这束光线从射向水珠到射出水珠每一次偏转的角度.
解析：
本题考查光的折射.
（1）光路如图所示.（4分）
（2）以θ1、θ2表示入射角、折射角，由折射定律得
sinθ1=nsinθ2（1分）
Δθ1、Δθ2、Δθ3表示每一次偏转的角度.由反射定律、折射定律和几何关系
可知sinθ1=
（1分）
Δθ1=θ1-θ2（1分）
Δθ2=π-2θ2（1分）
Δθ3=θ1-θ2（1分）
由以上各式解得
Δθ1=arcsin
-arcsin
（1分）
Δθ2=π-2arcsin
（1分）
Δθ3=arcsin
-arcsin
.（1分）
答案：
（1）图略.
（2）arcsin
-arcsin
π-2arcsin
arcsin
-arcsin
沁园春·雪<毛泽东>
北国风光，千里冰封，万里雪飘。
望长城内外，惟余莽莽；
大河上下，顿失滔滔。
山舞银蛇，原驰蜡象，
欲与天公试比高。
须晴日，看红装素裹，分外妖娆。
江山如此多娇，引无数英雄竞折腰。
惜秦皇汉武，略输文采；
唐宗宋祖，稍逊风骚。
一代天骄，成吉思汗，
只识弯弓射大雕。
俱往矣，数风流人物，还看今朝。
高者未必贤，下者未必愚
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