4.1光的折射 学科素养提升练（word版含答案）

4.1光的折射 学科素养提升练（解析版）
一、选择题
1．如图，一个透明玻璃球的折射率为，一束足够强的细光束在过球心的平面内，以45o入射角由真空射入玻璃球后，在玻璃球与真空的交界面处发生多次反射和折射，能从玻璃球内射出光线的位置有（　　）
A．2 处 B．3 处 C．4处 D．5处
2．如图所示，用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，下列说法中正确的是（　　）
A．若P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像
B．为减少测量误差，P1、P2的连线与法线NN'的夹角应尽量小些
C．为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些
D．若P1、P2的连线与法线NN'夹角较大时，有可能在bb′面发生全反射
3．下列光现象中与小孔成像原理相同的是（　　）
A．“手影”游戏； B．水中“折筷”
C．山的“倒影”； D．雨后“彩虹”
4．如图所示，用插针法测定玻璃折射率的实验中，以下说法正确的是（　　）
（1）本实验必须选用两折射面相互平行的玻璃砖
（2）若有多块平行玻璃砖可选用，应选择两平行折射面距离最大的一块
（3）P1、P2及P3、P4之间的距离适当取得大些，可以提高准确度
（4）若入射角太大，折射光线会在玻璃砖的内表面发生全反射
A．（1）（2） B．（1）（3） C．（2）（3） D．（1）（4）
5．如图所示为一等腰梯形的特殊玻璃，其上表面长2m，下表面长6m，高2m，现用两束对称光分别从A、B点射入，并于C点聚焦。若C到玻璃下表面的距离D点为2.5m，AB的距离为3m，则该玻璃的折射率取值范围是（　　）
A．（1，） B．（1，） C．（1，2） D．（1，）
6．如图所示，用插针法测定玻璃的折射率。下列说法正确的是（　　）
A．若选用两折射面不平行的玻璃砖，则无法进行实验
B．为了提高准确度，P1与P2及P3与P4之间的距离应适当大些
C．若有多块平行玻璃砖可选，应选择两平行折射面距离最小的玻璃砖
D．若入射角1太大，则折射光线会在平行玻璃砖的下表面发生全反射
7．有一束单色光从A穿过B再折向C，如图所示，下列说法中正确的是（　　）
A．介质B的折射率最大 B．介质C的折射率最大
C．光在介质B中的速度最小 D．光在介质C中的速度最大
8．、、三条平行光线从空气射向玻璃砖且方向垂直于半圆柱体玻璃砖的截面直径，如图所示。光线正好过圆心，光线、从光线的两侧对称入射，光线、从玻璃砖下表面进入空气后与光线交于、，则下列说法正确的是（　　）
A．玻璃对三种光的折射率关系是
B．玻璃对三种光的折射率关系是，光的折射率大小无法确定
C．光在真空中的传播速度大于光的传播速度
D．若、都能使某金属发生光电效应，则打出的光电子的最大初动能大于光打出的光电子的最大初动能
9．惠更斯在研究了光的折射现象之后曾思考过一个问题：让两束折射率不同的单色光以相同的入射角从截面为半圆形的玻璃砖左端入射，不考虑光在玻璃砖中的反射，则它们在玻璃砖中运动时间关系（　　）
A．折射率大的光运动时间长 B．折射率小的光运动时间长
C．它们运动的时间相等 D．无法确定
10．如图，截面为四分之一圆、半径为的玻璃砖静止于水平地面上，一束单色光垂直于、从点射入玻璃砖后，在地面上的和点各得到一个亮点，且长为、长为则玻璃砖对该光的折射率为（　　）
A．1.5 B． C． D．
11．某同学测定玻璃砖的折射率。如图所示，半圆形玻璃砖的直径边界为EF、半圆弧边界为EDF，CD垂直EF并过圆心O。某次实验中，他沿OA画一条直线，并在OA线上适当位置竖直插上两枚大头针P1、P2；放上玻璃砖后，在另一侧寻找合适位置竖直插上大头针P3，使P3挡住P1、P2的像，移走玻璃砖和大头针，沿O、P3做直线OB，直线OB可看成沿OA入射的光透过玻璃砖后的折射光线。下列选项正确的是（　　）
A．找折射光线时，应该在玻璃另一侧插两枚大头针P3、P4，不能只插一枚大头针P3
B．当∠AOC太大时，在玻璃砖的另一侧将看不到P1、P2的像
C．光在玻璃中和空气中的传播速度之比为
D．该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心逆时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将偏大
12．在用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验中，其实验光路图如图所示，对实验中的一些具体问题，下列说法正确的是（　　）
A．若、的距离较大时，通过玻璃砖会看不到、的像
B．实验中为方便操作可用玻璃砖代替尺子画线
C．为了减小作图误差，和的距离应适当大一些
D．为减小测量误差，、连线与玻璃砖界面法线的夹角越大越好
13．如图所示，在“测量平行玻璃砖的折射率”实验中，下列说法正确的是（　　）
A．为了提高实验精度应选用两光学表面间距大的玻璃砖
B．实验中要保证四枚大头针在同一直线上
C．为了防止在界面a′发生全反射，入射角θ1应尽量小些
D．若作出的界面a与界面a′的间距比玻璃两表面的实际间距大，则测量结果将偏小
14．如图，空气中有两块材质不同、上下表面平行的透明玻璃板平行放置；一细光束从空气中以某一角度（）入射到第一块玻璃板的上表面。下列说法正确的是（　　）
A．在第二块玻璃板下表面一定没有出射光
B．第二块玻璃板下表面的出射光方向一定与入射光方向平行
C．第二块玻璃板下表面的出射光一定在入射光延长线的左侧
D．第一块玻璃板下表面的出射光线一定在入射光延长线的右侧
15．如图所示，空气中水平放置着一个足够宽的长方体玻璃砖，在竖直平面内相距为d、彼此平行的两条细光束甲、乙斜射到玻璃砖的上表面。已知甲光光子的能量比乙光光子的能量大，不考虑所有的反射光线，则下列说法正确的是（　　）
A．两束光在玻璃中传播的路程可能相等
B．两束光在玻璃中的传播速度甲的比乙的小
C．两束光射出玻璃砖后光子的能量都会变小
D．两束光射出玻璃砖后仍然平行且距离可能等于d
二、解答题
16．如图所示，等边三角形ABC为某透明玻璃三棱镜的截面图，边长等于L，在截面上一束足够强的细光束从AB边中点与AB边成37°角由真空射入三棱镜，从BC边射出的光线与BC的夹角为37°。光在真空中的速度为c，求：
（1）玻璃的折射率；
（2）光在三棱镜中的传播时间。
17．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C点，C、B两点相距。求：
（1）在图（b）中画出入射光线CO的折射光线；
（2）油的折射率；
参考答案
1．B
【分析】
考查光的折射和全反射。
【详解】
光在玻璃球中发生全反射的临界角
光在玻璃球中的折射率
解得
光路图如图所示，共有三条。
故选B。
2．C
【详解】
A．根据光路可逆性原理可知，光线一定会从下表面射出，光线不会在玻璃砖的的内表面发生全反射，即是P1、P2的距离较大，通过玻璃砖仍然可以看到P1、P2的像，故A错误；
B．为减少测量误差，入射角应适当大一些，则P1、P2的连线与法线NN'的夹角应尽量大些，故B错误；
C．为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大些，故C正确；
D．由几何知识可知，光线在上表面的折射角等于下表面的入射角，根据光路可逆性原理可知，光线一定会从下表面射出，折射光线不会在玻璃砖的下表面发生全反射，故D错误。
故选C。
3．A
【详解】
小孔成像的原理是光沿直线传播。
A．“手影”游戏，影子的形成是光沿直线传播，故A正确；
B．水中“折筷”，是光从水中射入空气中，发生了折射，故B错误；
C．山的“倒影”，属于平面镜成像，其原理是光的反射，故C错误；
D．雨后“彩虹”，是光的色散现象，其原理是光的折射，故D错误。
故选A。
4．C
【详解】
（1）本实验必须选用两折射面不相互平行的玻璃砖也可以测定折射率；
（2）选择两平行折射面距离最大的一块，这样入射点与出射点距离较大，作图误差较小；
（3）P1、P2及P3、P4之间的距离适当取得大些，光路更准确，可以提高准确度；
（4）由光疏介质进入光密介质，不会发生全反射，所以根据光路可逆，入射角太大，折射光线在玻璃砖的内表面也不会发生全反射。
故选C。
5．A
【详解】
依题意，作出如图所示光路图
由折射定律可得
由几何知识可得
由题中提供数据可得，，，为了便于计算，设，则可得
由于，当时，代入上式，求得
故该玻璃的折射率取值范围是（1，），故选A。
6．B
【详解】
A．实验中玻璃砖上下表面不一定需要平行，只要能确定光线的入射点及出射点即可， A错误；
B．为了提高准确度，P1与P2及P3与P4之间的距离应适当大些，太小易出现偏差，B正确；
C．在宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择时，玻璃砖宽度较大时，引起的角度误差较小，C错误；
D．入射角θ1太大，根据光路可逆性原理可知折射光线不会在玻璃砖下表面发生全反射，D错误。
故选B。
7．B
【详解】
AB．由光路的可逆性，假设光分别由B进入A和C，根据折射率的物理意义可知，折射率是反映介质对光线偏折程度的物理量，进入C的偏折程度大于进入A的偏折程度，可知C的折射率比A的大，B中的入射角最大，折射率最小，可得
nC>nA>nB
A错误，B正确；
CD．由可以判断出，光在B中传播的速度最大，在C中传播的速度最小，CD错误。
故选B。
8．B
【详解】
AB．c光通过玻璃砖后偏折程度比a光的大，所以玻璃对c光的折射率大于对a光的折射率。由于玻璃对b光没有发生偏折，无法判断玻璃对b光的折射率与对a、c两光的折射率的大小，A错误，B正确；
C．光在真空中的传播速度等于光的传播速度，C错误；
D．c光的折射率大，频率高，根据光电效应方程可知，若a、c都能使某金属发生光电效应，则c打出的光电子的初动能更大，D错误。
故选B。
9．C
【详解】
设光的入射角为，折射角为，则根据折射定律有
又因为
设圆的直径为，则光在玻璃砖中的运动的距离为，光在玻璃砖中运动的时间为
将以上式子联立后求得
由于两种单色光的入射角相等，所以它们在玻璃砖中运动的时间相同。
故选C。
10．B
【详解】
光路如图所示
根据几何关系
则
则有
所以
即
则
折射率
故选B。
11．C
【详解】
A．找折射光线时，只插一枚大头针P3，也可以完成实验，故A错误；
B．光由空气射入玻璃不会发生全发射，故B错误；
C．光在玻璃中和空气中的传播速度之比为
故C正确；
D．该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为圆心逆时针转过一小角度，折射光线将逆时针转动，而作图时仍以EF为边界，CD为法线，则入射角不变，折射角变大，由折射率公式律可知，测得玻璃砖的折射率将偏小。故D错误。
故选C。
12．C
【详解】
A．根据光路可逆可知，光线一定会从下表面射出，折射光线不会在玻璃砖的内表面发生全反射反射，则即使、的距离较大时，通过玻璃砖仍可以看到、的像，故A错误；
B．光在玻璃砖界面上会发生折射，实验中不能用玻璃砖代替尺子画线，故B错误；
C．折射光线是通过隔着玻璃砖观察成一条直线确定的，大头针之间的距离太小，引起的角度会较大，所以为了减小作图误差，和的距离应适当大一些，故C正确；
D．为减小测量误差，入射角应当要尽量大一些，这样折射角也会大一些，折射现象更明显，角度的相对误差会减小，但如果入射角太大，则反射光过强，折射光太弱，不宜观察，故D错误。
故选C。
13．AD
【详解】
A．为了提高实验精度应选用两光学表面间距大的玻璃砖，故A正确；
B．实验中要保证另一侧两针的像与观察者一侧两针在同一直线上，故B错误；
C．为了防止在界面a′发生全反射，入射角θ1应尽量大些，故C错误；
D．若作出的界面a与界面a′的间距比玻璃两表面的实际间距大，则光线偏折角度偏小，折射率测量结果将偏小，故D正确。
故选AD。
14．BC
【详解】
A．根据题意作出光路图，如下图所示，显然光在玻璃板中的折射角一定小于入射角，因此光不可能在玻璃板中发生全反射现象，即在第一块、第二块玻璃板下表面一定有出射光，故A错误；
B．分析可知出射光线一定平行于入射光线，故B正确；
C．由光路图可知第二块玻璃板下表面的出射光一定在入射光延长线的左侧，故C正确；
D．第一块玻璃板下表面的出射光线一定在入射光延长线的左侧，故D错误。
故选BC。
15．BD
【详解】
A．甲光光子的能量比乙光光子的能量大，甲光的折射率更大，甲光在玻璃中传播的路程一定更短，A错误；
B．由
可得折射率大的光，在玻璃中的传播速度小，B正确；
C．由
可知光射出玻璃砖，频率不变，光子的能量不变，C错误；
D．如果玻璃砖较薄，则两束光射出后仍然平行且距离小于d，如果玻璃砖较厚，两束光可能在玻璃砖内交叉，出射后左右位置互换，但仍然平行且距离可能等于d，D正确。
故选BD。
16．（1）1.6；（2）
【详解】
（1）光射入三棱镜的光路图如图所示
则有
光在BC边折射时，有
由光路可逆可知
由几何关系可得
由折射定律得
则
（2）由几何知识知：从AB边上射入的光在三棱镜中的传播路程为
光在三棱镜中的传播速度为
故光在三棱镜中的传播时间为

17．（1）见解析；（2）
【详解】
（1）折射光线如图所示
（2）底面直径与桶高相等，所以图中折射角，入射角为i，则有
油的折射率