选择性必修一4.1光的折射定律 练习（word版含答案）

粤教版（2019）选择性必修一 4.1 光的折射定律
一、单选题
1．如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，分成a、b两束单色光，则下列说法正确的是（　　）
A．a光的波长小于b光的波长
B．a光的频率大于b光的频率
C．在该玻璃砖中，a光的传播速度比b光大
D．在真空中，a光的传播速度比b光大
2．关于介质的折射率，下列说法正确的是（　　）
A．由折射率的公式可知，介质的折射率与入射角θ1的正弦成正比
B．由折射率公式可知，介质的折射率与光在介质中的传播速度v成反比
C．折射率反映的是介质本身的光学性质由介质本身及光的性质共同决定
D．玻璃的折射率大于1，水的折射率小于1
3．下列哪一幅图正确表示了光从空气进入玻璃中的光路（　　）
A． B．
C． D．
4．玻璃中有一个球形气泡。一束平行光射入气泡，下列光路图中正确的是（　　）
A． B．
C． D．
5．光在某种玻璃中的传播速度是×108m/s，要使光由空气射入这种玻璃，且使折射光线与反射光线之间成90°角，则入射角应是（　　）
A．30° B．45° C．60° D．90°
6．“泰山极顶看日出，历来被描绘成十分壮观的奇景。”日出时看到的“太阳”与太阳的实际位置相比（　　）
A．略高一些 B．略低一些 C．略近一些 D．相同
7．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
8．如图所示，一玻璃球体的半径为R，球心为O，一细激光束沿与夹角为方向从A点射入玻璃球体，该光线经两次折射后从玻璃球体射出时，出射光线的方向相对于初始入射方向的偏角为，则玻璃球体的折射率为（　　）
A．1.5 B．2 C． D．
9．如图所示，一束单色光从介质1射入介质2，在介质1、2中的波长分别为λ1、λ2，频率分别为f1、f2，则（　　）
A．λ1＜λ2 B．λ1＞λ2 C．f1＜f2 D．f1＞f2
10．如图所示，眼睛在a处看到鱼在水中的b处。若从a处射出一束激光欲照射到鱼身上，则激光应对着哪一位置射出（　　）
A．b的下方 B．b的上方
C．b处 D．无法确定
11．竖立的橱窗玻璃比一般的玻璃厚，嵌在墙体部。如图甲所示，某同学的测量过程如下：激光笔发出细激光束以入射角照射玻璃，反射后在竖直的纸板上出现几个亮度不同但间隔均匀的亮斑，测出相邻亮斑间的距离，改变入射角度，测得多组数据，以为纵坐标、为横坐标，描点后拟合出直线，如图乙所示，测出图线在横轴的截距为，纵轴的截为下列说法正确的是（　　）
A．该玻璃对该激光的折射率为
B．该橱窗玻璃的厚度为6cm
C．减小角，纸板上相邻亮斑间的距离增大
D．仅换用频率较小的激光，纸板上相邻亮斑间的距离减小
12．如图所示，等边是三棱镜的横截面，一束单色光以60°的入射角射到AB边的中点，经棱镜两次折射后，从AC边射出，测出经两次折射后光线的偏向角为60°，已知AB边的长度为L，光在真空中的速度为c，则光沿图示路径通过三棱镜的时间是（　　）
A． B． C． D．
13．如图所示，一束由两种单色光组成的复色光Ⅰ从空气中射向水面，进入水面后变成Ⅱ、Ⅲ两光，折射角分别为和，且＞。下列说法正确的是（　　）
A．若光束Ⅱ是蓝光，光束Ⅲ有可能是紫光
B．若光束Ⅱ是紫光，光束Ⅲ有可能是蓝光
C．光束Ⅱ与光束Ⅲ在水中的速率之比
D．光束Ⅱ与光束Ⅲ在水中的波长之比
14．白光通过三棱镜发生色散现象，下列说法正确的是（　　）
A．不同颜色的光在真空中的光速不同
B．在同一介质中红光的折射率比紫光大
C．在同一介质中红光的光速比紫光大
D．每种颜色的光通过三棱镜都会分成几种颜色的光
15．一个军事设施的观察孔，如图所示，其宽度L=30 cm，厚度d=30cm，为了扩大观察视野，将折射率为n=的某种玻璃砖完全嵌入观察孔内。则嵌入玻璃砖后，军事设施内的人通过这块玻璃砖能看到的视野的最大张角是 （　　）
A．60° B．90° C．120° D．180°
二、填空题
16．【易错辨析】
（1）水一定是光密介质。( )
（2）两种介质相比，光在光密介质中的速度一定较小。( )
（3）两种介质相比，光密介质的密度一定较大。( )
（4）光线从一种介质进入另一种介质时，在光密介质中与法线夹角较小。( )
（5）两种介质相比，光疏介质的折射率一定较小。( )
17．一束单色光由空气进入水中，则该光在空气和水中传播时，速度___________，频率___________(均填“增大”“减小”或“不变”)
18．如图所示，一束光在空气和玻璃两种介质的界面上同时发生反射和折射（图中入射光线、反射光线和折射光线的方向均未标出），其中折射光线是_____ （用字母表示），反射角等于_____。
19．由于地球表面存在大气层，所以人们早晨观察到的日出时刻将提前一段时间，并且由于介质对不同颜色的光的折射率不同，所以人们早晨观察到的日出时刻的光的颜色先后也不同。如图所示为早晨日出时刻的太阳光路示意图。已知地球半径为R，地球周围大气层空气的厚度为h。假设正常天气地球大气层空气的密度均匀，其折射率为n1；雾霾天气地球大气层空气的密度也均匀，折射率增大为n2；太阳光在可见光范围内包含红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七种颜色的光；太阳光可视为平行光且只考虑空气对太阳光的折射作用。则①人们在正常天气的早上最先看到日出时刻的_____光（选填可见光的颜色）；②人们在雾霾天气的早上看到日出时刻的紫光比人们在正常天气的早上看到日出时刻的紫光_____（选填“提前”或“滞后”）一段时间。
三、解答题
20．如图所示，一束由a、b两种光组成的复色光沿半径方向射入某半圆柱形透明介质，光通过透明介质折射后分成两条光束，已知介质的直面边界与光屏平行，光屏与介质砖的距离，入射光线与介质直面边界的夹角，介质对a光的折射率，对b光的折射率。求两束光照在光屏上的光点间的距离d。
21．在研究光的折射现象时，进行如图所示的实验，其中 ABC为一顶角∠A=30°的直角三棱镜的截面，三棱镜材料对红光的折射率，AB边的长度l=0.15m，PD为垂直于直线BCD的足够大的光屏。一宽度也为l的平行红光光束垂直射向AB面，求屏上红光光束的宽度。
22．如图所示为一圆筒截面，两筒内外是空气，两筒之间充满折射率为均匀透明介质，内圆筒半径为R，外圆筒半径为2R，从M点光源处向介质内发射一细光束恰好与内圆相切，光束到达外圆边界时发生反射和折射，反射光线又经外圆边界反射后最终返回到M点，可以证明两条反射光线均与内圆相切。已知光在真空中的速度为c，求：
（1）光线到达外圆P点发生折射时的折射角α；
（2）光线经外圆边界反射后，在介质中第一次返回M点传播的时间。
23．如图所示，某透明体的横截面为直角三角形，，边的长度为L。光线从边的中点P沿与面夹角的方向射入透明体，恰好垂直面射出。真空中的光速为c。求：
（i）透明体对光线的折射率n；
（ii）光线从P点射入至射到面的时间t。
24．夏日雨过天晴之后，空气中会有大量的可视为球形的小水滴，太阳光会在水滴表面和内部发生折射和反射，从而形成彩虹。如图所示，当某单色光从A点以入射角i=37°入射时，从B点射出的出射光线与入射光线对应的夹角称为该单色光的彩虹角。若球形水滴的半径为R，对该单色光的折射率为n=1.2，真空中的光速为c，，求：
（1）彩虹角的值；
（2）光线从A点传播到B点所用的时间。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【解析】
【分析】
【详解】
AB．由折射光路可知，a光的偏折程度较小，折射率较小，则a光的频率较小，a光的波长较大，AB错误；
C．根据可知，在该玻璃砖中，a光的传播速度比b光大，C正确；
D．在真空中各种光的传播速度均相同，D错误。
故选C。
2．B
【解析】
【分析】
【详解】
A．折射率的公式
运用比值法定义，可知介质的折射率与入射角θ1、折射角的正弦θ2无关， A错误；
B．由公式
知c不变，则介质的折射率与介质中的波速成反比，B正确；
C．折射率反映的是介质本身的光学性质，介质的折射率只由介质本身决定，C错误；
D．因折射率是光线从空气折射入介质时的入射角和折射角的正弦值之比，任何介质的折射率都大于1，D错误。
故选B。
3．C
【解析】
【分析】
【详解】
ACD．光从空气斜射入玻璃时，折射角应小于入射角，而A图中折射角大于入射角，D图中折射角等于入射角，AD错误C正确；
B．B图中折射光线与入射光线在法线的同侧，画法错误，B错误。
故选C。
4．B
【解析】
【分析】
【详解】
光从玻璃进入空气，即由光密介质进入光疏介质，入射角小于折射角，后来又从玻璃进入空气，则入射角大于折射角，其光路图如图所示，所以B正确；ACD错误；
故选B。
5．C
【解析】
【分析】
【详解】
折射率为
设入射角为，则有
解得
故选C。
6．A
【解析】
【详解】
太阳光从真空进入大气，入射角大于折射角，折射光线的反向延长线交点为看到的太阳位置，比太阳的实际位置略高、略远。
故选A。
7．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。
8．D
【解析】
【详解】
光路图如下
有图可知，ABCO是一个菱形，所以
可得第一次的折射角
则玻璃球体的折射率为
故ABC错误，D正确。
故选D。
9．B
【解析】
【分析】
【详解】
光从介质1进入介质2频率不变，即
f1=f2
由光路图可知，入射角大于折射角，则介质2的折射率较大，根据
则光在介质2中速度较小，根据
即在介质2中波长较小，即
λ1＞λ2
故选B。
10．C
【解析】
【详解】
人眼看到的是鱼的虚像，鱼“发出”的光线经水面折射后进入人眼，由光路可逆知，当激光从a处向b处发射时，经水面折射后将刚好照射到鱼身上。
故选C。
11．A
【解析】
【分析】
【详解】
AB．光路图如图所示，由折射定律有
由几何关系有
又有
整理得
结合图像可知
，
解得
，
所以A正确；B错误；
C．减小角，折射角减小，纸板上相邻亮斑间的距离减小，所以C错误；
D．仅换用频率较小的激光，则折射率减小，折射角增大，纸板上相邻亮斑间的距离增大，所以D错误；
故选A。
12．D
【解析】
【详解】
光路图如图所示
由题可知
由几何关系
由折射定律有
联立可得
由于
则
故三角形ADE为等边三角形，即有
光在三棱镜中的传播速度为
则光通过三棱镜的时间为
故D正确，ABC错误。
故选D。
13．A
【解析】
【分析】
【详解】
AB．紫光的折射率比蓝光的折射率大，则入射角相等时，紫光的折射角更小，若光束Ⅱ是蓝光，则光束Ⅲ有可能是紫光，A正确，B错误；
C．Ⅱ和Ⅲ的折射率之比
两束光在水中的速率由
可得
v1﹕v2=sinα﹕sinβ
C错误；
D．由
可得
因为
v1>v2
f2>f1
所以
v1f2>v2f1
所以
而又因为
α>β
sinβ﹕sinα<1
故D错误。
故选A。
14．C
【解析】
【详解】
A．不同颜色的光在真空中的光速相同，A错误；
B．在同一介质中红光的折射率比紫光小。B错误；
C．根据
可知，折射率小的，速度大，所以在同一介质中红光的光速比紫光大。C正确；
D．单色光通过三棱镜不会分成几种颜色的光。D错误。
故选C。
15．B
【解析】
【详解】
军事设施内的人从内壁左侧能最大范围观察右边的目标，光路如图所示。由几何关系有
sin r==
解得
r=30°
根据折射定律有
=n
解得
i=45°
则最大张角为
θ=2i=90°
故选B。
16． 错误 正确 错误 正确 正确
【解析】
【分析】
【详解】
（1）[1]光密介质与光疏介质是相对而言的，单独一种介质无法确定它是光密介质还是光疏介质，故错误。
（2）[2]两种介质相比，折射率较大的介质叫作光密介质，光在光密介质中的速度一定较小，故正确。
（3）[3]两种介质相比，折射率较大的介质叫作光密介质，与介质密度无关，故错误。
（4）[4]光线从一种介质进入另一种介质时，在光密介质中折射率大，与法线夹角较小，故正确。
（5）[5]两种介质相比，光疏介质的折射率一定较小，故正确。
17． 减小 不变
【解析】
【详解】
同一单色光在不同的介质中传播，频率不会改变，但是速度改变，光在水中传播时速度较空气中小.
18． OG 30°
【解析】
【详解】
[1][2]由图可知关于中心线对称的只有FO、EO，故两条光线一定为入射光线和反射光线，AB为界面，CD是法线；故反射角应为30°；
OG一定为折射光线，因折射光线与入射光线分布在法线两侧，且由空气到玻璃时折射角减小，由玻璃到空气时折射角变大，故EO为入射光线，且从玻璃射向空气中。
19． 紫 提前
【解析】
【详解】
(1)[1]由可知，折射率越大，在折射角相同的情况下，入射角越大，由于紫光的折射率最大，则紫光的入射角最大，即人们在正常天气的早上最先看到日出时刻的紫光
(2)[2]由可知，折射率越大，在折射角相同的情况下，入射角越大，由于雾霾天气时空气折射率更大，则折射角更大，即能提前看到日出时的紫光
20．
【解析】
【详解】
如图所示
两束光在介质中的入射角为
、光在空气中的折射角分别为、，根据折射率的定义可得
解得
根据图示几何关系可得
21．0.1m
【解析】
【详解】
平行光束经过棱镜折射后的出射光束仍是平行光束，如图
图中 、 为光在AC面上的入射角和折射角，根据折射定律
根据几何知识
则
设出射光线与水平方向成 角，根据几何知识
解得
因为AB变长为l，根据几何知识
所以
则在屏上形成的光束宽带为
22．（1）α=60°；（2）
【解析】
【详解】
（1）光路如图
过O点作MP垂线，与MP相交于S点，由三角形几何关系得
解得
β=30°
由折射定律
则
α=60°
（2）由角度关系可知：反射光纤经外圆边界再次反射后最终返回M点，反射光线构成一正三角形MPQ，有
光线在介质中的速度为
即
23．（i）；（ii）
【解析】
【详解】
（i）光路如图所示，由几何关系可知，光线从P点射入透明体的入射角与折射角分别为
又
解得
（ii）根据几何关系可知，P、D两点间的距离为
光在透明体中传播的速度大小
又
解得
24．（1）；（2）
【解析】
【分析】
本题考查考生的理解能力和分析综合能力，需要考生利用折射定律等知识解题。
猜有所依
热考知识
光学是高考选考题中的重要考查部分，考查方式主要有光的折射、光的干涉、光的衍射，光的干涉和衍射预计会出现在填空题中，光的折射会以计算题的形式出现。2021年河北高考物理结合几何光学考查了光的折射、全反射临界角等知识。本题考查了光的全反射，光的折射定律，考查了考生的逻辑推理能力和分析综合能力。
【详解】
如图所示
（1）设该单色光射入小水滴时的折射角为，由折射定律可得
解得
由几何关系可知
解得
（2）由几何关系可知，该单色光在球形水滴内传播的路程为
该单色光在水滴内的传播速度为
故其传播时间为
联立并代入数据求解可得
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