4.1光的折射 练习（word版含答案）

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，OBCD为半圆柱体玻璃的横截面，OD为直径，一束由紫光和红光组成的复色光，沿AO方向从真空射入玻璃，分成OB、OC两束光。则（　　）
A．光束OB是红光
B．在玻璃中紫光的频率比红光的频率小
C．两束光分开后沿OB、OC传播所用的时间相等
D．若将复色光平移到横截面的圆心处射入，则两束光在玻璃中传播时间相等
2．半径为R的半圆柱形透明材料的横截面如图所示，某实验小组将该透明材料的A处磨去少许，使一激光束从A处射人时能够沿AC方向传播。已知AC与直径AB的夹角为30°，激光束到达材料内表面的C点后同时发生反射和折射现象，从C点的出射光束恰与AB平行（图中未画出）。该材料的折射率为（　　）
A． B． C． D．
3．光在某种玻璃中的传播速度是，要使光由玻璃射入空气时折射光线与反射光线成，则入射角应是（　　）
A． B． C． D．
4．如图，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、，频率分别为、，下列说法正确的是（　　）
A． B． C． D．
5．如图一束红光与一束紫光以适当的入射角射向半圆形玻璃砖，其出射光线都是由圆心O点沿OP方向射出，如图所示，则（　　）
A．AO是红光，它穿过玻璃砖所需的时间短
B．AO是紫光，它穿过玻璃砖所需的时间长
C．BO是红光，它穿过玻璃砖所需的时间长
D．BO是紫光，它穿过玻璃砖所需的时间短
6．如图所示，两细束不同的单色光a、b以相同的入射角斜射到平行玻璃砖的上表面，从下表面射出时a光线的侧移较大，由此可以判定（　　）
A．在空气中a的波长大于b的波长
B．在玻璃中a的频率大于b的频率
C．在玻璃中a的传播速度大于b的传播速度
D．在真空中a的传播速度小于b的传播速度
7．如图所示，注满水的透明玻璃水缸中有一位男子手持一张写有“PHYSICS IS PHUN”的纸片，将自己的头部露出水面。从照片中可以看到该男子在水中的身体与其头部有明显的错位，造成这种视觉现象的主要原因是（　　）
A．光的反射 B．光的折射
C．光的干涉 D．光的衍射
8．下列说法正确的是（　　）
A．雨后天空出现的彩虹是光的衍射现象
B．不透光圆片后面的阴影中心出现一个亮斑是光的衍射现象
C．在太阳光照射下，架在空中的电线在地面上不会留下影子是光的衍射现象
D．白光经过三棱镜后形成的彩色光带是光的衍射现象
9．如图虚线框所示，两块完全相同的玻璃直角三棱镜Ⅰ，两者的斜边平行放置，在它们之间是均匀的透明介质Ⅱ。一单色细光束垂直于左侧三棱镜Ⅰ的直角边入射，已知Ⅰ和Ⅱ对该束光的折射率分别为、.则下列说法正确的是（　　）
A．出射光线可能为①，并且
B．出射光线可能为②，并且
C．出射光线可能为③，并且
D．出射光线可能为④，并且
10．如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，分为a、b两束单色光。则（ ）
A．玻璃对b光的折射率较大
B．在真空中a光的速度大于b光的速度
C．a光的频率大于b光的频率
D．如果b光是绿光，那么a光可能是红光
11．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．
12．如图甲所示，发光二极管（LED）可高效地将电能转化为光能，在照明、平板显示、医疗器件等领域具有广泛的用途。LED的原理结构如图乙所示，管芯的发光面紧贴半球形透明介质，人们能从半球形表面看到发出的光。已知半球球心点为发光面的中点，半球和发光面的半径分别为和，则（　　）
A．发光面射出的光进入透明介质后，光的颜色发生了变化
B．若半球形表面（弧面）的任意位置都有整个发光面的光射出，则介质折射率应小于
C．若透明介质的折射率为，发光面的直径为，为了半球形表面（弧面）的任意位置都有整个发光面的光射出，必须大于
D．无论和大小关系如何，不可能在半球形表面（弧面）任意位置都有整个发光面的光射出
13．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
14．关于光的折射现象，正确的判断是（　　）
A．光的传播方向发生改变的现象叫光的折射
B．折射定律是托勒密发现的
C．人观察盛水容器的底部，发现水变浅了
D．若光从空气射入液体中，它的传播速率一定增大
15．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
二、填空题
16．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_____。
17．寻找马航失联飞机是全球关注的热点新闻，也是国人悲痛之点，更是各国高科技综合实力的体现和展示。搜寻失联飞机的黑匣子主要依靠电磁波技术和超声定位（即声呐）技术。电磁波是指在空间传播的交变电磁场，在真空中的传播速度为3.0×108m/s，无线电波是其中的一种电磁波。无线电波、红外线、可见光（即人眼能看到的光）、紫外线、X射线、γ射线都是电磁波，它们的产生方式不尽相同，波长也不同，把它们按波长顺序排列就构成了电磁波谱，如图所示。请根据上述信息及所学知识，结合电磁波谱图回答：
(1)最早发现白光（即可见光）可以发生色散，分解成七种颜色光的物理学家是______；其中，三原色光中波长最短的是______光。
(2)广播和电视利用电磁波谱中的______来传递声音和图像；飞机黑匣子发出的电磁波信号，在海水中迅速衰减，无法传播，所以黑匣子必须装有能发出声波信号的装置与其同时工作，以便利用声呐系统寻找海水中的黑匣子位置。
(3)请观察电磁波谱中各种波的波长与频率的关系，可以得出初步结论：______；请进一步观察和计算电磁波谱中各种波的波长与频率的关系，可以得出结论：______。
18．太阳光经三棱镜后将得到一彩色光带，按折射率从小到大的顺序排列应是________，其中偏折角最大的是_________光．
19．如图所示，由某种单色光形成的两束平行的细光束，垂直于半圆柱玻璃的平面射到半圆柱玻璃上。光束1沿直线穿过玻璃，入射点为圆心O；光束2的入射点为A，穿过玻璃后两条光束交于P点。已知玻璃截面的半径为R，OA＝，OP＝R，光在真空中的传播速度为c。玻璃对该种单色光的折射率为______；光束2从A点传播到P点所用的时间为______。
三、解答题
20．如图所示为直角三棱镜的截面图，一条光线平行于BC边入射，入射点G与A点的距离为l，经棱镜折射后从AC边射出。已知，光在真空中的传播速度为c，求该棱镜材料的折射率及光在棱镜中的传播时间是多少？
21．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）。
22．如图所示，长方形玻璃砖的边长为，边长为，一束单色光从边的中点A以60°的入射角射到玻璃砖上，光束刚好射到边的中点。现保持入射位置不变，使这束单色光入射角减小为45°，光束刚好射到边上的P点（未画出）。已知光在真空中的传播速度为c，不考虑光的多次反射。求：
（1）玻璃对光的折射率；
（2）光从A点射到P点的传播时间。
23．如图所示，一个盛水容器内装有深度为H的水，激光笔发出一束激光射向水面O点，经折射后在水槽底部形成一光斑P。已知入射角，水的折射率，真空中光速为c，，。求：
（1）激光从O点传播到P点的时间t；
（2）打开出水口放水，当水面下降到原来一半深度时，光斑P仍然在容器底部，求光斑P移动的距离x。
24．如图所示，截面是直角三角形的棱镜ABC，∠A=30°，它对红光的折射率=，对紫光的折射率n2=，在距AC边d处有一与AC平行的光屏。现有由红光和紫光两种色光组成的很细的光束垂直AB边射入棱镜，求：
（1）红光和紫光在棱镜中的传播速度之比；
（2）在光屏MN上两光点间的距离。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．C
【详解】
A．由折射定律
可知，相同入射角i的情况下，红光的折射率n较小，折射角r较大，故光束OC是红光，A错误；
B．紫光在真空中的频率比红光的大，光束射入玻璃后频率不变，故在玻璃中紫光的频率比红光的频率大，B错误；
C．设半圆柱体玻璃的半径为R，光束AO的入射角为i，光束OB在玻璃中的折射角为r，如图所示，则光束OB的长度
玻璃对光束OB的折射率
光束OB在玻璃中的传播速度
则光束OB传播时间
联立可解得，与光束的折射率无关，故两束光分开后沿OB、OC传播所用的时间相等，C正确；
D．若将复色光平移到横截面的圆心处射入，折射光束长度均为R，则在玻璃中传播时间
由于红光的折射率n较小，故传播时间较短，D错误。
故选C。
2．C
【详解】
如图，设AC激光束在C处的入射角为，折射角为，则根据几何知识可知
由折射定律
解得
A BD错误；C正确。
故选C。
3．A
【详解】
依题意做出光路图，如下图所示
折射率为
设入射角为，则有
解得
故选A。
4．B
【详解】
光线从从介质1射入介质2，入射角大于折射角，可知介质1是光疏介质，介质2是光密介质，则光从介质1进入介质2中光速变小，但是频率不变，则由
可知波长变小，即
故选B。
5．A
【详解】
由光路图可知，BO光线的偏折能力要强于AO光线的偏折能力，证明B光的折射率大于A光的折射率，所以AO是红光，BO是紫光，光在介质中的传播速度，因此AO在介质中的传播速度更快，由可知，AO穿过玻璃砖所需的时间短，故选A。
6．B
【详解】
A．根据
知，在真空中波长与频率与反比，则知，在真空中的波长小于的波长，A错误；
B．光的偏折程度大于光的偏折程度，则光的折射率大于光的折射率，所以的频率大于的频，B正确；
CD．由
则得
是真空中波长，是介质中波长，由上知，光在真空中波长小，而折射率大，故知在玻璃中的波长小于的波长， 光的折射率大，由
得知，光在玻璃中传播的速度小，光在真空中的传播速度相同，CD错误。
故选B。
7．B
【详解】
从照片中可以看到该男子在水中的身体与其头部有明显的错位，是由于光在水面处发生折射形成的，B正确，ACD错误。
故选B。
8．B
【详解】
A．雨后天空出现的彩虹是光的色散现象，A错误；
B．不透光圆片后面阴影中心出现一个亮斑，即泊松亮斑，这是光的衍射形成的，B正确；
C．电线的直径要比光的波长大很多，所以根本不能发生明显的衍射现象，地面上不留下电线的影子是因为光源比较大，障碍物比较小，所以在地面上形成伪本影区，C错误；
D．白光经过三棱镜后形成的彩色光带是光的色散现象，D错误。
故选B。
9．B
【详解】
根据折射定律可知光线穿过两面平行的玻璃直角三棱镜介质后，传播方向不变，只可能发生侧移，即光线和两直角三棱镜的斜面夹角相同，由光路可逆原理可知，光线和两直角三棱镜的竖直直角面的夹角也应相等（即都和竖直直角面垂直），根据光路特点可知，若
则光线将向上平移，所以出射光线可能为②，故选B。
10．C
【详解】
A．由题图可知a光射入玻璃砖后的折射角小于b光射入玻璃砖后的折射角，根据折射定律可知玻璃对a光的折射率较大，A错误；
B．在真空中a光与b光的速度相等，B错误；
C．由A项结论可知a光的频率大于b光的频率，C正确；
D．红光的频率小于绿光的频率，所以如果b光是绿光，a光不可能是红光，D错误。
故选C。
11．D
【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。
12．B
【详解】
A．光的颜色由频率决定，所以光进入透明介质后，光的颜色不变，故A错误；
BD．从发光面的两端点或沿垂直方向射出的光线有最大的入射角，如果此时不发生全反射，那么任意位置都有整个发光面的光射出，可得
则有
介质折射率应小于，故B正确，D错误；
C．由，解得
则必须大于，C错误；
故选B。
13．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。
14．C
【详解】
A．光的传播方向发生改变可以是反射，也可以是折射，A错误；
B．折射定律是斯涅耳发现的，B错误；
C．根据折射定律作图，人观察盛水的容器底部，发现水变浅，C正确；
D．根据
解得 ，所以光从空气射入液体中，它的传播速率一定减小，D错误。
故选C。
15．A
【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。
16． OG 30°
【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。
17． 牛顿 蓝 无线电波 波的频率越高，波长越短 各种波的频率与波长成反比（或各种波的频率与波长乘积相等，且等于光速）
【详解】
(1)[1][2]最早发现白光（即可见光）可以发生色散现象的物理学家是牛顿；色光的三原色是红、绿、蓝，三原色光中波长最短的是蓝光。
(2)[3]广播和电视利用电磁波谱中的无线电波来传递声音和图像；声呐浮标的探测装置接收黑匣子发出的脉冲信号，这种信号属于超声波；飞机黑匣子发出的电磁波信号，在海水中迅速衰减，无法传播，所以黑匣子必须装有能发出声波信号的装置与其同时工作，以便利用声呐系统寻找海水中的黑匣子位置。
(3)[4][5]根据电磁波谱中的各种波的波长与频率的关系，可以得出：波的频率越高，波长越短；由fλ＝c可得：各种波的频率与波长成反比（或各种波的频率与波长乘积相等，且等于光速）。
18． 红橙黄绿蓝靛紫 紫
【详解】
太阳光经三棱镜后将得到一彩色光带，按折射率从小到大的顺序排列应是红橙黄绿蓝靛紫，折射率最大是紫光，所以偏折角最大的是紫光
思路分析：波长越长，折射率越小，所以波长的顺序从大到小为红橙黄绿蓝靛紫，
试题点评：太阳光是复色光，光的色散的了解和掌握是关键
19．
【详解】
[1] 两束光线传播的光路图如图所示
设光束2的射出玻璃砖时的入射角设为θ1，折射角设为θ2，则根据几何关系得
则入射角
因由数学上余弦定理得
解得
则知
所以折射角
由折射定律得玻璃的折射率为
[2] 该光束2在玻璃中传播速度为
根据几何关系可得
光束2从A点传播到P点所用的时间为
代入数据解得
20．，
【详解】
根据折射定律画出光路图，如图所示
根据几何关系可知，光在G点的入射角也为，则根据折射定律可知，光在G点折射角与光在AC面的入射角相等，设光在G点的折射角为，根据几何关系有
即
则
根据折射定律有
根据几何关系可知，光在棱镜中传播的距离为，设光在棱镜中的传播速度为，则
解得
则光在棱镜中的传播时间为
21．（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
22．（1）；（2）
【详解】
（1）光束以的入射角入射时，光射到ad边的中点，设此时折射角为，如图
因此折射角
折射率
（2）减小入射角后，设折射角为，如图
解得
根据几何关系，AP间的距离为
光在玻璃中的折射率为，因此光在玻璃中的传播速度
光从A点射到P点的传播时间
23．（1）；（2）
【详解】
（1）根据折射定理
解得折射角大小
β=37°
光在水中的速度
激光从O点传播到P点的时间
（2）根据
由几何关系有：
x=h（tanα-tanβ）
当，代入数据解得
【点睛】
24．（1） ；（2）
【详解】
（1）由
解得
（2）作出光路图如图所示，两束光在AC面的入射角都为，那么有
故红光的折射角满足
紫光的折射角满足
所以
则两光点间的距离
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