4.1光的折射 同步练习（Word版含解析）

鲁科版 （2019）选择性必修一 4.1 光的折射
一、单选题
1．如图所示，一束复色光经三棱镜后分开成a、b、c和d四种单色光。用这四种单色光分别照射金属钾板，其中c光恰好可从金属钾板上打出光电子；也可以用这四种单色光分别作为双缝干涉实验的光源。下列说法正确的是（　　）
A．d光的频率最高
B．d光在棱镜中的折射率最大
C．a光产生的干涉条纹宽度最大
D．a光打出的光电子的遏止电压最大
2．高速公路上的标志牌都使用“回归反光膜”，这种膜是用球体反射元件制成的。如图所示，反光膜内均匀分布着球形的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为1.6，入射的车灯光线经玻璃珠折射→反射→折射后恰好和入射光线平行，则光进入玻璃珠后的折射角的正弦值为（　　）
A．0.96 B．0.8 C．0.6 D．0.3
3．如图所示，有一个玻璃三棱镜ABC，顶角A为30°，一束光a垂直于AB射入棱镜，由AC边射出进入空气，测得折射光线与入射光线间的夹角为30°，则棱镜的折射率为 （　　）
A． B． C． D．
4．如图所示是一束光从空气射向某介质在界面上发生反射和折射现象的光路图，下列判断正确的是（　　）
A．AO是入射光线，OB为反射光线，OC为折射光线
B．BO是入射光线，OC为反射光线，OA为折射光线
C．CO是入射光线，OB为反射光线，OA为折射光线
D．条件不足，无法确定
5．将一根筷子竖直插入装有水的玻璃杯中，从水平方向拍摄的照片如图所示，看上去浸在水中的这段筷子产生了侧移。下面反映玻璃杯、筷子和照相机位置关系的俯视图可能正确的是
A． B． C． D．
6．如图，空气中有一束复色光从O点入射到半圆柱体玻璃砖。因不同颜色的光在该玻璃砖中折射率不同，导致玻璃中的两束折射光线分别从A、B点出射。记从A、B两点出射的光在玻璃砖中传播的时间分别为和，则（　　）
A．大于 B．等于
C．小于 D．因入射角度未知，无法比较和大小
7．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＝3×108 m/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是蓝光，PN是黄光
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×108 m/s
8．如图所示，一束仅由黄光和蓝光组成的复色光从O点沿SO方向射入一块横截面为半圆形的玻璃柱体内，O为圆心。偏折后分别从圆弧上的A、B两点射出，已知，，下列说法正确的是（　　）
A．玻璃柱体对从B点射出的光线的折射率较小
B．两种色光穿过玻璃柱体所需的时间相同
C．从A点射出的是黄色光，从B点射出的是蓝色光
D．玻璃柱体对从A点射出的光线的折射率为
9．惠更斯在研究了光的折射现象之后曾思考过一个问题：让两束折射率不同的单色光以相同的入射角从截面为半圆形的玻璃砖左端入射，不考虑光在玻璃砖中的反射，则它们在玻璃砖中运动时间关系（　　）
A．折射率大的光运动时间长 B．折射率小的光运动时间长
C．它们运动的时间相等 D．无法确定
10．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°
11．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
12．如图所示，两块折射率不同、厚度相同、上下表面平行的透明玻璃板平行放置在空气中，一光束以45°角入射到第一块玻璃板的上表面。则（　　）
A．在第一块玻璃板的上表面可能没有反射光
B．光分别通过两块玻璃板的时间一定不同
C．第二块玻璃板的下表面的出射光方向与入射光方向不平行
D．第二块玻璃板的下表面的出射光方向在入射光方向延长线的右侧
13．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
14．一束单色光穿过两块两面平行的玻璃砖，出射光线与入射光线的位置关系可能正确的是（　　）
A． B．
C． D．
15．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．
二、填空题
16．如图所示为玻璃厚度检测仪的原理简图，其原理是：固定一束激光AO以不变的入射角θ1照到MN表面，折射后从PQ表面射出，折射光线最后照到光电管C上，光电管将光信号转变为电信号，依据激光束在C上移动的距离，可以确定玻璃厚度的变化．设θ1＝45°，玻璃对该光的折射率为，C上的光斑向左移动了Δs，则可确定玻璃的厚度比原来变____________(填“厚”或“薄”)了的__________倍．
17．光在发生折射时，折射光的速度与入射光的速度相等。 _____（判断对错）
18．在阳光的照射下，充满雾气的瀑布上方常会出现美丽的彩虹，彩虹是太阳光射入球形水珠经折射、内反射、再折射后形成的，其光线传播路径如图所示，图中的圆面代表水珠过球心的截面，太阳光平行截面射入球形水珠后，最后出射光线a、b分别代表两种不同颜色的光线，则水珠对a、b两束光折射率的大小关系是_____；a、b两束光在水珠内传播速度大小关系是_____。（选填“＞”、“＝”或“＜”）
19．判断下列说法的正误．
（1）光从一种介质进入另一种介质时，传播方向一定发生变化．( )
（2）入射角增大为原来的2倍，折射角和反射角也都增大为原来的2倍．( )
（3）介质的折射率越大，光在这种介质中传播速度越慢．( )
（4）由折射率的定义式n＝ 得出，介质的折射率与入射角θ1的正弦成正比，与折射角θ2的正弦成反比．( )
三、解答题
20．如图所示为一长方体薄壁鱼缸的俯视图，有一点光源P在鱼缸的侧壁上，人眼睛Q在MN面的前方，人眼睛和光源在同一水平面上。当鱼缸内灌上水后，人眼刚好能够在O点（图中末标出）透过水看到光源P。已知m，m，m，水的折射率，光在真空中的传播速度m/s。求：
（ⅰ）O点到N点的距离；
（ⅱ）光源发出的光到达人眼所用的时间（忽略光在缸壁的折射情况）。
21．某半球形透明介质的截面图如图甲所示，AB为截面半圆的直径，O为球心，从O点左侧的D点射入一单色光，单色光在半球形介质上表面的入射角恰好等于其发生全反射的临界角。
（1）求半球形介质的折射率n；
（2）若用与半球形介质相同的材料制成一直角三棱镜放置在真空中，如图乙所示，其截面三角形的直角边FG的长度为d，，该单色光从FG侧面的中点垂直FG入射，光在真空中的传播速度为c，取，，求该单色光从进入棱镜到第一次从棱镜射出所经历的时间。
22．用一些折射率不同的平行玻璃砖叠放在蜡烛前可以看到如图甲所示的现象。若某块平行玻璃砖宽度为d，一细束单色光与玻璃砖侧面成30°角从P点入射，如图乙所示。已知该玻璃砖对此单色光的折射率为，光在真空中的传播速度为c，求光线在玻璃砖内的传播时间（不考虑多次反射）。
23．一池内盛有某种透明液体，在池的底部放一点光源S，其中一条光线以30°入射角射到液体与空气的界面上，它的反射光线与折射光线的夹角为113°，如图所示。已知光在空气中的传播速度c=3×108 m/s。
(1)求光在该液体中的传播速度大小。
(2)当向水池中缓慢加入同种液体，液面以稳定的速度上升时，求这条光线在右侧竖直光屏上升的高度H与液面上升的高度h之间的关系。
24．如图，在长方体玻璃砖内部有一半球形气泡，球心为O，半径为R，其平面部分与玻璃砖表面平行，有一束单色光垂直玻璃砖下表面入射到气泡上的A点，发现有一束光线垂直气泡平面从C点射出，已知，光线进入气泡后第一次反射和折射的光线相互垂直，气泡内近似为真空，真空中光速为c，求：
（i）玻璃的折射率n；
（ii）光线从A点射入气泡到第一次从C点射出气泡所经历的时间。
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．D
【详解】
AB．光的频率越大，在棱镜中的折射率越大，出射光线相对于入射光线偏折的越厉害，所以a光的频率最高，d光的频率最低，d光在棱镜中的折射率最小，A、B错误；
C．由
可得a光的波长最短，由干涉条纹间距公式
可知a光产生的干涉条纹宽度最小，C错误；
D．由光电效应方程
和动能定理
联立可得
a光的频率最高，a光打出的光电子的遏止电压最大，D正确。
故选D。
2．C
【详解】
根据题意，画出光路图如图所示
根据几何关系可知
则根据折射率公式有
则
解得
故ABD错误C正确。
故选C。
3．C
【详解】
由题意可知，光从棱镜射向空气中时，入射角θ1=30°，折射角θ2=60°，则棱镜的折射率
n==
故选C。
4．C
【详解】
法线与界面垂直，根据反射角等于入射角，折射光线和入射光线位于法线两侧，可知CO为入射光线，OB为反射光线，OA为折射光线。
故选C。
5．C
【详解】
图为筷子竖直插入盛水玻璃杯内的俯视图，若A处为筷子（俯视在O点左侧），ABP表示由筷子发出的穿过玻璃杯壁B射向照相机P处的一条光线。ON为过B点沿半径方向的直线，即在B处和空气的分界面的法线，上述光线则相当于在B处由水中射入空气中，图中的角i和角r分别为此光线的入射角和折射角，根据光的折射规律可知，应有r＞i．所以照相机在P处拍到的筷子A的像A′的位置不是在A的实际位置，而是由其实际位置偏离杯中心的方向向杯壁靠拢一些。同理若俯视筷子在O点右侧，则照相机拍到的筷子的像的位置在筷子实际位置的右侧；结合给定的图可知，筷子的像向右偏，则筷子的实际位置在O点右侧。
故选C。
6．B
【详解】
设两束折射光线的折射率分别为和，在玻璃中的速度分别为和，折射角分别为和，如图所示
解得
解得
由图中几何关系可知，从A、B两点出射的光在玻璃砖中传播的时间分别为
可得
故选B。
7．C
【详解】
A．由图可知，从M点射出的光的折射率较小，从N点射出的光的折射率较大，根据折射率与光速的关系可知，从M点射出的光的速度较大。两束光穿过玻璃柱体的路程相等，速度不同，所需时间不相同，选项A错误；
B．根据蓝光折射率大于黄光可知，PM是黄光，PN是蓝光，选项B错误；
C．由折射定律可知，玻璃对PM光束的折射率为
选项C正确；
D．PM光束在该玻璃中传播的速度为
选项D错误；
故选C。
8．C
【详解】
A．由图及
可知从A点射出的光线折射率较小，从B点射出的光线的折射率较大，A错误；
B．根据折射率与光速的关系可知从A点射出的光线在玻璃柱体中的速度较大，两种色光穿过玻璃柱体的路程相等，速度不同，所需的时间不相同，B错误；
C．蓝色光线的折射率大于黄色光线的折射率，所以从A点射出的是黄色光，从B点射出的是蓝色光，C正确；
D．由折射定律可知玻璃柱体对从A点射出的光线的折射率为
D错误。
故选C。
9．C
【详解】
设光的入射角为，折射角为，则根据折射定律有
又因为
设圆的直径为，则光在玻璃砖中的运动的距离为，光在玻璃砖中运动的时间为
将以上式子联立后求得
由于两种单色光的入射角相等，所以它们在玻璃砖中运动的时间相同。
故选C。
10．C
【详解】
折射率为
设入射角为，则有
解得
故选C。
11．C
【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。
12．B
【详解】
A．光从空气进入第一块玻璃板时，在其上表面同时发生反射和折射。故A错误；
C．因为光在玻璃板中的上表面的折射角和下表面的入射角相等，根据光的可逆性原理，从下表面出射光的折射角和开始在上表面的入射角相等，即两光线平行。第二块玻璃板的下表面的出射光方向与入射光方向平行。故C错误；
B．设光在一块玻璃砖发生折射的折射角为，则有
设玻璃砖的厚度为d，因此光走的路程为
由
可知光在玻璃砖中的传播时间为
可知光分别通过两块玻璃板的时间一定不同。故B正确；
D．光线在玻璃板中发生偏折，由于折射角小于入射角，可知第二块玻璃板下表面的出射光一定在入射光延长线的左侧。故D错误。
故选B。
13．B
【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。
14．A
【详解】
BC．一束单色光穿过两块玻璃砖，分别经过两次从空气中射入到玻璃，和两次从玻璃射入空气的折射，且两块玻璃砖的两面都是平行的，根据折射定律可知，最后的出射光线与最初的入射光线平行，BC错误。
AD．光由空气斜射进入玻璃砖，折射光线、入射光线在空气和玻璃砖两种介质中，折射角小于入射角；当光再由玻璃砖斜射进入空气时，折射角大于入射角，故最后的出射光线应该位于最初的入射光线延长线的左侧，A正确D错误。
故选A。
15．B
【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。
16． 厚
光线通过玻璃砖后传播方向不变，只发生侧移，根据激光束在C上移动的方向，可以确定玻璃厚度的变化情况．由折射定律和几何知识求解玻璃厚度的变化量．
【详解】
[1]根据平行玻璃砖的光学特性可知，光线通过玻璃砖后传播方向不变，只发生侧移，据题激光束在C的光斑向左移动，说明玻璃砖增厚；
[2]根据折射定律得
得
得
设玻璃砖变厚了d．根据几何知识得
解得
17．错误
【详解】
[1]光的折射是当光从一种介质进入到另一种介质时发生的现象，根据
可知两种介质中光的传播速度不相等，故说法错误。
18． ＞ ＜
【详解】
[1]根据光路图知，a、b两束光的入射角相等，而a光的折射角小，由折射定律得
可知a光的折射率较大，即
[2]根据知，a光在水滴中传播的速度较小，即
19． 错误 错误 正确 错误
【详解】
略
20．（ⅰ）；（ⅱ）
【详解】
（ⅰ）光源发出的光线在O点发生折射，然后进入人眼，光路如图所示，设ON为x
由几何关系有
由折射定律有
解得
（ⅱ）设光在水中的速度为v，有
光源发出的光到达人眼所用的时间
解得
21．（1）；（2）
【详解】
（1）根据全反射条件有
解得半球形介质的折射率
（2）画出该单色光在三棱镜中传播的光路，如图所示。
当光线到达三棱镜的GH边时，在GH边发生全反射，因为截面三角形的直角边FG的长度为d，K为FG边的中点，，由几何关系有
因为，所以，又由几何关系可知
该单色光在三棱镜中的传播速度大小
则该单色光从进入三棱镜到第一次从三棱镜射出所经历的时间
22．
【详解】
光线射入玻璃砖后发生折射，光路如图，入射角
根据折射定律可知
解得
光在玻璃砖中传播的距离
光在玻璃砖中传播的速度
光在玻璃砖中传播的时间
23．(1)2.5×108m/s；(2)
【详解】
(1)折射角为
折射率为
光在该液体中的传播速度大小为
(2)这条光线在右侧竖直光屏上升的高度H与液面上升的高度h之间的关系为
解得
24．（i）；（ii）
【详解】
（i）如图，作出光路图
根据折射定律可得
根据几何知识可得
联立解得
（ii）光从A经多次反射到C点的路程
时间
得
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页