4.1 光的折射
一、单选题
1.对于波的折射现象,下列说法正确的是( )
A.当入射速度小于折射速度时,折射光线偏离法线
B.当波垂直界面入射时,传播方向不改变,波速和波长都不改变
C.在波的折射中,波的频率不改变,波速和波长都发生改变
D.波发生折射时一定不会发生反射现象
2.物理老师在课堂上做了一个演示实验:让某特制的一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖(玻璃较厚)折射分成两束单色光1、2,光路如图所示,下列说法正确的是( )
A.射出后的两束单色光一定平行
B.单色光1的折射率比2的小
C.在真空中单色光1的波长比2的长
D.在玻璃中单色光1的传播速度比2的大
3.在“测量玻璃的折射率”实验中,某次的入射光线从O点入射,从O'点射出,如图所示。若入射点不变,仅增大入射角,则出射光线的方向可能沿图中的( )
A.① B.② C.③ D.④
4.a、b、c三条平行光线垂直于半圆柱体玻璃砖的截面直径从空气射向玻璃砖,如图所示,光线b正好过圆心O,光线a、c从光线b的两侧对称入射,光线a、c从玻璃砖下表面进入空气后与光线b交于P、Q。以下说法不正确的是( )
A.玻璃对a光的折射率大于对c光的折射率
B.玻璃对三种光的折射率关系为
C.a光比c光穿过该半圆柱体玻璃砖所需时间长
D.在相同条件下进行双缝干涉实验,c光的条纹间距比a光宽
5.一束光由真空入射到平面玻璃上,当其折射角为30°时,反射光和折射光恰好是振动方向互相垂直的偏振光。因此,可以推断出玻璃的折射率为( )
A. B. C. D.
6.小戈老师在实验室做“测定玻璃的折射率”实验,他发现实验桌上有一块呈长方体的透明厚玻璃砖,他还找来了一支激光笔、一块泡沫板、一张白纸、几颗大头针,就开始做了。他操作时发现当大头针遮挡住细激光束时,大头针上会有耀眼光斑(如图甲所示),此时按下大头针,就可在白纸上记下激光束经过的一个位置。请问小戈老师要完成图乙所示光路至少需要几根大头针( )
A.1根 B.2根 C.3根 D.4根
二、多选题
7.一束光线以的入射角从真空中射到平板透明材料上,光的一部分被反射,一部分被折射,折射光线与反射光线的夹角( )
A.小于 B.大于
C.小于 D.大于
8.光从某种介质射入空气中,入射角θ1从零开始增大时,始终有光射入空气中,折射角θ2也随之增大,下列说法正确的是( )
A.比值基本不变
B.比值基本不变
C.比值是一个大于1的常数
D.比值是一个小于1的常数
9.某同学做测定玻璃折射率实验时,用他测得的多组入射角与折射角作出图像,如图所示,则下列判断正确的是( )
A.他做实验时,研究的是光从空气射入玻璃的折射现象
B.玻璃的折射率为0.67
C.玻璃的折射率为1.5
D.他做实验时,研究的是光从玻璃射入空气的折射现象
10.一束光从介质1进入介质2,如图所示,下列对于1,2两种介质的光学属性判断正确的是( )
A.介质1是光密介质
B.介质1的折射率小
C.光在介质2中传播速度大
D.光在介质2中的频率大
三、填空题
11.如图所示,有一个玻璃三棱镜ABC,其顶角A为.一束光沿垂直于AB面的方向射入棱镜后又由AC面射出,并进入空气.测得该射出光线与入射光线的延长线之间的夹角为,此棱镜的折射率___________.
12.一束激光以入射角i=30°照射液面,其反射光在固定的水平光屏上形成光斑B,如图所示,如果反射光斑位置向右移动了2cm, 说明液面________。
13.一束单色光从空气中射向某种玻璃的表面,当入射角时,折射角,由此知道玻璃对这种色光的折射率=________,该色光在这种玻璃中传播的速度大小v =________.(已知光在真空的传播速度)
14.若一束由红光和紫光组成的复色光从A点以某一入射角θ射入横截面为半圆的介质,分成两束从圆弧面的C和D两点射出(C和D两点图中已标出),已知光从A到C的传播时间为t,则光从A到D的传播时间等于____.
四、解答题
15.如图所示是具有一定厚度的玻璃砖的俯视图,,。光线从左侧面的中点射入,经、两侧面全反射后,到达右侧面处,此时在面右侧恰好观测不到出射光线。测得,长为,长为,已知玻璃砖的折射率为,光在真空中的传播速度为,求:
①光线在左侧面由点进入玻璃砖时的入射角;
②光线在玻璃砖中由面到面所用的时间。
16.如图,MN下方足够大的空间有一长方体玻璃,其折射率n=,玻璃的上边界MN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12 cm,顶点C紧靠屏幕,距离可忽略,底边AB与屏幕平行。一束激光在竖直截面内垂直于AB边射向AC边的中点O,结果在屏幕MN上出现了两个光斑,分布在C点的两侧。光在真空中的传播速度c=3×108 m/s。求:
(1)光在玻璃中的传播速度;(结果可以用根号表示)
(2)射到C点左侧的光斑离C点的距离。
17.如图所示,边长为L的正方体透明介质放在水平面上,在地面上离AB面距离为的P点有一个光源,向透明介质的左侧AB面射出一束光,当此光线与水平面夹角i=53°时,在AB面的折射光线刚好照射到C点,求该透明介质的折射率。(sin53°=0.8,cos53°=0.6)
18.如图所示,竖直圆形为某透镜的截面,O为圆心,AB为水平直径,CD为竖直直径。有甲、乙两单色光,分别从M、N两点沿水平方向射入透镜,M点到CD的距离为圆形半径的半。经透镜折射后,两单色光都从B点射出,测得两出射光线的夹角为134°。已知sin37°=0.6,cos37°=0.8,求:
(1)该透镜对甲、乙两单色光的折射率;
(2)甲、乙两单色光在透镜中的传播时间比。
试卷第1页,共3页
参考答案:
1.C
【解析】
【分析】
【详解】
A.当入射速度小于折射速度时,折射光线不一定偏离法线,当入射角为零度时,折射光线与法线重合,故A错误;
B.当波垂直界面入射时,传播方向不改变,但波速和波长都发生改变,故B错误;
C.波的频率由波源决定,与介质无关,在波的折射中,波的频率不改变,波速和波长都改变,故C正确;
D.波发生折射时在同一个界面也可发生反射现象,故D错误。
故选C。
2.A
【解析】
【详解】
A.根据折射定律
光线经过玻璃砖两次折射时,因为i不变,所以r也不变,射出后的两束单色光一定平行,即光线经过玻璃砖两次折射后方向不变,A正确;
B.在上表面折射时,入射角相同,单色光1的折射角小,根据折射定律,单色光1的折射率大,所以单色光1的折射率比2的大,B错误;
C. 折射率越大的光波长越短,单色光1的折射率大,波长短,在真空中单色光1的波长比2的短,C错误;
D. 根据 ,折射率越大,在介质中的速度越小,单色光1的折射率大,则在玻璃中单色光1的传播速度比2的小,D错误。
故选A。
3.D
【解析】
【分析】
【详解】
由光路图可知,当增大入射角后,由于折射率不变,故其折射角也会变大,光线的射出点会向右移动,且射出的光线更向右偏,ABC错误,D正确。
故选D。
4.B
【解析】
【分析】
【详解】
AB.由图可知,光和光入射角相同,但光折射角较小,根据折射率公式可知,玻璃对 光的折射率大于对光的折射率,由于光入射角为 ,故无法判断玻璃对光的折射率大小, A不符合题意,B符合题意;
C.根据公式
由于光的折射率大,则光在玻璃中的传播速度较小,又由图可知 光在玻璃砖中的传播路径较长,故光比光穿过该半圆柱体玻璃砖所需时间长, C不符合题意;
D.由于光的折射率大,波长较长,则在相同条件下进行双缝干涉实验,光的条纹间距比光宽, D不符合题意;
故选B。
5.B
【解析】
【分析】
【详解】
作出符合题意的光路图,如图所示
由题意可知
由于反射光与折射光垂直,可知
由折射定律可得
B正确。
故选B。
6.A
【解析】
【分析】
【详解】
测定玻璃的折射率时,关键要确定入射光线和出射光线,由于当大头针遮挡住细激光束时,大头针上会有耀眼光斑,所以只要用1根在入射光线上两个不同位置(相距较远)按下大头针,就可以确定入射光线,同样,只要用1根在出射光线上两个不同位置(相距较远)按下大头针,就可以确定出射光线,因此,小柯同学要完成图乙光路至少需要1根大头针。
故选A。
7.BC
【解析】
【详解】
根据折射的特点可知光线的折射角
则折射光线与反射光线的夹角
所以
故选BC。
8.BD
【解析】
【分析】
【详解】
设介质的折射率为n,当光由介质射入空气中时,根据光路的可逆性和介质折射率的定义得
n=
即比值基本不变,因n>1,可知为小于1 的常数,选项BD正确,AC错误。
故选BD。
9.AC
【解析】
【详解】
AD.由图可知,入射角大于折射角,故可知,光线是从空气射入玻璃的,故A正确,D错误;
BC.由可知,玻璃的折射率
故B错误,C正确;
故选AC。
10.AC
【解析】
【分析】
【详解】
AB.由图知,光从介质1进入介质2折射时,入射角为i=30°,折射角r=75°,可知,介质1的折射率较大,则介质1是光密介质,故A正确,B错误;
C.由公式知,v与n成反比,则光在介质2中的传播速度大,故C正确;
D.光的频率是由光源决定的,与介质无关,所以光在两种介质中频率相同,故D错误;
故选AC。
11.
【解析】
【详解】
试题分析:根据几何关系得入射角:,折射角为
由折射定律得折射率为: .
考点:光的折射
【名师点睛】
由几何关系求出折射角和入射角,结合折射定律求出棱镜的折射率;解决光的折射的题目,关键在于根据光路图,结合几何关系求解入射角和折射角,即可顺利求解.
12.下降了cm
【解析】
【分析】
光斑右移2 cm,则液面下降,下降高度利用解直角三角形的知识解决。
【详解】
若液面上升,则反射光斑应该向左移动,现在光斑右移说明液面下降,由直角三角形的关系知下降高度
【点睛】
本题的关键在于分析液面的升降,可以利用画图去判断,再结合解三角形就可以了。
13. ; ;
【解析】
【详解】
玻璃对这种色光的折射率;根据可得
14.t
【解析】
【分析】
作出光路图,根据求两种色光在玻璃中的速度;由几何知识求得光在玻璃通过的路程,即可
得到光在玻璃传播时间的表达式,即可得到从C点射出的单色光由O到C的传播时间tC.
【详解】
根据光路图,作界面OD的法线MN,设圆柱体的直径为d,入射角为θ,折射角分别为θB、θC
连接OB、OC.
由折射定律得,
光在圆柱体中的传播速度分别为 vB=,nC=
由上可得
已知,
解得 tC=t
【点睛】
解决本题的关键是运用几何知识、光速公式和折射定律推导出时间表达式,要用运用数学知
识分析几何光学的意识和能力.
15.①45°;②
【解析】
【详解】
①在右侧恰好观测不到出射光线,则在右侧面刚好发生全反射,根据公式
解得
由几何关系可知AC面进入玻璃砖后的出射角
r=30°
在左侧面根据折射定律
解得
②由几何关系可知
在三角形FDG内应用正弦定理
可得
则玻璃砖内光线总长度为4d,光运动所用的时间为
光在玻璃砖中的速度为
联立解得
16.(1)×108 m/s;(2)6 cm
【解析】
【详解】
(1)光在玻璃中的传播速度
解得
(2)如图所示,在AC边,光的入射角i=60°
由光的折射定律
代入数据解得
r=30°
由几何关系可知△ODC为等边三角形,则
DC=OC=6 cm
17.
【解析】
【详解】
根据题意画出光路图如图所示,设光在AB面的入射点为E,由题意可知入射角
i=53
根据几何关系可知
故
设折射角为r,根据几何关系有
因此折射率
解得
18.(1),1.6;(2)75:64
【解析】
【详解】
光路图如图所示:
(1)由几何关系有
由折射定律得,透镜对甲光的折射率
同理
由几何关系有
由折射定律得,透镜对乙光的折射率
(2)甲光在透镜中的传播速度
由几何关系有
甲光在透镜中的传播时间
乙光在透镜中的传播速度
由几何关系有
乙光在透镜中的传播时间
得
答案第1页,共2页