幾何光學(xué)單元測(cè)試（B卷）

1、幾何光學(xué)單元測(cè)試B卷說明：本試卷分為第、卷兩局部，請(qǐng)將第一卷選擇題的答案填入題后括號(hào)內(nèi)，第二卷可在各題后直接作答.共100分，考試時(shí)間90分鐘.第一卷(選擇題共40分)一、此題共10小題，每題4分，共40分.在每題給出的四個(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.假設(shè)在地球外表不存在大氣層，那么白晝時(shí)間將會(huì) 解析此題考查太陽光線在大氣層中的折射.由于地球大氣層對(duì)太陽光線的折射，當(dāng)人們看到太陽位于地平線上時(shí)，太陽的實(shí)際位置在地平線以下，因此假設(shè)地球外表不存在大氣層時(shí)，白晝時(shí)間將會(huì)變短.故正確選項(xiàng)為B.答案B2.關(guān)于日食

2、和月食,以下說法正確的選項(xiàng)是 ( )C.在月球進(jìn)入地球的半影區(qū)時(shí),可看到月偏食D.在月球全部進(jìn)入地球的本影區(qū)時(shí),可看到月全食解析此題考查日食和月食形成的原因.從圖甲可以看出,在月球的本影區(qū)里,太陽的光線不能到達(dá),故在區(qū)里可以看到日全食;在月球的半影區(qū)里,有局部太陽光線到達(dá),故在半影區(qū)里,只有太陽邊緣的光線能射到,故在區(qū)里能看到日環(huán)食.由圖乙可以看到,當(dāng)月球進(jìn)入地球的半影區(qū)a、c時(shí),由于仍有局部光線射到整個(gè)月球,整個(gè)月球仍是亮的,故在地球上不會(huì)看到月食,只有當(dāng)月球一局部進(jìn)入地球的本影區(qū)b時(shí),才可看到月偏食.在月球全部進(jìn)入地球的本影區(qū)時(shí),才可看到月全食,C錯(cuò)D對(duì).答案ABD3.對(duì)以下自然現(xiàn)象描述正

3、確的選項(xiàng)是 A.在海面上，向遠(yuǎn)方望去，有時(shí)能看到遠(yuǎn)方的景物懸在空中.同樣，在沙漠中也能觀察到同樣的現(xiàn)象B.在沙漠中，向遠(yuǎn)方望去，有時(shí)能看到遠(yuǎn)方景物的倒影.同樣，在海面上也能觀察到同樣的現(xiàn)象C.在海面上，向遠(yuǎn)方望去，有時(shí)能看到遠(yuǎn)方的景物懸在空中.在沙漠中，向遠(yuǎn)方望去，有時(shí)能看到遠(yuǎn)方景物的倒影D.在海面上，向遠(yuǎn)方望去，有時(shí)能看到遠(yuǎn)方景物的倒影.在沙漠中，向遠(yuǎn)方望去，有時(shí)能看到遠(yuǎn)方的景物懸在空中解析此題考查兩種不同的全反射現(xiàn)象.夏天海面上的下層空氣溫度比上層低，密度比上層大，折射率也大，遠(yuǎn)處景物發(fā)出的光線射向空中時(shí)，由于不斷被折射，越來越偏離法線方向，進(jìn)入上層空氣的入射角不斷增大，以至于發(fā)生全反射.

4、人們逆著光線看去，就會(huì)看到遠(yuǎn)處景物懸在空中.夏天沙漠里接近沙面的空氣溫度高，因而密度比上層的小，折射率也小，遠(yuǎn)處景物射向地面的光線進(jìn)入折射率小的下層熱空氣層時(shí)被折射，入射角不斷增大，也能發(fā)生全反射.人們逆著反射的光線看去,就會(huì)看到遠(yuǎn)處景物的倒影.故C正確.答案C4.如下圖，一細(xì)束紅光與一細(xì)束藍(lán)光平行射到同一個(gè)三棱鏡上，經(jīng)折射后交于光屏上的同一點(diǎn)M.假設(shè)用和分別表示三棱鏡對(duì)紅光和藍(lán)光的折射率，以下說法中正確的選項(xiàng)是 A. ，a為藍(lán)光，b為紅光B. ，a為藍(lán)光，b為紅光C.a光在玻璃中的傳播速度比b光大D.a光在玻璃中的傳播速度比b光小解析此題考查光的折射.由光路圖可知,a光線經(jīng)三棱鏡折射后的偏折

5、角大,因此a光的折射率較大,所以a光為藍(lán)光,b光為紅光, v=,a光的折射率比b光大,所以a光在玻璃中的傳播速度比b光小,故D正確.答案AD5.用薄玻璃片制成一個(gè)密閉而中空的三棱鏡放入水中,當(dāng)一束白光從其一個(gè)側(cè)面斜射入并通過三棱鏡時(shí),下述正確的選項(xiàng)是 ( )解析光在兩介質(zhì)中傳播發(fā)生折射時(shí),如果從光密介質(zhì)傳到光疏介質(zhì),入射角小于折射角;如果從光疏介質(zhì)傳到光密介質(zhì),入射角大于折射角.所以可判斷出在水中光通過中空三棱鏡后,各色光都向頂角偏折,并且紫光的偏向角最大,所以A、D正確.答案AD的海水下h深處，向上觀察水面，能看到的天穹和周圍的景物都出現(xiàn)在水面上的一個(gè)圓形面積為SS和深度h的關(guān)系，正確的說法

6、是 A.S與水深h成正比B.S與水深h成反比C.S與水深h的平方成正比D.S與水深h的平方成反比，此時(shí)折射角等于臨界角，sinC=那么C=45如下圖，可知R=h所以S=.由上式可知正確選項(xiàng)為C.答案Ca的正方體A和半徑為r=a的半球體BA、B中心處報(bào)紙上的文字,下面的觀察記錄,哪一項(xiàng)為哪項(xiàng)正確的 ( )A.A中的字比B中的高B.B中的字比A中的高C.A、B中的字一樣高P發(fā)出的光線PD垂直界面射出,方向不變;光線PC射出時(shí),偏離了原來的方向,兩條折射光線反向延長線的交點(diǎn)A中看到的字比實(shí)際位置高.B中的字P發(fā)出的光線都沿半徑方向,即沿法線方向射出,傳播方向不變,故在B中看到的字位置不變.A對(duì).答案

7、A8.公園里燈光噴泉的水池中有處于同一深度的假設(shè)干彩燈.在晚上觀察不同顏色的彩燈的深度和水面上被照亮的面積，以下說法正確的選項(xiàng)是 A.紅燈看起來較淺，紅燈照亮的水面面積較小B.紅燈看起來較深，紅燈照亮的水面面積較小C.紅燈看起來較淺，紅燈照亮的水面面積較大D.紅燈看起來較深，紅燈照亮的水面面積較大h，色光折射率為n，那么視深為=,由于紅光折射率最小，所以紅燈看起來較深.恰好發(fā)生全反射時(shí)的光路如下圖，由sinC=知，紅光的臨界角C最大，那么紅燈照亮的水面半徑R=htanC最大，所以紅燈照亮的水面面積S=也最大.故正確選項(xiàng)為D.答案D9.一束復(fù)色光由空氣射到一塊平行玻璃磚上,經(jīng)兩次折射后分成兩束單

8、色光a、b.a光在玻璃中的傳播速度比b光大,那么以下哪個(gè)光路圖是正確的 ( )解析此題考查介質(zhì)對(duì)不同色光的折射率不同、不同色光在同種介質(zhì)中的傳播速度不同及偏折角不同.因?yàn)閍光在玻璃中的傳播速度比b光大,由n=知,a光的折射率比b光小,故a光比b光的折射角大;光線通過平行玻璃磚時(shí),只發(fā)生側(cè)移,但傳播方向不變,即a、b兩束單色光都與入射的復(fù)色光平行,故B正確.答案B10.如下圖，用透明材料做成一長方體形的光學(xué)器材，要求從上外表射入的光線能從右側(cè)面射出，那么所選的材料的折射率應(yīng)滿足 解析此題考查光的折射及全反射.光路圖如下圖，從圖中可以看出，為使上外表射入的光線經(jīng)兩次折射后從右側(cè)面射出，和都必須小于

9、臨界角C，即C, C,而+=90，故C45，那么折射率n=1/sinC.故正確選項(xiàng)為B.答案B第二卷(非選擇題共60分)二、此題共5小題,每題4分，共20分.把答案填在題中的橫線上或按題目要求作圖.11.公路交通標(biāo)志牌是由基板和附著在基板上的反光膜組成,反光膜一般由鍍?cè)诓Ａ⒅樯系你y層組成,夜間能將汽車射來的燈光反射回去,使司機(jī)看清交通標(biāo)志.交通標(biāo)志牌的結(jié)構(gòu)示意圖如下,這種交通標(biāo)志牌的原理是.解析此題考查光的反射的應(yīng)用.光線透過保護(hù)層折射進(jìn)入玻璃珠,進(jìn)入玻璃珠的光線在鍍銀的反光層上反射后,再從玻璃珠折射出來,出射光線便沿原來的入射方向返回,光路圖如右圖所示.可見,這種交通標(biāo)志牌的原理是光的反射

10、.答案光的反射n=2的玻璃制成的透明體的橫截面，ab是半徑為R的圓弧，ac邊與bc邊垂直，aOc=60.當(dāng)一束平行黃色光垂直照到ac上時(shí)，ab局部的外外表只有一局部是黃亮的，其余是暗的.那么黃亮局部的弧長為.解析假定光線MN射到ab界面上時(shí)恰好發(fā)生了全反射，那么MN上方的光線一定在界面ab上發(fā)生了全反射，因此只有射到界面Nb上的光線才能射出玻璃，界面NbC=1/n得C=30由幾何關(guān)系知=30，所以弧Nb的長度：s=30/3602R=R/6所以黃亮局部的弧長是R/6.答案13.一半圓形玻璃磚，玻璃的折射率為3，AB為其直徑，長度為D，O為圓心，一束寬度恰等于玻璃磚半徑的單色平行光束垂直于AB從空

11、氣射入玻璃磚，其中心光線P通過O點(diǎn)，如下圖.M、NM、N射出玻璃磚后的相交點(diǎn)距O點(diǎn)的距離為 .解析此題考查光的折射.光路如下圖.由幾何關(guān)系知,邊界光線在圓形界面上的入射角=arcsin=arcsin=30，由折射定律n=得sin=nsin=那么折射角=60那么O=2cot=32D.答案32Dm)為 .解析此題考查光的直線傳播.假設(shè)在地球北極上俯視，將看到地球做逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng).如下圖，把人造地球衛(wèi)星畫在地球背光一側(cè)上方，使它恰好被掠過地球外表的陽光照亮.從圖可見，角即為日落后地球轉(zhuǎn)過的角度，h為最低高度=360=30h=R(-1)=6.38(-1) m=9.9m.答案9.9m15.某同學(xué)在測(cè)一厚

12、度均勻的圓形玻璃的折射率時(shí)，先在白紙上畫一與圓形玻璃同半徑的圓，圓心為O和,在另一側(cè)按正確方法再插兩枚大頭針和，移去大頭針和圓形玻璃后，得圖如下：1從和一側(cè)觀察時(shí)，、應(yīng)滿足的關(guān)系為；2完成光路圖，并標(biāo)明入射光線、玻璃內(nèi)傳播的光線、出射光線；3用和表示出光線從玻璃射入空氣時(shí)的入射角和折射角，并用它們表示出玻璃的折射率為.解析1從和一側(cè)觀察，、和、的像應(yīng)在一條直線上.2連接、作為入射光線，延長至玻璃界面為入射點(diǎn)M；連接、作為出射光線，反向延長至玻璃界面為出射點(diǎn)N；連接M、N即為玻璃內(nèi)傳播的光線.3連接O、N所作的直線是過出射點(diǎn)N點(diǎn)的界面法線，那么入射角和折射角如下圖.由折射定律得：n=.答案1、和

13、、的像在一條直線上2略3三、此題共4小題，共40分.解容許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)如右圖所示,平面鏡MN繞垂直于紙面的軸以角速度= rad/s勻速轉(zhuǎn)動(dòng),AB為一段圓心在O點(diǎn)的圓弧形屏幕,弦角AOB=60.有一束來自頻閃光源的平行光束通過狹縫S射向平面鏡MN上的O點(diǎn),光源每秒閃動(dòng)12次,那么屏幕AB上每秒內(nèi)出現(xiàn)的光斑次數(shù)最多是多少?解析此題考查光的反射.(1)平面鏡轉(zhuǎn)過角時(shí),反射光線轉(zhuǎn)過2角,故反射光線轉(zhuǎn)過60所用的時(shí)間:t=s=0.25 s.(2)在0.25 s的時(shí)間內(nèi)屏幕AB上出現(xiàn)的光斑次

14、數(shù):n=ft=120.25個(gè)=3個(gè).(3)假設(shè)第一個(gè)光斑恰好出現(xiàn)在A點(diǎn),那么在0.25 s的時(shí)間里,屏幕AB上最多可出現(xiàn)4個(gè)光斑,這也是屏幕AB上每秒內(nèi)出現(xiàn)的最多光斑數(shù).答案4個(gè)17.10分湖邊有一高塔，兩同學(xué)不登塔而估測(cè)出了塔高.他們有兩只小船、幾只浮標(biāo)和長卷尺.請(qǐng)簡述他們的測(cè)量原理、步驟和需要測(cè)量的物理量，并用所測(cè)的物理量表示塔高.、甲同學(xué)到浮標(biāo)的距離、浮標(biāo)到塔底的距離.設(shè)塔高為光路圖如圖，由幾何關(guān)系得：/=/，=/.故塔高為：/.答案原理略塔高為/18.10分光導(dǎo)纖維長l，其折射率為n，光從一個(gè)端面進(jìn)入，從另一端面射出，光在光纖中運(yùn)動(dòng)的最長時(shí)間是多少？解析光在光導(dǎo)纖維內(nèi)是以全反射的方式傳播的，每次的入射角都大于或等于臨界角，但等于臨界角時(shí)路程最大，時(shí)間最長，如下圖.由幾何關(guān)系知：sinC=s=nl設(shè)光經(jīng)N次全反射從另一個(gè)端面射出，那么總路程為s.s=(N+1)s=(N+1)nl=n(N+1)l=nl光在玻璃中的傳播速度v=光在玻璃中傳播的時(shí)間t=.答案19.12分雨過天晴，人們?？吹教炜罩谐霈F(xiàn)彩虹，它是由陽光照射到空中彌漫的水珠上時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象.在說明這個(gè)現(xiàn)象時(shí)，需要分析光線射入水珠后的光路.一束細(xì)光線射入水珠，水珠可視為一個(gè)半徑為R的球，球心O到入射光線的垂直距離為d.水的折射率為n.