选修3-4 13.1 光的反射和折射 同步练习(word含答案)
文档属性
| 名称 | 选修3-4 13.1 光的反射和折射 同步练习(word含答案) |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 476.8KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-01-24 03:23:04 | ||
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文档简介
选修3-4 13.1 光的反射和折射 同步练习
一、单项选择题（共10小题；共40分）
1. 一束光由空气射入某介质，入射角为 ，其折射光线恰好与反射光线垂直，则光在该介质中的传播速度为（光在空气中的传播速度 ）
A. B. C. D.
2. 在测定玻璃的折射率实验中，为了减小实验误差，以下说法错误的是
A. 玻璃砖的宽度应大些
B. 入射角应尽量小些
C. 大头针应垂直插在纸面上
D. 大头针 与 及 与 之间的距离应适当大些
3. 如图甲所示是利用圆锥形光学玻璃演示实验的现象，模型如图乙所示，一束白光从圆锥体玻璃（介质Ⅰ）底面垂直入射，圆锥体玻璃倒立在水平有机玻璃砖（介质Ⅱ）上表面，人眼在一侧进行观察，下列说法正确的是
A. 人眼观察到的色散现象是由光的衍射而产生的
B. 人眼观察到介质Ⅰ中的色散是光经过介质Ⅱ表面反射回介质Ⅰ而产生的
C. 介质Ⅰ上表面的光均能经过一次介质Ⅰ折射和介质Ⅱ反射到人眼
D. 若用力将圆锥体向下挤压有机玻璃砖，产生的彩色条纹间距将不变
4. 双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源 到 、 的距离相等， 点为 、 连线中垂线与光屏的交点。光源 发出的波长为 的光，经 出射后垂直穿过玻璃片传播到 点，经 出射后直接传播到 点，由 到 点与由 到 点，光传播的时间差为 。玻璃片厚度为 ，玻璃对该波长光的折射率为 ，空气中光速为 ，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是
A. B. C. D.
5. 如图所示，在做“测量玻璃的折射率”实验时，先在白纸上放好一块两面平行的玻璃砖，描出玻璃砖的两个边 和 ，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针 和 ，然后在另一侧透过玻璃砖观察，再插上大头针 ，，然后做出光路图，根据光路图计算得出玻璃的折射率。关于此实验，下列说法中正确的是
A. 大头针 须挡住 及 、 的像
B. 入射角越大，折射率的测量越准确
C. 利用量角器量出 、 ，可求出玻璃砖的折射率
D. 如果误将玻璃砖的边 画到 ，折射率的测量值将偏大
6. 同一单色光以不同的入射角射向介质 和介质 的界面，入射光、反射光和折射光的三种情形如图所示，则下列说法正确的是
A. 光源处在介质 中 B. 光在介质 中的波长更长
C. 光在介质 中的能量更大 D. 光在介质 中的传播速度更小
7. 如图所示，光在真空和某介质的界面 上发生折射，由图可知
A. 光是从真空射入介质的
B. 介质的折射率为
C. 介质的折射率为
D. 反射光线与折射光线的夹角为
8. 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 、半圆弧边界为 ， 垂直 并过圆心 。某次实验中，他沿 画一条直线，并在 线上适当位置竖直插上两枚大头针 、 ；放上玻璃砖后，在另一侧寻找合适位置竖直插上大头针 ，使 挡住 、 的像，移走玻璃砖和大头针，沿 、 做直线 ，直线 可看成沿 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 、 ，不能只插一枚大头针
B. 当 太大时，在玻璃砖的另一侧将看不到 、 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 前不小心将玻璃砖以 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
9. 如图所示，等腰三角形 为一棱镜的横截面（）。一束光线垂直于 入射，恰好在 面上发生全反射，并垂直于 射出棱镜。则该棱镜的折射率为
A. B. C. D.
10. 如图所示，圆心为 、半径为 的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从 点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角 时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为 ，则
A. 玻璃砖的折射率为 B. 之间的距离为
C. 光在玻璃砖内的传播速度为 D. 光从玻璃到空气的临界角为
二、填空题（共4小题；共18分）
11. 如图， 为一玻璃三棱镜的横截面，。一束红光垂直 边射入，从 边上的 点射出，其折射角为 ，则玻璃对红光的折射率为 。若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在 点射出时的折射角 （填“小于”“等于”或“大于”）。
12. 平行玻璃砖底面涂有反射层，一束由 、 两种单色光组成的复合光以 入射角斜射到玻璃砖的上表面，经折射、反射再折射的光路如图所示。不考虑光在玻璃砖上表面的反射，则玻璃砖对单色光 （填“”或“”）的折射率大，单色光 （填“”或“”）在玻璃砖中传播的时间长；两束单色光从玻璃砖上表面出射后相互 （填“平行”或“不平行”）。
13. 如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率.在平铺的白纸上垂直纸面插大头针 、 确定入射光线，并让入射光线过圆心 ，在玻璃砖（图中实线部分）另一侧垂直纸面插大头针 ，使 挡住 、 的像，连接 。图中 为分界面，虚线半圆与玻璃砖对称， 、 分别是入射光线、折射光线与圆的交点， 、 均垂直于法线并分别交法线于 、 点.
（）设 的长度为 ， 的长度为 ， 的长度为 ， 的长度为 ，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量 ，则玻璃砖的折射率可表示为 。
（）该同学在插大头针 前不小心将玻璃砖以 为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将 （填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
14. 如图所示，等腰直角棱镜 的两腰长都是 。为了测定它的折射率，将棱镜放在直角坐标系中，使两腰与 、 轴重合。从 边的 点注视 棱，发现 点的视位置在 边上的 点，在 、 两点插上大头针，测出 点的坐标位置（）， 点的坐标位置（），由此计算出该棱镜的折射率为 。
三、解答题（共3小题；共39分）
15. 如图， 下方足够大的空间有一长方体玻璃，其折射率 ，玻璃的上边界 是屏幕，玻璃中有一个正三棱柱的真空区域，三棱柱轴线与纸面垂直。图中竖直截面正三角形的边长为 ，顶点 紧靠屏幕，距离可忽略，底边 与屏幕平行。一束激光在竖直截面内垂直于 边射向 边的中点 ，结果在屏幕 上出现了两个光斑，分布在 点的两侧。光在真空中的传播速度 。求：
（1）光在玻璃中的传播速度；（结果可以用根号表示）
（2）射到 点左侧的光斑离 点的距离。
16. 小莉家里有一块未知材料的长方体透明砖。小莉为了测定它的折射率，进行了如下操作：她首先在水平桌面固定一张白纸，不放透明砖，直接用一束红光照射到白纸上，红光与水平方向的夹角 ，在白纸上出现亮点，标记为 点。现保持入射光方向不变，在光源和 点之间放上透明砖，透明砖左侧的白纸上出现一个亮点，标记为 点，在玻璃砖右侧出现两个亮点，标记为 、 点。移去透明砖，测得 、 两点之间的距离为 ， 、 两点之间的距离为 。不考虑光在透明砖表面的多次反射。（已知 ，）
（1）作出形成亮点 、 、 的光路图；
（2）求透明砖的折射率。（结果可以用根号表示）
17. 边长为 的正方体透明介质置于真空中，其横截面 如图所示。有两束平行光 、 分别从上表面的 点和 的中点沿与水平面成 角方向同时斜射入介质中，两种光在界面上折射后恰好相交于正方体底面的 点处。已知真空中的光速为 ，求：
（1）介质对光 、 的折射率；
（2）光 、 到达 点的时间差。
答案
第一部分
1. B
【解析】由题意可知，入射角为 ，又因为反射角等于入射角，所以反射角为 ，因为反射光线与折射光线的夹角等于 ，所以反射角与折射角之和等于 ，故折射角为
则折射率
光在该介质中的传播速度 。
2. B
【解析】玻璃砖的宽度大些，可减小测量误差；大头针垂直插在纸面上以及大头针 与 及 与 之间的距离适当大些，可减小确定光路方向时的误差，A、C、D说法正确；入射角不能太大也不能太小，入射角太小时，测量误差较大，B说法错误。
3. B
【解析】根据题意，人眼观察到的色散主要是由光的折射而产生的，故A错误；根据光路图可知，人眼观察到介质Ⅰ中的色散来源于光经过介质Ⅱ表面反射再在介质Ⅰ折射产生的，故B正确；介质Ⅰ底面左侧光线的光未能折射到人眼，故C错误；若向下挤压有机玻璃，介质Ⅱ表面下凹，彩色条纹间距缩小，可以观察到微小形变，故D错误。
4. A
【解析】光在玻璃中的传播速度为 ，
可知时间差 ，
故选A。
5. A
6. D
7. C
【解析】根据题图可知，入射角为 ，折射角为 ，反射光线与折射光线垂直，光是从介质射入真空的，折射率 ，只有C正确。
8. C
9. A
【解析】光路如图所示，由几何关系可知 ，，解得 ，所以该棱镜的折射率为 ，故A正确，B、C、D错误。
10. C
【解析】AB．作出两种情况下的光路图，如图所示
设 ，在 处发生全反射故有
由于出射光平行可知，在 处射出，故
由于
联立可得 ，，故AB错误；
C．由
可得 ，故C正确；
D．由于
所以临界角不为 ，故D错误。
第二部分
11. ；大于
【解析】有题意知 ，由几何关系知 ，由 得 。
由 得 ，又因 ， 相同，故 ，蓝光在 点射出时的折射角大于 。
12. ；；平行
【解析】由图可知，单色光 偏折的程度大，因此玻璃砖对单色光 的折射率大。设光在玻璃砖上表面发生折射时的折射角为 ，则 ；设玻璃砖的厚度为 ，则光在玻璃砖中传播的路程 ，传播的时间 ，由此可知，折射角越小，光的传播时间越长，故单色光 在玻璃砖中传播的时间长。根据光路可逆和对称性可知，两束光从玻璃砖出射后相互平行。
13. （） 和 ；
（）偏大
14.
【解析】从 点注视 点，发现 点的视位置在 边上的 点，说明光线 经 边发生折射，折射光线反向延长线过 点，由此可作出光线由 点入射到 点的光路如图所示，则 。
第三部分
15. （1）
【解析】光在玻璃中的传播速度
（2）
【解析】如图所示，在 边，光的入射角
由光的折射定律 ，可知
解得
由几何关系可知 为等边三角形，则
即射到 点左侧的光斑离 点的距离为 。
16. （1）
（2）
【解析】设玻璃砖宽度为 ，，，，，则 ，
由几何关系可得 ，，，
解得 ，，
根据折射定律得
解得 。
17. （1） ；
【解析】由题可知，光 、 在真空中的入射角为 ，作出光 、 在介质中的光路图如图所示：
根据几何关系可知，光 在介质中的折射角为 ，光 在介质中的折射角 的正弦值为 。
由折射定律可得 ，。
（2）
【解析】由介质中光速 可得，光 、 在介质中的速度分别为 ，
光 、 介质中传播的距离分别为 ，
则有
解得 。
第1页（共1 页）
一、单项选择题（共10小题；共40分）
1. 一束光由空气射入某介质，入射角为 ，其折射光线恰好与反射光线垂直，则光在该介质中的传播速度为（光在空气中的传播速度 ）
A. B. C. D.
2. 在测定玻璃的折射率实验中，为了减小实验误差，以下说法错误的是
A. 玻璃砖的宽度应大些
B. 入射角应尽量小些
C. 大头针应垂直插在纸面上
D. 大头针 与 及 与 之间的距离应适当大些
3. 如图甲所示是利用圆锥形光学玻璃演示实验的现象，模型如图乙所示，一束白光从圆锥体玻璃（介质Ⅰ）底面垂直入射，圆锥体玻璃倒立在水平有机玻璃砖（介质Ⅱ）上表面，人眼在一侧进行观察，下列说法正确的是
A. 人眼观察到的色散现象是由光的衍射而产生的
B. 人眼观察到介质Ⅰ中的色散是光经过介质Ⅱ表面反射回介质Ⅰ而产生的
C. 介质Ⅰ上表面的光均能经过一次介质Ⅰ折射和介质Ⅱ反射到人眼
D. 若用力将圆锥体向下挤压有机玻璃砖，产生的彩色条纹间距将不变
4. 双缝干涉实验装置的截面图如图所示。光源 到 、 的距离相等， 点为 、 连线中垂线与光屏的交点。光源 发出的波长为 的光，经 出射后垂直穿过玻璃片传播到 点，经 出射后直接传播到 点，由 到 点与由 到 点，光传播的时间差为 。玻璃片厚度为 ，玻璃对该波长光的折射率为 ，空气中光速为 ，不计光在玻璃片内的反射。以下判断正确的是
A. B. C. D.
5. 如图所示，在做“测量玻璃的折射率”实验时，先在白纸上放好一块两面平行的玻璃砖，描出玻璃砖的两个边 和 ，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针 和 ，然后在另一侧透过玻璃砖观察，再插上大头针 ，，然后做出光路图，根据光路图计算得出玻璃的折射率。关于此实验，下列说法中正确的是
A. 大头针 须挡住 及 、 的像
B. 入射角越大，折射率的测量越准确
C. 利用量角器量出 、 ，可求出玻璃砖的折射率
D. 如果误将玻璃砖的边 画到 ，折射率的测量值将偏大
6. 同一单色光以不同的入射角射向介质 和介质 的界面，入射光、反射光和折射光的三种情形如图所示，则下列说法正确的是
A. 光源处在介质 中 B. 光在介质 中的波长更长
C. 光在介质 中的能量更大 D. 光在介质 中的传播速度更小
7. 如图所示，光在真空和某介质的界面 上发生折射，由图可知
A. 光是从真空射入介质的
B. 介质的折射率为
C. 介质的折射率为
D. 反射光线与折射光线的夹角为
8. 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 、半圆弧边界为 ， 垂直 并过圆心 。某次实验中，他沿 画一条直线，并在 线上适当位置竖直插上两枚大头针 、 ；放上玻璃砖后，在另一侧寻找合适位置竖直插上大头针 ，使 挡住 、 的像，移走玻璃砖和大头针，沿 、 做直线 ，直线 可看成沿 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 、 ，不能只插一枚大头针
B. 当 太大时，在玻璃砖的另一侧将看不到 、 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 前不小心将玻璃砖以 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
9. 如图所示，等腰三角形 为一棱镜的横截面（）。一束光线垂直于 入射，恰好在 面上发生全反射，并垂直于 射出棱镜。则该棱镜的折射率为
A. B. C. D.
10. 如图所示，圆心为 、半径为 的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从 点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角 时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为 ，则
A. 玻璃砖的折射率为 B. 之间的距离为
C. 光在玻璃砖内的传播速度为 D. 光从玻璃到空气的临界角为
二、填空题（共4小题；共18分）
11. 如图， 为一玻璃三棱镜的横截面，。一束红光垂直 边射入，从 边上的 点射出，其折射角为 ，则玻璃对红光的折射率为 。若改用蓝光沿同一路径入射，则光线在 点射出时的折射角 （填“小于”“等于”或“大于”）。
12. 平行玻璃砖底面涂有反射层，一束由 、 两种单色光组成的复合光以 入射角斜射到玻璃砖的上表面，经折射、反射再折射的光路如图所示。不考虑光在玻璃砖上表面的反射，则玻璃砖对单色光 （填“”或“”）的折射率大，单色光 （填“”或“”）在玻璃砖中传播的时间长；两束单色光从玻璃砖上表面出射后相互 （填“平行”或“不平行”）。
13. 如图所示，某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率.在平铺的白纸上垂直纸面插大头针 、 确定入射光线，并让入射光线过圆心 ，在玻璃砖（图中实线部分）另一侧垂直纸面插大头针 ，使 挡住 、 的像，连接 。图中 为分界面，虚线半圆与玻璃砖对称， 、 分别是入射光线、折射光线与圆的交点， 、 均垂直于法线并分别交法线于 、 点.
（）设 的长度为 ， 的长度为 ， 的长度为 ， 的长度为 ，为较方便地表示出玻璃砖的折射率，需用刻度尺测量 ，则玻璃砖的折射率可表示为 。
（）该同学在插大头针 前不小心将玻璃砖以 为圆心顺时针转过一小角度，由此测得玻璃砖的折射率将 （填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
14. 如图所示，等腰直角棱镜 的两腰长都是 。为了测定它的折射率，将棱镜放在直角坐标系中，使两腰与 、 轴重合。从 边的 点注视 棱，发现 点的视位置在 边上的 点，在 、 两点插上大头针，测出 点的坐标位置（）， 点的坐标位置（），由此计算出该棱镜的折射率为 。
三、解答题（共3小题；共39分）
15. 如图， 下方足够大的空间有一长方体玻璃，其折射率 ，玻璃的上边界 是屏幕，玻璃中有一个正三棱柱的真空区域，三棱柱轴线与纸面垂直。图中竖直截面正三角形的边长为 ，顶点 紧靠屏幕，距离可忽略，底边 与屏幕平行。一束激光在竖直截面内垂直于 边射向 边的中点 ，结果在屏幕 上出现了两个光斑，分布在 点的两侧。光在真空中的传播速度 。求：
（1）光在玻璃中的传播速度；（结果可以用根号表示）
（2）射到 点左侧的光斑离 点的距离。
16. 小莉家里有一块未知材料的长方体透明砖。小莉为了测定它的折射率，进行了如下操作：她首先在水平桌面固定一张白纸，不放透明砖，直接用一束红光照射到白纸上，红光与水平方向的夹角 ，在白纸上出现亮点，标记为 点。现保持入射光方向不变，在光源和 点之间放上透明砖，透明砖左侧的白纸上出现一个亮点，标记为 点，在玻璃砖右侧出现两个亮点，标记为 、 点。移去透明砖，测得 、 两点之间的距离为 ， 、 两点之间的距离为 。不考虑光在透明砖表面的多次反射。（已知 ，）
（1）作出形成亮点 、 、 的光路图；
（2）求透明砖的折射率。（结果可以用根号表示）
17. 边长为 的正方体透明介质置于真空中，其横截面 如图所示。有两束平行光 、 分别从上表面的 点和 的中点沿与水平面成 角方向同时斜射入介质中，两种光在界面上折射后恰好相交于正方体底面的 点处。已知真空中的光速为 ，求：
（1）介质对光 、 的折射率；
（2）光 、 到达 点的时间差。
答案
第一部分
1. B
【解析】由题意可知，入射角为 ，又因为反射角等于入射角，所以反射角为 ，因为反射光线与折射光线的夹角等于 ，所以反射角与折射角之和等于 ，故折射角为
则折射率
光在该介质中的传播速度 。
2. B
【解析】玻璃砖的宽度大些，可减小测量误差；大头针垂直插在纸面上以及大头针 与 及 与 之间的距离适当大些，可减小确定光路方向时的误差，A、C、D说法正确；入射角不能太大也不能太小，入射角太小时，测量误差较大，B说法错误。
3. B
【解析】根据题意，人眼观察到的色散主要是由光的折射而产生的，故A错误；根据光路图可知，人眼观察到介质Ⅰ中的色散来源于光经过介质Ⅱ表面反射再在介质Ⅰ折射产生的，故B正确；介质Ⅰ底面左侧光线的光未能折射到人眼，故C错误；若向下挤压有机玻璃，介质Ⅱ表面下凹，彩色条纹间距缩小，可以观察到微小形变，故D错误。
4. A
【解析】光在玻璃中的传播速度为 ，
可知时间差 ，
故选A。
5. A
6. D
7. C
【解析】根据题图可知，入射角为 ，折射角为 ，反射光线与折射光线垂直，光是从介质射入真空的，折射率 ，只有C正确。
8. C
9. A
【解析】光路如图所示，由几何关系可知 ，，解得 ，所以该棱镜的折射率为 ，故A正确，B、C、D错误。
10. C
【解析】AB．作出两种情况下的光路图，如图所示
设 ，在 处发生全反射故有
由于出射光平行可知，在 处射出，故
由于
联立可得 ，，故AB错误；
C．由
可得 ，故C正确；
D．由于
所以临界角不为 ，故D错误。
第二部分
11. ；大于
【解析】有题意知 ，由几何关系知 ，由 得 。
由 得 ，又因 ， 相同，故 ，蓝光在 点射出时的折射角大于 。
12. ；；平行
【解析】由图可知，单色光 偏折的程度大，因此玻璃砖对单色光 的折射率大。设光在玻璃砖上表面发生折射时的折射角为 ，则 ；设玻璃砖的厚度为 ，则光在玻璃砖中传播的路程 ，传播的时间 ，由此可知，折射角越小，光的传播时间越长，故单色光 在玻璃砖中传播的时间长。根据光路可逆和对称性可知，两束光从玻璃砖出射后相互平行。
13. （） 和 ；
（）偏大
14.
【解析】从 点注视 点，发现 点的视位置在 边上的 点，说明光线 经 边发生折射，折射光线反向延长线过 点，由此可作出光线由 点入射到 点的光路如图所示，则 。
第三部分
15. （1）
【解析】光在玻璃中的传播速度
（2）
【解析】如图所示，在 边，光的入射角
由光的折射定律 ，可知
解得
由几何关系可知 为等边三角形，则
即射到 点左侧的光斑离 点的距离为 。
16. （1）
（2）
【解析】设玻璃砖宽度为 ，，，，，则 ，
由几何关系可得 ，，，
解得 ，，
根据折射定律得
解得 。
17. （1） ；
【解析】由题可知，光 、 在真空中的入射角为 ，作出光 、 在介质中的光路图如图所示：
根据几何关系可知，光 在介质中的折射角为 ，光 在介质中的折射角 的正弦值为 。
由折射定律可得 ，。
（2）
【解析】由介质中光速 可得，光 、 在介质中的速度分别为 ，
光 、 介质中传播的距离分别为 ，
则有
解得 。
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