2.2光的折射规律的应用（含答案）

2022年华师大版科学光的折射规律的应用
一．选择题（共5小题）
1．如图所示，是光在空气和玻璃两种介质中传播情形，下列说法正确的是（　　）
A．入射角等于60° B．折射角等于60°
C．BF是界面 D．AD的左边是玻璃
2．如图所示，一容器内盛有水，容器的下方有一阀门K，一束与水平方向成60°角的入射光线由空气射入水中，在容器底部O点形成一个光斑。打开阀门让水从小孔慢慢流出，在水流出的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．入射角变大，折射角变大，光斑向左移动
B．入射角变小，折射角变大，光斑向右移动.
C．入射角不变，折射角不变，光斑向右移动
D．入射角不变，折射角变小，光斑向左移动
3．学校新建成一个喷水池，在池底的中央安装一只射灯。经过连续几天观察，晓霞同学发现：池内无水时，射灯发出的一束光照在池壁上，在S点形成一个亮斑，如图所示；池内水面升至a位置时，她在池旁看到亮斑的位置在P点；水面升至b位置时，她看到亮斑的位置在Q点。则（　　）
A．P点、Q点都在S点的下方
B．P点、Q点都在S点的上方
C．P点在S点的下方，Q点在S点的上方
D．Q点在S点的下方，P点在S点的上方
4．在探究光的折射规律时，小聪发现从水面上方看水中物体变浅了。为了确定水中物体所成像的位置，小聪利用两个完全相同的小灯泡a和b、刻度尺设计了两种方案。方案一：将小灯泡a放在水中某处，再将小灯泡b水面上方，如图所示，调整b的位置，使它的像与灯泡a的像重合，用刻度尺测出灯泡b到水而的距离；方案二：将小灯泡a放在水中某处，再将小灯泡b水面上方，如图所示，将刻度尺竖直插入水中，当看到零刻度线与灯泡a的像重合时，读出刻度尺在水面处的示数。以上两种方案正确的是（　　）
A．仅有方案一
B．仅有方案二
C．方案一、方案二都正确
D．方案一、方案二都不正确
5．人在B处观察到一个彩色玻璃球沉在水池底A处，如图所示。B处用激光射到玻璃球上，则激光应对着（　　）
A．正对 A 点 B．A 点的上方些
C．A 点的下方些 D．A 点的左侧
二．多选题（共2小题）
（多选）6．如图，一束激光斜射到空水槽底部O点，形成一个光斑，现向水槽中注入适量水，则（　　）
A．水槽底部的光斑将移到O点的左侧
B．继续沿水槽壁缓慢注水，则反射角将变小
C．继续沿水槽壁缓慢注水，则折射角将变小
D．注水后槽底的光斑亮度比未注水时槽底的光斑亮度要暗
（多选）7．如图甲有一个点光源S，放在平面镜MN前，若平面镜不动，光源以v的速度沿与镜面成45°角的方向向右做匀速直线运动，光源S在镜中的像为S'；如图乙所示，烧杯中装有半杯水，一束光线竖直向下照在水面上，保持入射点不变，入射光线顺时针旋转a角。关于这两个情景，下列说法正确的是（　　）
A．甲图中，S'以速度v沿着S'O向下运动
B．甲图中，S'以速度v沿SS'连线向S移动
C．乙图中，折射光顺时针旋转，旋转角小于a
D．乙图中，折射光逆时针旋转，旋转角大于a
三．填空题（共5小题）
8．如图所示，当一束红光与一束紫光相距d平行入射到一块玻璃砖上，经玻璃折射后 　 　（选填“仍然平行”或“不再平行”），它们之间的距离d会 　 　（选填“变大”“变小”或“不变”）。
9．汽车是我们熟悉的交通工具，给我们的生活提供了便利。在汽车的制造中涉及许多物理知识，比如汽车前挡风玻璃是倾斜的，目的是使车内物体所成的 　 　（选填“实”或“虚”）像位于玻璃的上方，不妨碍司机视线。如图所示，一束与液面夹角为30°的光从空气斜射到液面时，反射光线与折射光线相互垂直，则折射角是 　 　。
10．如图所示，一盏探照灯的灯光与水平面成50°角射向水池，在没有水的池底C处形成一个光斑，则入射角大小为 　 　，在逐渐注水的过程中，折射角大小 　 　（选填“变大”、“变小”或“不变”），B处的人看到池底的光斑将 　 　移动。（选填“不会”、“向左”，“向右”）
11．在研究光的折射规律时，如图所示，小明在水中放置一密闭的薄壁透明长方体容器（容器中有空气），当一束光从容器左侧的水中斜射入容器中时，光的传播速度将 　 　（选填“变大”“变小”或“不变”），折射角 　 　（选填“＞”“＜”或“＝”）入射角，最后光从容器中射出后再次进入水中的光线可能是图中的 　 　（选填“a”“b”“c”或“d”）线。
12．如图1所示，为探究光折射时的特点，小华将一束激光射至空水槽底部的P点，形成一个光斑，然后向水槽内慢慢注水，水槽底部光斑的位置将　 　（填“向左移动”“向右移动”或“不动”）。小华完成实验后，又找来一个装有水的圆柱形玻璃瓶，把一支铅笔放在玻璃瓶的一侧，透过瓶和水可以看到那支笔，如图2所示。将铅笔由靠近玻璃瓶的位置向远处慢慢移动的过程中，铅笔所成像的　 　（选填“长短”、“粗细”或“笔尖朝向”）一直不会有明显的变化。
四．实验探究题（共2小题）
13．在探究光的折射规律实验中，某小组将光从空气分别射入水和玻璃中，并记录了如下数据：
空气中的入射角i/° 0 30 45 60
水中的折射角r/° 0 22 32 40
玻璃中的折射角θ/° 0 17 24 30
分析表中数据，可以得到一些规律：
（1）当光从一种介质垂直射入到另外一种介质时，光的传播方向 　 　（填“改变”或“不变”）。
（2）光从空气斜射入其他介质时，折射角随着入射角的增大而 　 　（填“增大”或“减小”）；分析表中数据猜想，光从空气射入其他介质时，折射角 　 　（填“可能”或“不可能”）达到90°。
（3）当光线以32°入射角从水中射向空气时，折射角等于 　 　。
（4）在本实验中，当光从空气射入水或玻璃时，　 　（填“会”或“不会”）同时发生光的反射现象。
14．小聪同学为探究光的折射规律设计了如图甲所示的实验装置，其中光屏F可绕直径NOM前后折转。
（1）实验时，光贴着光屏从空气射入水中，小聪同学将F板向后折转一定的角度，则在F板上 　 　（选填“能”或“不能”）看到折射光，此时折射光线和入射光线 　 　（选填“在”或“不在”）同一平面内。
（2）小聪同学将光屏F恢复原状，用另一支激光笔让光沿着BO射向水面时，可看到折射光沿OA射出，这说明 　 　。
（3）小聪同学保持入射光不动，继续加水，会看到杯底的亮斑B向 　 　（选填“左”、“右”或“上”）移动。
（4）让一束激光从某种玻璃中射向空气（如图乙）。保持入射点不动，改变入射角（每次增加0.2°），当入射角增大到41.8°时，折射光消失，只存在入射光与反射光，这种现象叫做光的全反射，如图丙所示。此时的入射角叫做这种物质的临界角。当入射角大于临界角时，只发生反射，不发生折射，根据以上内容可判断：
①当光从空气射向玻璃时 　 　（填“会”或“不会”）发生光的全反射现象；
②一个三棱镜由上述玻璃制成，一束光垂直于三棱镜的一个面射入，如图丁所示。则关于这束光经过三棱镜后的光路描述，图中正确的是 　 　。
五．解答题（共1小题）
15．小明通过实验探究光从水中斜射入空气中的现象，如图所示是他根据实验现象画出的光路图。此时折射角 　 　入射角，之后他不断地增大入射角进行观察。请你猜想，当折射角接近90°时，再增大入射角，可能出现的现象是：　 　。
2022年华师大版科学光的折射规律的应用
参考答案与试题解析
一．选择题（共5小题）
1．如图所示，是光在空气和玻璃两种介质中传播情形，下列说法正确的是（　　）
A．入射角等于60° B．折射角等于60°
C．BF是界面 D．AD的左边是玻璃
【解答】解：
（1）入射光线与法线的夹角为入射角，反射光线与法线的夹角为反射角，根据光的反射定律可知反射角等于入射角；
如图所示：∠AOG＝60°，则∠GOF＝90°﹣60°＝30°，已知∠EOF＝30°，可知∠GOF＝∠EOF＝30°，
所以在AD的右侧发生了光的反射，则AD为界面，BF为法线，因折射光线和入射光线分别位于法线两侧，所以GO为入射光线，OE为反射光线，OC为折射光线，入射角∠GOF为30°。
（2）已知是光在空气和玻璃两种介质中传播的情形，而OC为折射光线，BF为法线，则折射角∠COB＝90°﹣30°＝60°；比较可知折射角大于入射角，所以由光的折射规律可知是光从玻璃斜射入空气中，则AD的左边是空气；
综上分析，选项ACD错误，B正确。
故选：B。
2．如图所示，一容器内盛有水，容器的下方有一阀门K，一束与水平方向成60°角的入射光线由空气射入水中，在容器底部O点形成一个光斑。打开阀门让水从小孔慢慢流出，在水流出的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．入射角变大，折射角变大，光斑向左移动
B．入射角变小，折射角变大，光斑向右移动.
C．入射角不变，折射角不变，光斑向右移动
D．入射角不变，折射角变小，光斑向左移动
【解答】解：当水位在a时，一束光线斜射入盛水的容器中，由光的折射规律可知，在容器底部形成一个光斑在P点，当打开阀门K，容器里的水逐渐流出的过程中，当入射点逐渐降低到b时，由光的折射规律可知，在容器底部形成的光斑在P′点，所以在水逐渐流出的过程中，光斑将向右移动，如图所示，此过程中，入射角不变，且介质的种类不变，故入射角和折射角的度数都不变。
故选：C。
3．学校新建成一个喷水池，在池底的中央安装一只射灯。经过连续几天观察，晓霞同学发现：池内无水时，射灯发出的一束光照在池壁上，在S点形成一个亮斑，如图所示；池内水面升至a位置时，她在池旁看到亮斑的位置在P点；水面升至b位置时，她看到亮斑的位置在Q点。则（　　）
A．P点、Q点都在S点的下方
B．P点、Q点都在S点的上方
C．P点在S点的下方，Q点在S点的上方
D．Q点在S点的下方，P点在S点的上方
【解答】解：（1）往池内注水，水面升至a位置时，发生折射，根据折射定律，P点如下图所示：
（2）水面上升至b位置时，光线先在水池壁反射，再折射出水面，根据反射定律和折射定律，Q点如下图所示：
通过画图可知：P点在S点的下方，Q点在S点的上方。
故选：C。
4．在探究光的折射规律时，小聪发现从水面上方看水中物体变浅了。为了确定水中物体所成像的位置，小聪利用两个完全相同的小灯泡a和b、刻度尺设计了两种方案。方案一：将小灯泡a放在水中某处，再将小灯泡b水面上方，如图所示，调整b的位置，使它的像与灯泡a的像重合，用刻度尺测出灯泡b到水而的距离；方案二：将小灯泡a放在水中某处，再将小灯泡b水面上方，如图所示，将刻度尺竖直插入水中，当看到零刻度线与灯泡a的像重合时，读出刻度尺在水面处的示数。以上两种方案正确的是（　　）
A．仅有方案一
B．仅有方案二
C．方案一、方案二都正确
D．方案一、方案二都不正确
【解答】解：（1）平静的水面可以看做平面镜，由于像距等于物距，b的像到水面距离等于b到水面距离；将灯泡b放在水面上方，调整其位置，使b的像与灯泡a的像重合，则a的像到水面的距离等于b到水面的距离，；
（2）将刻度尺竖直插入水中，看到的零刻度线是实际零刻线的像，与灯泡a的像重合，刻度尺在水面处的示数等于a到水面距离。
故：方案一正确，方案二错误。
故选：A。
5．人在B处观察到一个彩色玻璃球沉在水池底A处，如图所示。B处用激光射到玻璃球上，则激光应对着（　　）
A．正对 A 点 B．A 点的上方些
C．A 点的下方些 D．A 点的左侧
【解答】解：连接BA，过折射点做法线，根据光从空气斜射入水中，折射角小于入射角画出折射光线的位置，虽然人看到的A点是玻璃球的虚像，玻璃球的实际位置在A点的正下方，因为激光在进入水的时候也会发生折射，所以沿着A点照射，激光刚好照在玻璃球上，如图所示：
故选：A。
二．多选题（共2小题）
（多选）6．如图，一束激光斜射到空水槽底部O点，形成一个光斑，现向水槽中注入适量水，则（　　）
A．水槽底部的光斑将移到O点的左侧
B．继续沿水槽壁缓慢注水，则反射角将变小
C．继续沿水槽壁缓慢注水，则折射角将变小
D．注水后槽底的光斑亮度比未注水时槽底的光斑亮度要暗
【解答】解：当容器内加水时，入射光线与水平面之间的夹角不变，入射角不变，反射角不变，折射角不变；由光的折射规律可知，光线将发生折射现象，折射光线靠近法线，即向下偏折，也就是在容器底的光斑向左移动，当水加满后，光斑就停止移动。如下图：
；
由于水面反射了一部分光线，注水后槽底的光斑亮度比未注水时槽底的光斑亮度要暗；
综上所述，AD正确。
故选：AD。
（多选）7．如图甲有一个点光源S，放在平面镜MN前，若平面镜不动，光源以v的速度沿与镜面成45°角的方向向右做匀速直线运动，光源S在镜中的像为S'；如图乙所示，烧杯中装有半杯水，一束光线竖直向下照在水面上，保持入射点不变，入射光线顺时针旋转a角。关于这两个情景，下列说法正确的是（　　）
A．甲图中，S'以速度v沿着S'O向下运动
B．甲图中，S'以速度v沿SS'连线向S移动
C．乙图中，折射光顺时针旋转，旋转角小于a
D．乙图中，折射光逆时针旋转，旋转角大于a
【解答】解：AB、根据平面镜成像特点作出光源S在平面镜中成的像，如图所示。因为光源S以v的速度沿与镜面成45°角的方向向右做匀速直线运动，所以像点S'也以v的速度沿着S'O向下运动。∠SOM＝∠S'OM＝45°，所以与S'O与SO互相垂直，即S'以速度v沿竖直方向向下移动，故A正确，B错误；
CD、一束光线竖直向下照在水面上，折射光线不发生偏折，垂直入射，
现保持入射点不变，入射光线顺时针旋转a角，当光从空气斜射入水中时，折射角小于入射角，则折射光线顺时针旋转，但旋转角小于a，故C正确，D错误。
故选：AC。
三．填空题（共5小题）
8．如图所示，当一束红光与一束紫光相距d平行入射到一块玻璃砖上，经玻璃折射后 　仍然平行　（选填“仍然平行”或“不再平行”），它们之间的距离d会 　变小　（选填“变大”“变小”或“不变”）。
【解答】解：由于玻璃砖的上下两侧表面平行，根据光路的可逆性可知，当光线从空气斜射入玻璃砖再次射入空气中时，出射光线与开始的入射光线方向平行，只是发生了侧移，所以红光和紫光再次折射出后，仍然平行；
由于玻璃对红光的偏折程度小，对紫光的偏折程度大，所以在此折射过程中，紫光向左侧移得更多，所以从玻璃砖中再次折射出后，它们之间的距离d会变小；
故答案为：仍然平行；变小。
9．汽车是我们熟悉的交通工具，给我们的生活提供了便利。在汽车的制造中涉及许多物理知识，比如汽车前挡风玻璃是倾斜的，目的是使车内物体所成的 　虚　（选填“实”或“虚”）像位于玻璃的上方，不妨碍司机视线。如图所示，一束与液面夹角为30°的光从空气斜射到液面时，反射光线与折射光线相互垂直，则折射角是 　30°　。
【解答】解：（1）挡风玻璃相当于平面镜，因为平面镜成的像是虚像，挡风玻璃倾斜安装，是为了避免由于平面镜成像而使车内景物的像成在车的正前方，影响司机视线。
（2）入射光线与液面成30°角，则入射角为90°﹣30°＝60°，则反射角为60°；
根据光从空气斜射入其它介质时，折射角小于入射角作出折射光线；
因反射角为60°，则反射光线与液面之间的夹角为90°﹣60°＝30°；
已知反射光线与折射光线的夹角为90°，则折射光线与液面的夹角为：90°﹣30°＝60°，所以折射角为90°﹣60°＝30°。
故答案为：虚；30°。
10．如图所示，一盏探照灯的灯光与水平面成50°角射向水池，在没有水的池底C处形成一个光斑，则入射角大小为 　40°　，在逐渐注水的过程中，折射角大小 　不变　（选填“变大”、“变小”或“不变”），B处的人看到池底的光斑将 　向右　移动。（选填“不会”、“向左”，“向右”）
【解答】解：一盏探照灯的灯光与水平面成50°角射向水池，由于法线与池底是垂直的，则灯光与法线之间的夹角为90°﹣50°＝40°，即入射角为40°；
在没有注水时，根据光的直线传播，人直接能看到C点；当注水后，探照灯射出的光线到水面发生折射，折射光线靠拢法线照射到C'点，人看C'点时，C'点射出的光线到水面再次发生折射，折射光线远离法线进入人眼，眼睛逆着光线看来感觉光线是从C''射出的，所以人看到光斑向右移动；
水面上升时，入射角的大小不变，则折射角的大小也不会变化。
故答案为：40°；不变；向右。
11．在研究光的折射规律时，如图所示，小明在水中放置一密闭的薄壁透明长方体容器（容器中有空气），当一束光从容器左侧的水中斜射入容器中时，光的传播速度将 　变大　（选填“变大”“变小”或“不变”），折射角 　＞　（选填“＞”“＜”或“＝”）入射角，最后光从容器中射出后再次进入水中的光线可能是图中的 　a　（选填“a”“b”“c”或“d”）线。
【解答】解：（1）光在空气中的传播速度为3×108m/s，光在水中的传播速度小于光在空气中的传播速度；所以光从水中射入空气中时，速度将会变大；
（2）光在空气中传播速度快、在水中传播速度慢，当光从水中斜射入空气中时，折射光线远离法线；
光在空气中传播速度快、在水中传播速度慢，当光从空气中斜射入水中时，折射光线偏向法线，故最后光从容器中射出后再次进入水中的光线可能是图中的a线。
故答案为：变大；＞；a。
12．如图1所示，为探究光折射时的特点，小华将一束激光射至空水槽底部的P点，形成一个光斑，然后向水槽内慢慢注水，水槽底部光斑的位置将　向左移动　（填“向左移动”“向右移动”或“不动”）。小华完成实验后，又找来一个装有水的圆柱形玻璃瓶，把一支铅笔放在玻璃瓶的一侧，透过瓶和水可以看到那支笔，如图2所示。将铅笔由靠近玻璃瓶的位置向远处慢慢移动的过程中，铅笔所成像的　粗细　（选填“长短”、“粗细”或“笔尖朝向”）一直不会有明显的变化。
【解答】解：（1）将一束激光射至P点，形成一个光斑，向水槽内慢慢注水，光在水面处发生折射，因光从空气斜射入水中时，折射角小于入射角，所以水槽底部光斑的位置将向左移动。
（2）盛水的圆柱形玻璃杯相当于凸透镜，将铅笔由靠近杯子的位置逐渐远离的过程中，当铅笔离玻璃杯较近时，成正立、放大的虚像；当铅笔离玻璃杯较远时，成倒立、缩小的实像，即透过玻璃杯会看到铅笔的长短发生变化；
透过玻璃杯先会看到铅笔正立的虚像，当到达某一位置时，由正立的虚像变为倒立的实像，铅笔尖也会改变方向，但铅笔所成像的粗细一直不会有明显的变化。
故答案为：向左移动；粗细。
四．实验探究题（共2小题）
13．在探究光的折射规律实验中，某小组将光从空气分别射入水和玻璃中，并记录了如下数据：
空气中的入射角i/° 0 30 45 60
水中的折射角r/° 0 22 32 40
玻璃中的折射角θ/° 0 17 24 30
分析表中数据，可以得到一些规律：
（1）当光从一种介质垂直射入到另外一种介质时，光的传播方向 　不变　（填“改变”或“不变”）。
（2）光从空气斜射入其他介质时，折射角随着入射角的增大而 　增大　（填“增大”或“减小”）；分析表中数据猜想，光从空气射入其他介质时，折射角 　不可能　（填“可能”或“不可能”）达到90°。
（3）当光线以32°入射角从水中射向空气时，折射角等于 　45°　。
（4）在本实验中，当光从空气射入水或玻璃时，　会　（填“会”或“不会”）同时发生光的反射现象。
【解答】解：（1）当空气中的入射角i为0°时，水中的折射角r和玻璃中的折射角θ都为0°，故当光从一种介质垂直射入到另一种介质时，传播方向不变；
（2）由表格中的数据可知：当空气中的入射角i逐渐增大时，折射角也随之增大；但折射角始终小于入射角，故光从空气射入其它介质时，折射角不可能达到90°；
（3）光的折射中，光路是可逆的，由表格可知，当光线以32°入射角从水中射向空气时，则折射角是45°；
（4）在本实验中，当光从空气射入水或玻璃时，水面或玻璃面会反射光线，会同时发生光的反射现象。
故答案为：（1）不变；（2）增大；不可能；（3）45°；在光的折射中，光路是可逆的；（4）会。
14．小聪同学为探究光的折射规律设计了如图甲所示的实验装置，其中光屏F可绕直径NOM前后折转。
（1）实验时，光贴着光屏从空气射入水中，小聪同学将F板向后折转一定的角度，则在F板上 　不能　（选填“能”或“不能”）看到折射光，此时折射光线和入射光线 　在　（选填“在”或“不在”）同一平面内。
（2）小聪同学将光屏F恢复原状，用另一支激光笔让光沿着BO射向水面时，可看到折射光沿OA射出，这说明 　在光的折射现象中，光路是可逆的　。
（3）小聪同学保持入射光不动，继续加水，会看到杯底的亮斑B向 　左　（选填“左”、“右”或“上”）移动。
（4）让一束激光从某种玻璃中射向空气（如图乙）。保持入射点不动，改变入射角（每次增加0.2°），当入射角增大到41.8°时，折射光消失，只存在入射光与反射光，这种现象叫做光的全反射，如图丙所示。此时的入射角叫做这种物质的临界角。当入射角大于临界角时，只发生反射，不发生折射，根据以上内容可判断：
①当光从空气射向玻璃时 　不会　（填“会”或“不会”）发生光的全反射现象；
②一个三棱镜由上述玻璃制成，一束光垂直于三棱镜的一个面射入，如图丁所示。则关于这束光经过三棱镜后的光路描述，图中正确的是 　D　。
【解答】解：
（1）当F板向后折转一定的角度后，则呈现折射光线的F板和呈现入射光线的E板不在同一平面内，所以在F板上不能看到折射光；但此时折射光线和入射光线在同一平面内；
（2）小聪继续用另一支激光笔让光线沿着BO射向水面时，可看到折射光线沿OA射出，这说明：在光的折射现象中，光路是可逆的。
（3）若杯中的水增多，如图所示：
可见，当水增多时，液面升高，入射角不变，折射角也不变，光斑会向左移动；
（4）①光从空气斜射向玻璃，折射角总小于入射角，折射角总小于90°，故不会发生全反射现象。
②光线从空气垂直于玻璃入射时，光的传播方向不变；当光射到玻璃的右表面时，由图可知入射角为45°，大于临界角41.8°，所以会发生全反射现象（折射光线消失，只有反射光线），其光路图如下图所示：
故只有D正确。
故答案为：（1）不能；在；（2）在光的折射现象中，光路是可逆的；（3）左；（4）①不会；②D。
五．解答题（共1小题）
15．小明通过实验探究光从水中斜射入空气中的现象，如图所示是他根据实验现象画出的光路图。此时折射角 　大于　入射角，之后他不断地增大入射角进行观察。请你猜想，当折射角接近90°时，再增大入射角，可能出现的现象是：　折射光线消失　。
【解答】解：
（1）入射光线和法线的夹角为入射角，折射光线和法线的夹角为折射角，
此时折射角大于入射角；
（2）由图知，光从水中斜射入空气中时，折射角大于入射角，入射角增大折射角也增大。
所以当入射角增大到一定程度，折射光线可能与水面平行即折射角首先为90°并消失；若入射角再增大，光线有可能全部反射回水中。
故答案为：（1）大于；折射光线消失。