2021-2022年高二物理选择性必修第一册同步课时作业训练
4.1 光的折射
一、单选题。本大题共10小题,每小题只有一个选项符合题意。
1.如图所示,把半径为false的玻璃半球体放在纸面上,让它的凸面向上,分别从A、false两处(其中A处为玻璃半球体的最高点)观察玻璃半球体中心false处纸面上的文字,下列说法正确的是( )
A.从false处看到的字比从false处看到的字高
B.从false处看到的字比从false处看到的字高
C.从false处看到的字和从false处看到的字一样高
D.从false处看到的字比没有放玻璃半球体时看到的字低
2.图中的虚线分别表示两种介质的界面及其法线,实线表示一条光线射向界面后发生反射和折射的光线。以下说法正确的是( )
A.bO可能是入射光线 B.aO一定是入射光线
C.cO可能是入射光线 D.bO不一定是反射光线
3.如图所示,两束单色光a,b分别照射到玻璃三棱镜AC面上的同一点,且都垂直AB边射出三棱镜,则下列说法中正确的是( )
A.a光的频率高
B.b光的波长大
C.a光穿过三棱镜的时间短
D.b光穿过三棱镜的时间短
4.“false超”可用于探测人体内脏的病变状况。图是超声波从肝脏表面入射,经折射与反射,最后从肝脏表面射出的示意图。超声波在进入肝脏发生折射时遵循的规律与光的折射规律类似,可表述为false(式中false是入射角,false是折射角,false分别是超声波在肝外和肝内的传播速度),超声波在肿瘤表面发生反射时遵循的规律与光的反射规律相同,已知false,入射点与出射点之间的距离是false,入射角为false,肿瘤的反射面恰好与肝脏表面平行,则肿瘤离肝脏表面的深度false为( )
A.false B.false
C.false D.false
5.如图为2019年4月10日21时公布的,人类首次成功捕获的false星系中心的黑洞图像.我们无法用肉眼看到“真身”,因为黑洞的引力很大,强到连光都无法逃脱黑洞的强大引力作为种电磁波,光可以在真空和大气中以接近false的速度前进,如果有一频率为false的光射入眼中,结合下表分析,我们会感觉到的颜色是( )
光的颜色
红
橙
黄
绿
蓝—靛
紫
真空中的波长false
700~620
620~600
600~580
580~490
490~450
450~400
A.橙色 B.黄色光 C.绿色光 D.紫色光
6.如图所示,一横截面为直角三角形的三棱镜,false ,false。一条与false面成false角的光线射向false边,经过false边一次反射,再从false边射出,且出射光线的折射角为false。则这种材料的折射率为( )
A.false B.false C.false D.2
7.如图所示,OBCD为半圆柱体玻璃的横截面,OD为直径,一束由红光和蓝光组成的光从真空沿AO方向从直径面斜射入玻璃,B、C两点为两单色光的射出点,已知从B点射出的单色光由O到B的传播时间为tB,从C点射出的单色光由O到C的传播时间为tC,则( )
A.OC光线为红光,tB=tC
B.OB光线为红光,tB=tC
C.OC光线为红光,tB>tC
D.OB光线为红光,tB<tC
8.如果光以同一入射角从真空射入不同介质,则折射率越大的介质( )
A.折射角越大,表示这种介质对光线的偏折程度越大
B.折射角越大,表示这种介质对光线的偏折程度越小
C.折射角越小,表示这种介质对光线的偏折程度越大
D.折射角越小,表示这种介质对光线的偏折程度越小
9.如图所示,一束可光见穿过平行玻璃砖后,分成a、b两束单色光,下列说法正确的是( )
A.单色光a在玻璃砖中的传播速度大于单色光b在玻璃砖中的传播速度
B.玻璃砖对单色光a的折射率大于对单色光b的折射率
C.从玻璃砖中出射后,单色光a的出射角大于单色光b的出射角
D.有可能单色光a是紫光,单色光b是黄光
10.如图所示,一束由两种单色光组成的复色光Ⅰ从空气中射向水面,进入水面后变成Ⅱ、Ⅲ两光,折射角分别为false和false,且false>false。下列说法正确的是( )
A.若光束Ⅱ是蓝光,光束Ⅲ有可能是紫光
B.若光束Ⅱ是紫光,光束Ⅲ有可能是蓝光
C.光束Ⅱ与光束Ⅲ在水中的速率之比false
D.光束Ⅱ与光束Ⅲ在水中的波长之比false
二、多选题。本大题共3小题,每小题有一个选项或多个选项符合题意。
11.在用两面平行的玻璃砖测定玻璃的折射率的实验中,其实验光路如图所示,对实验中的一些具体问题,下列说法正确的是( )
A.为了减少作图误差,C和D的距离应适当取大一些
B.为了减少测量误差,A、B连线与法线NN′的夹角应适当大一些
C.若A、B的距离较大时,通过玻璃砖会看不到A、B的像
D.若A、B连线与法线NN′间夹角过大时,有可能在bb′一侧看不清A、B的像
12.如图所示,包含红、蓝两种颜色的一复色光沿半径方向射向一块半圆形玻璃砖。在玻璃砖底面的入射角为i,经折射后射出到空气中。下列说法正确的是( )
A.在玻璃砖中,a光的传播速度小于b光的传播速度
B.a光为红光,b光为蓝光
C.玻璃砖材料对a光的折射率小于对b光的折射率
D.若改变光束的入射方向使i角逐渐变大,则a光的折射光首先消失
13.如图所示,虚线表示两种介质的界面及其法线,实线表示一束光线以及它射向界面后发生反射和折射的光线,以下说法正确的是( )
A.bO不可能是入射光线
B.aO是入射光线
C.cO是入射光线
D.Ob是反射光线
三、填空题。本大题共4小题。
14.光的折射
(1)折射现象:光从第1种介质射到该介质与第2种介质的______时,一部分光会______第2种介质的现象。
(2)折射定律:折射光线与入射光线、法线处在______内,折射光线与入射光线分别位于______;______与______成正比,即false(式中n12是比例常数)。
(3)在光的折射现象中,光路是______的。
15.如图所示,直线false代表平静的水面,一束由红光和紫光组成的复色光射到水面上,折射光线与直线false的夹角分别为α和β。如果水对紫光的折射率为nβ,则水对红光的折射率为_____,红光和紫光在水中的传播速度之比为_____。
16.一束光从某介质进入真空,方向如图1所示,则该介质的折射率为________;逐渐增大入射角,光线将________(填“能”或“不能”)发生全反射;若使光发生全反射,应使光从________射入________,且入射角大于等于________。
17.一细光束由红光和紫光组成,这束光垂直射入三棱镜false边表面,从false边上的false点射出,射出后分成a、b两束光,如图所示,则a光为___________(填“红光”或“紫光”),在真空中a光的波长___________ (填“大于”“等于”“小于”)b光的波长,在三棱镜中a光的速率___________ (填“大于”“等于”“小于”) b光的速率。
四、解答题。本大题共3小题,解答过程必修有必要的文字说明,公式和解题过程。
18.如图所示,一个储油桶的底面直径与高均为d。当桶内没有油时,从某点A恰能看到桶底边缘的某点B。当桶内油的深度等于桶高的一半时,仍沿AB方向看去,恰好看到桶底上的点C,C、B两点相距false求:
(1)油的折射率;
(2)光在油中传播的速度大小;
(3)在桶正上方看到的油在桶中的深度h。
甲 没有油时刚好看到B点 乙 有油时沿同一方向看去可以看到C点
19.半径为R的玻璃半圆柱体,横截面如图所示,圆心为点O,AO为与底面垂直的半径。一束红光沿截面射向圆柱面,方向与底面垂直,入射点为B,∠AOB=60°,已知该玻璃对红光的折射率false,光线经柱面折射后与底面的交点到点O的距离是多少?请画出光路图并求解。
20.利用激光可测量玻璃的折射率。在如图所示的光路中,A为激光的出射点,O为半圆形玻璃砖横截面的圆心,AO过半圆顶点。从点A发出的光束与AO成α角,以入射角i入射到半圆弧上,出射光平行于AO,求此玻璃的折射率。
参考答案
1.C
【解析】只有入射角不等于零时才会发生折射,当人通过玻璃半球体看中心false处的字的时候,进入眼睛的光线沿着半球体半径,也就是球面法线方向,所以不发生折射,物像重合,从A处看到的字和从false处看到的字一样高,而且和没有放玻璃半球体时一样高。
故选C。
2.B
【解析】A.根据光的反射定律知,在光的反射中,反射角等于入射角,入射光线和反射光线分居法线两侧.根据光的折射规律知,在光的折射中,折射角与入射角不相等,且分居法线两侧,可知,PQ是法线,MN是界面,bO不可能是入射光线,选项A错误.
BCD.由于在光的反射中,反射角等于入射角,入射光线和反射光线分居法线两侧,可知cO不可能是入射光线,由以上的分析可知,aO一定是入射光线,Ob是反射光线,Oc是折射光线,选项B正确,CD错误。
故选B。
3.C
【解析】CD.由题意得,a,b两束光线进入玻璃三棱镜之后折射光线重合,即
na<nb
由false可知在玻璃中
va>vb
所以a光穿过三棱镜的时间短,C正确,D错误;
AB.又因为折射率越大,频率越高,所以b光频率高,又由c=λf得b光的波长小,则AB错误;
故选C。
4.D
【解析】画出波的传播示意图如图所示
由题意
false
得
false
由几何知识有
false
解得
false
故D正确,ABC错误。
故选D。
5.C
【解析】光的波长
false
查题表可得,是绿色光。
故选C。
6.B
【解析】光路图如图所示,光线在false边上的入射角
false
光线从false边上出射时的折射角false,由折射定律可知,光线在false边上的折射角false等于在false边上的入射角false。根据几何关系有
false
可得
false
根据折射定律可知,这种材料的折射率为
false
ACD错误,故B正确。
故选B。
7.A
【解析】玻璃对红光的折射率小于对蓝光的折射率,由折射定律知,红光和蓝光以相同的入射角射入玻璃砖时,红光的折射角大,所以OC光线为红光.设任一光线在O点的入射角为i,折射角为r,光在玻璃中传播的路程是s,半圆柱的半径为R.则光在玻璃中的速度为
false
由几何知识得
s=2Rcos(90°-r)=2Rsin r
则光在玻璃传播时间为
false
由折射定律得
nsin r=sin i
则得
false
由题知,入射角i相同,R、c相等,所以时间t相同,即有
tB=tC
故选A。
8.C
【解析】由折射定律可知,在入射角相同的情况下,折射角越小,表示这种介质的折射率越大,介质对光线的偏折程度越大。故ABD错误,C正确。
故选C。
9.A
【解析】ABD.根据光路可知,单色光b的偏移距离更大,所以单色光b的折射率更大,根据折射率与速度的关系
false
可知,单色光a在玻璃砖中的传播速度大于单色光b在玻璃砖中的传播速度;根据折射率与频率的关系,单色光a的频率较小,而紫光的频率大于黄光的频率。A正确,BD错误;
C.光线通过平行玻璃砖,出射方向与入射方向平行,所以从玻璃砖中出射后,单色光a的出射角等于单色光b的出射角。C错误。
故选A。
10.A
【解析】AB.紫光的折射率比蓝光的折射率大,则入射角相等时,紫光的折射角更小,若光束Ⅱ是蓝光,则光束Ⅲ有可能是紫光,A正确,B错误;
C.Ⅱ和Ⅲ的折射率之比
false
两束光在水中的速率由
false
可得
v1﹕v2=sinα﹕sinβ
C错误;
D.由
false
可得
false
false
false
因为
v1>v2
f2>f1
所以
v1f2>v2f1
所以
false
而又因为
α>β
sinβ﹕sinα<1
故D错误。
故选A。
11.ABD
【解析】A.折射光线是通过过CD的直线确定的,CD间距离适当取大一些,可以使折射光线的方向更准确,故A正确;
B.A、B连线是入射光线,A、B连线与法线NN′的夹角是入射角,入射角适当大些,折射角也会大些,折射现象比较明显,角度的相对误差会小些,故B正确;
C.根据光路可逆原理,光线一定会从下表面射出,不会在下表面发生全反射,即使A、B的距离较大时,通过玻璃砖仍然会看到A、B的像,故C错误;
D.若A、B连线与法线NN′间夹角过大时,光线从下表面射出时,光强减弱,有可能在bb′一侧看不清A、B的像,故D正确。
故选ABD。
12.AD
【解析】AC.光线a的偏折程度大,根据光路可逆结合折射定律公式可得
false
其中r是折射角,可知a光的折射率大;再根据公式
false
可知a光在玻璃中的传播速度小,故A正确、C错误;
B.a光的折射率大,说明a光的频率高,根据
c=λf
a光在真空中的波长较短,故B错误;
D.若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大,则折射光线a的折射角先达到90°,故a光先发生全反射,折射光线先消失,故D正确。
故选AD。
13.ABD
【解析】由于反射角等于入射角,反射光线、入射光线关于法线对称,所以aO、Ob可能是入射光线和反射光线,PQ是法线。又因为折射光线与入射光线分别位于法线两侧,所以aO是入射光线,Ob是反射光线,Oc是折射光线。
故选ABD。
14.分界面 进入 同一平面 法线的两侧 入射角的正弦 折射角的正弦 可逆
【解析】略
15.false false
【解析】[1]设入射角为false,由折射定律可得
false
同理
false
解得
false
[2]因为
false
解得
false
16.false 能 介质 真空 45°
【解析】略
17.紫光 小于 小于
【解析】[1][2][3].因紫光的频率比红光大,紫光的折射率大于红光,由图可知a是紫光;真空中a光(紫光)的波长小于b光(红光)的波长,根据false可知,在三棱镜中a光的速率小于b光的速率。
18.(1)false;(2)false;(3)false或false
【解析】(1)因为底面直径与桶高相等,所以false
由false可知
false
折射率
false
(2)因为
false
所以光在油中的传播速度是
false
(3)由光的折射定律可知
false
解得
false
或false,或false。
19.false
【解析】光线的折射光路如图。
光线在B点的入射角为i=60°,折射率为n=false,根据折射定律
false
解得折射角为
r=30°
由几何关系可知,在底面上,折射点距离O点为
false
20.false
【解析】由图
设折射角为r,根据几何知识得
false
false
则得
false
此玻璃的折射率为
false
解得
false