2019人教版选择性必修第一册 第四章 光 1 光的折射 拔高练习
一、多选题
1.如图所示,一束黄光和一束蓝光,从O点以相同角度沿PO方向射入横截面为半圆形的玻璃柱体,其透射光线分别从M、N两点射出,已知α=45°,β=60°,光速C=3×108m/s则下列说法正确的是
A.两束光穿过玻璃柱体所需时间相同
B.PM是黄光,PN是蓝光
C.玻璃对PM光束的折射率为
D.PM光束在该玻璃中传播的速度为×108m/s
E.若将PM光束从N点沿着MO方向射入,一定不会发生全反射
二、单选题
2.下列关于光现象,说法正确的是
A.通过游标卡尺测量爪的狭缝观察日光灯周围有彩纹,是由于光的折射
B.雨后彩虹是阳光通过水雾形成的衍射现象
C.机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪使用的是紫外线
D.拍摄玻璃橱窗里的物体时,在镜头前装偏振滤光片可以减弱玻璃表面反射光的影响
3.如图所示,a、b两束单色光(距中心线距离均为)平行入射到一半圆柱体玻璃砖,入射光线与AOB面垂直,若从圆面射出时,两光束交于P点,下列说法正确的是:( )
A.a光束的光子能量大
B.在同一玻璃中a光传播速度小
C.若b光照射某一光电管能发生光电效应,那么用a光照射也一定能发生光电效应
D.两种色光分别通过同一双缝干涉装置形成的干涉条纹,相邻明条纹的间距a光较大
4.关于下列光学现象,说法正确的是
A.水中蓝光的传播速度比红光快
B.光从空气射入玻璃时可能发生全反射
C.在岸边观察前方水中的一条鱼,鱼的实际深度比看到的要浅
D.分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验,用红光时得到的条纹间距更宽
5.如图所示,a、b和c都是厚度均匀的平行玻璃板,a和b、b和c之间的夹角都为β,一细光束由红光和蓝光组成,以入射角θ从O点射入a板,且射出c板后的两束单色光射在地面上P、Q两点,由此可知( )
A.射出c板后的两束单色光与入射光不再平行
B.射到Q点的光在玻璃中的折射率较大
C.射到P点的光在玻璃中的传播速度较大,波长较长
D.若射到P、Q两点的光分别通过同一双缝发生干涉现象,则射到P点的光形成干涉条纹的间距小,这束光为蓝光
6.如图所示,两束单色光a、b从水下射向A点后,光线经折射合成一束光c进入空气,则下列说法中错误的是( )
A.在水中a光的临界角比b光的临界角大
B.在水中a光的速度比b光的速度大
C.a光的频率比b光的频率大
D.b光的折射率比a光的折射率大
7.一束光从空气射向折射率为的某种玻璃的表面,如图所示,θ1表示入射角,则下列说法中不正确的是( )
A.无论入射角θ1有多大,折射角θ2都不会超过45°角
B.欲使折射角θ2=30°,应以θ1=45°角入射
C.当入射角θ1增大到临界角时,界面上能出现全反射
D.光线进入介质后频率一定不发生变化
8.两束不同频率的单色光a、b从空气平行射入水中,发生了如图所示的折射现象().下列结论中正确的是( )
A.在水中的传播速度,光束a比光束b小
B.水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小
C.若分别用a、b两束光做双缝干涉实验,b光的干涉条纹较宽
D.若分别让a、b两束光从水中射向空气发生全反射,则a光的临界角较小
9.如果光线以大小相等的入射角,从真空射入不同介质,若介质的折射率越大,则 ( )
A.折射角越大,说明折射光线偏离原来方向的程度越大
B.折射角越大,说明折射光线偏离原来方向的程度越小
C.折射角越小,说明折射光线偏离原来方向的程度越大
D.折射角越小,说明折射光线偏离原来方向的程度越小
10.水下一点光源,发出a、b两单色光。人在水面上方向下看,水面中心Ⅰ区域有a光、b光射出,Ⅱ区域只有a光射出,如图所示。下列判断正确的是( )
A.a、b光从Ⅰ区域某点倾斜射出时,a光的折射角大
B.在真空中,a光的波长大于b光的波长
C.水对a光的折射率大于对b光的折射率
D.水下b光不能射到图中Ⅱ区域
三、实验题
11.在“测玻璃的折射率”实验中:
(1)为了取得较好的实验效果,下列操作正确的是______。
A.必须选用上下表面平行的玻璃砖
B.大头针应垂直地插在纸面上
C.选择的入射角应尽量小些
D.大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些
(2)从P3和P4一侧观察时,P1、P2、P3、P4应满足的关系为______。
(3)甲同学在量入射角和折射角时,由于没有量角器,在完成了光路图以后,以O点为圆心,OA为半径画圆,交OO'延长线于C点,过A点和C点作垂直法线的直线分别交于B点和D点,如图所示,若他测得AB=8cm,CD=5cm,则可求出玻璃的折射率n=______。
(4)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,甲、乙两位同学在纸上画出的界面ab、cd与玻璃砖位置的关系分别如图①、②所示,其中甲同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确,且均以ab、cd为界面画光路图。则甲同学测得的折射率与真实值相比______;乙同学测得的折射率与真实值相比______。(均选填“偏大”“偏小”或“不变”)
12.某同学在做“测定玻璃折射率”实验时,在水平桌面上铺放一张白纸,将一横截面是直角三角形的玻璃砖平放在白纸上,并用铅笔将其边缘画在白纸上,得到如图所示的直角三角形ABC,在白纸上作一条垂直于BC边的直线,在该直线上竖直插上P1、P2两颗大头针,然后从玻璃砖的另一个面透过玻璃砖观察P1、P2的像,在白纸上竖直插上P3、P4两颗大头针,使P3挡住P1、P2的像,P4挡住P3及P1、P2的像,大头针的位置如图所示。
⑴作出该实验完整的光路图______;
⑵测得出射光线与AB边的夹角为θ(θ为锐角),测出直角三角形顶角A的角度为α,则该玻璃砖的折射率为____________。
13.如图所示,某同学用插针法测定玻璃砖折射率的实验。
如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择,为了减小误差,应选用宽度_______(填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。
14.在用插针法测定某特种玻璃的折射率的实验中
(1)指出以下两图中的不当之处:
甲 _____________________________, 乙 ____________________________
(2)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中。原线圈和副线圈中接入的(_______)
A.原线圈中接入220V交流电
B.原线圈中接入学生电源12V以下直流输出
C.副线圈接直流电流表
D.副线圈接交流电压表
四、解答题
15.如图所示,一柱形玻璃的横截面是半径为R的画弧,圆心为O,x轴与OB重合。一单色光平行于x轴从P点射入玻璃,OB与入射光线的距离为d,单色光在玻璃中的折射率为,光在真空中的传播速度为c,不考虑单色光经AO面反射后的情况。求:当,该单色光从P点进入玻璃开始计时,经过多长时间光线从AO面射出?
16.如图所示,平静湖面岸边的垂钓者,眼睛恰好位于岸边P点正上方0.9m的高度处,水面与P点登高,浮标Q离P点1.2m远,鱼饵灯M在浮标正前方1.8m处的水下,垂钓者发现鱼饵灯刚好被浮标挡住,已知水的折射率,求:
①鱼饵灯离水面的深度;
②若鱼饵灯缓慢竖直上浮,当它离水面多深时,鱼饵灯发出的光恰好无法从水面PQ间射出.
17.如图所示,一细束单色光以的入射角从A点射入透明介质球,一段时间后传播到球面上的点,A、两点间的距离为球半径的倍。求球对该光线的折射率。
18.如图所示为某种透明材料制成的三棱镜截面,其形状是边长为l的等边三角形,a、b两相同的细束单色光平行于AO(O为BC边中点)分别从M、N点射入三棱镜,BM=CN=l,在右侧光屏(未画出)上只出现一个亮点,光屏与BC面平行,该透明材料折射率为。求:
(i)从BC面射出的光束与BC面的夹角。
(ii)光屏离BC面的距离。
试卷第1页,共3页
试卷第1页,共3页
参考答案
1.BCE
【详解】
玻璃对蓝光的折射率较大,可知PM是黄光,PN是蓝光,选项B正确;根据v=c/n可知,蓝光在玻璃中传播速度较小,则蓝光穿过玻璃柱体所需的时间较长,选项A错误;玻璃对PM光束的折射率为,选项C正确;PM光束在该玻璃中传播的速度为,选项D错误;PM光线发生全反射的临界角为,则C=45°,则若将PM光束从N点沿着MO方向射入,此时的入射角一定小于临界角,则一定不会发生全反射,选项E正确;
2.D
【解析】
【详解】
通过一个细长的狭缝观察日光灯可看到彩色条纹,这是由光通过狭缝时发生明显的衍射造成的,属于衍射现象,故A错误;雨后彩虹是阳光通过水雾形成的折射现象,故B错误;机场、车站用来检查旅客行李包的透视仪是利用X射线的穿透本领,故C错误;拍摄玻璃橱窗里的物体时,在镜头前装偏振滤光片可以减弱玻璃表面反射光的影响,故D正确。所以D正确,ABC错误。
3.D
【详解】
试题分析:由光路图可以看出b光的偏折程度较大,则折射率较大,频率较大,光子能量越大,所以若b光照射某一光电管能发生光电效应,那么用a光照射不一定能发生光电效应,故A、C错误;根据v=c/n知,折射率大的传播速度较小,故b光传播速度小a光传播速度大,故B错误;两种色光分别通过同一双缝干涉装置形成的干涉条纹,相邻亮条纹的间距,折射率小的波长长,条纹间距大,故a光较大,D正确.
考点:光的折射;光的干涉;光电效应
【名师点睛】本题主要考查了光的折射、光的干涉、光电效应. 重点考查有关光的综合知识,折射率越大的光频率越大,光子能量越大,波长越长,双缝干涉的条纹越大,在介质中传播速度越小,波长越短,要记忆.
4.D
【解析】
【详解】
A.蓝光的折射率大于红光的折射率,根据v=c/n知水中蓝光的传播速度比红光慢,故A错误;
B.光从空气射入玻璃时是从光疏介质射向光密介质,不可能发生全反射,故B错误;
C.在岸边观察前方水中的一条鱼,由于光的折射,鱼的实际深度比看到的要深,即看到的要浅,故C错误;
D.条纹间距△x=λ,红光的波长较大,则条纹间距较宽,故D正确。
5.D
【详解】
A.光线经过平行玻璃板时出射光线和入射光线平行,则最终从c板射出的两束单色光与入射光仍然平行,故A错误;
B.射到Q点的光偏折程度没有射到点的光偏折程度厉害,可知射到Q点的光在玻璃中的折射率较小,故B错误;
C.射到P点的光折射率较大,根据
知,在玻璃中传播的速度较小,折射率大,则频率大,波长小,故C错误;
D.根据
知,条纹间距较小的光波长小,则频率大,折射率大,偏折厉害,为射到P点的光,即蓝光,故D正确。
故选D。
6.C
【详解】
AD.由图可知,单色光a偏折程度小于b的偏折程度,所以根据折射定律
可知,a光的折射率小于b光的折射率。由全反射临界角公式
可得,在水中a光的临界角大于b光的临界角,AD选项不合题意,故AD错误;
B.由
可知,在水中a光的速度大于b光的速度,B选项不合题意,故B错误;
C.根据折射率定义即得光的频率与折射率的关系:频率越高的光,折射率越大。所以a光的频率小于b光的频率,C选项符合题意,故C正确。
故选C。
7.C
【详解】
当入射角最大时,根据折射定律知,折射角也最大,而最大的入射角为90°,则由得, ,r=45°,所以最大的折射角为45°.故A正确.当折射角r=30°时,由折射定律得入射角i=45°,故B正确.光从空气中射向玻璃表面时,不可能发生全反射,故C错误.光线进入介质后波速改变,频率不发生变化,选项D正确;此题选项错误的选项,故选C.
8.B
【详解】
B.由图看出,两束光的入射角相等,折射角,则由折射定律知,水对b光的折射率较大,对光束a的折射率小,故B正确;
A.b光的折射率较大,由分析可知,a光在水中传播速度较大,故A错误.
C.b光的折射率较大,频率较大,则波长较小,根据可知,若分别用a、b两束光做双缝干涉实验,b光的干涉条纹较窄,选项C错误;
D.根据可知,若分别让a、b两束光从水中射向空气发生全反射,则a光的临界角较大,选项D错误.
9.C
【详解】
根据折射率的定义,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折射角越小,表示这种介质对光的偏折作用越大;故选C.
10.B
【详解】
AC.根据题述可知,b光发生全反射的临界角较小,由sinC=可知,水对b光的折射率较大,对a光的折射率较小,a、b光从Ⅰ区域某点倾斜射出时,a光的折射角小,AC错误;
B.由折射率随光的频率的增大而增大可知,a光的频率较小,波长较长,B正确;
D.水下b光能射到题图中Ⅱ区域,由于水下b光在题图中Ⅱ区域发生了全反射,Ⅱ区域只有a光射出,D错误。
故选B。
11.BD#DB P2挡住P1;P3挡住P1、P2的像;P4挡住P3和P1、P2的像 1.6 偏小 不变
【详解】
(1)[1]A.玻璃上下表面不平行也能测出折射率,故A错误;
B.大头针应垂直地插在纸面上,防止产生误差,故B正确;
C.选择的入射角应尽量大一些,以减小测量误差,故C错误;
D.大头针P1和P2及P3和P4之间的距离适当大些,可减小确定光线时产生的误差,故D正确。
故选BD。
(2)[2]从P3和P4一侧观察时,P1、P2、P3、P4应满足的关系是P2挡住P1;P3挡住P1、P2的像;P4挡住P3和P1、P2的像;
(3)[3]折射率
(4)[4][5]如图为在①图中分别作出的实际光路图(图中实线)和以ab、cd为界面、以大头针留的痕迹作为出射光线画的实验光路图(图中虚线)
比较实际光路图的折射角与实验光路图的折射角关系可知:折射角测量值偏大,则折射率偏小;②图中对折射率的测量无影响,即乙同学测得的折射率与真实值相比不变。
12.
【详解】
(1)[1]光路图如图所示;
(2)[2]由光路图的几何关系得:
折射角为
入射角为
玻璃的折射率为
13.大
【详解】
[1]宽度较大的玻璃砖中光线较长,测量误差较小,所以为了减小误差,应选用宽度较大的玻璃砖来测量。
14. (1)入射角太小 不能用手触摸玻璃光学面 不拿玻璃当尺子
【解析】(1)以下两图中的不当之处是:甲:入射角太小; 乙:不能用手触摸玻璃光学面;丙:不拿玻璃当尺子;
(2)在“探究变压器线圈两端的电压与匝数的关系”实验中原线圈中接入220V交流电;副线圈接交流电压表;故选AD。
15.
【解析】由几何关系得入射角i=45°
由折射定律,有,=30°
由正弦定理,得,
时间:
16.①②
【详解】
(1)设入射角、折射角分别为i、r,设鱼饵灯离水面的深度为h2.则有:
sini
sinr
根据光的折射定律可知:n
联立并代入数据得:h2=2.4 m
(2)当鱼饵灯离水面深度为h3时,水面PQ间恰好无光射出,此时鱼饵灯与浮标的连线和竖直方向夹角恰好为临界角C,则有:
sinC
由sinC
得:h3 m≈1.60 m
17.
【详解】
设球的半径为,该光从A点入射时的折射角为,根据几何关系有
根据光的折射定律有
解得
18.(i) 30°(ii)
【解析】
【详解】
(ⅰ)做出光路图,由图可知:
得:
由几何关系知:,而
所以即:从BC面射出的光束与BC面的夹角为30°
(ⅱ)当屏落在两出射光线的交点R点时, ,则
答案第1页,共2页
答案第1页,共2页