4.1光的折射 同步练习（Word版含解析）

人教版（2019）选择性必修一 4.1 光的折射 同步练习
一、单选题
1．“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
2．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．
3．如图所示，一细束白光通过玻璃三棱镜折射后分为各种单光色，取其中a、b、c三种色光，下列说法正确的是（　　）
A．a光的频率最高
B．在真空中b光的波长最长
C．玻璃对c光的折射率最大
D．在三棱镜中c光传播速度最大
4．一束由红、蓝两单色光组成的光线从一平板玻璃砖的上表面以入射角射入，穿过玻璃砖自下表面射出，已知该玻璃砖对红光的折射率为1.5。设红光与蓝光穿过该玻璃砖所用的时间分别为和，则在从逐渐增大至的过程中（　　）
A．始终大于 B．始终等于
C．始终小于 D．先小于后大于
5．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．
6．一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．
7．目前一种用于摧毁人造卫星或空间站的激光武器正在研制中，如图所示，某空间站位于地平线上方，现准备用一束激光射向该空间站，则应把激光器（　　）
A．沿视线对着空间站瞄高一些 B．沿视线对着空间站瞄低一些
C．沿视线对着空间站直接瞄准 D．条件不足，无法判断
8．光在某种玻璃中的传播速度是m/s，要使光由玻璃射入空气时折射光线与反射光线成90°夹角，则入射角应是（　　）
A．30° B．37° C．45° D．60°
9．分光器是光纤通信设备中的重要元件，主要用来分配光纤通信中的不同链路。如图，为某一型号分光器的原理示意图，一束由两种不同频率单色光组成的复色光，从空气射向平行玻璃砖的上表面，玻璃砖下表面镀有反射层，光束经两次折射和一次反射后，从玻璃砖上表面射出两束单色光。已知两种色光由玻璃射向空气发生全发射的临界角均小于42°，下列说法正确的是（　　）
A．光在玻璃砖中的传播时间大于光在玻璃砖中的传播时间
B．从玻璃砖上表面射出的两束单色光不平行
C．若用光分别照射某金属均能发生光电效应，则光照射产生的光电子最大初动能小于光照射产生的光电子最大初动能
D．用同一双缝干涉实验装置进行干涉实验，光干涉条纹间距大于光干涉条纹间距
10．如图所示，在“测量玻璃的折射率”实验中，小明在AB侧插上大头针P1P2，在CD侧未观察到大头针的像，为了观察到像，接下来的操作中正确的是（　　）
A．增大P1P2的距离 B．调整P1的位置增大入射角
C．向左平移玻璃砖的位置 D．将玻璃砖AB与CD面互换位置
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OA夹角为60°方向从A点射入玻璃球体，该光线经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60°，则玻璃球体的折射率为（　　）
A．1.5 B．2 C． D．
12．如图所示，一束激光照射在横截面为正方形的透明玻璃柱上，光线与横截面平行，则透过玻璃柱的光线可能是图中的（　　）
A．① B．② C．③ D．④
二、填空题
13．前不久，中科院光电技术研究所宣布，其承担的国家重大科研装备研制项目“超分辨光刻装备研制”通过验收。这是世界上首台用紫外光源实现了22 纳米分辨率的光刻机。光刻机是生产大规模集成电路（芯片）的核心设备， 光刻机的曝光波长越短，分辨率越高。“浸没式光刻”是一种通过在光刻胶和投影物镜之间加入浸没液体，从而减小曝光波长提高分辨率的技术。如图所示，若浸没液体的折射率为1.40，当不加液体时光刻胶的曝光波长为189nm，则加上液体时光在液体中的传播速度为______m/s，光刻胶的曝光波长变为______nm（光在在真空中的传播速度c=3. 0×108 m/s）（计算结果保留三位有效数字）。
14．有一块截面为长方形ABDC的玻璃砖，其中AB长为9cm。一束光线从O点以与AC面成30°角入射，经过两次折射后从BD面上的M点射出，O、O'是法线与AC、BD两个面的交点，M与O'相距3cm。则该玻璃的折射率n=______。若该光束在空气中的传播速度为3×108m/s，则此光在玻璃砖中传播的时间t=_____s。
15．如图所示，一个截面为等边三角形的棱柱形玻璃砖置于水平面上，一条光线在此截面内从边以入射角射入，在玻璃砖内折射后从边以折射角射出，当时，出射光线偏折角度为30°，则光线从边射出时的出射角大小为______，该玻璃砖的折射率大小为______。
16．（1）光的传播方向发生改变的现象叫光的折射。______
（2）折射率跟折射角的正弦成正比。______
（3）若光从空气中射入水中，它的传播速度一定减小。______
17．目前新建住宅为取得良好的保温效果，窗户广泛采用双层玻璃，如图所示，某双层玻璃由厚度均为d＝0.5cm的单层玻璃组成，两玻璃板平行且中间有干燥的空气，玻璃的折射率为n＝，一束光线以入射角α＝45°射向玻璃，从另一侧射出，求：
（1）出射光线相对于入射光线的侧移量Δx______；
（2）透过窗户玻璃仰视窗外的飞鸟时，看到鸟的高度比实际高度______。（只需回答“高”、“低”或“相同”，不需要论证过程）
三、解答题
18．如图所示为一个半径为R的半圆柱体玻璃横截面，该玻璃的折射率为n，OD为其直径。一束由紫光和红光组成的复色光在该横截面内沿AO方向从真空射向OD，入射角为i，已知光在真空中的光速为c。
（1）OB和OC为该复色光在玻璃中分开的光线，请简要说明OB、OC光线的性质；
（2）求光通过OB和OC的时间比。
19．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。
20．如图所示的直角三角形ABC是柱形玻璃砖的横截面，∠A=30°，∠B=90°，BC的长为L，BC所在的玻璃砖面镀银，E为BC边的中点。一束平行于AB的光束从AC边上的某点射入玻璃砖，进入玻璃砖后（光线未在图中画出），在BC边上的E点被反射，EF是该反射光线，且EF恰与AC平行。求：
（1）作出光从空气进入玻璃砖到出玻璃砖的光路图。
（2）该玻璃砖的折射率；
（3）该光束从AC边上射入玻璃砖后在玻璃砖中传播的时间（光在真空中的速度为c）。
21．光的“逆向反射”又称再归反射，它能使光线沿原来的方向反射回去。该现象在交通上有很广泛的应用，在山区盘山公路的路面上一般都等间距地镶嵌一些玻璃球，当夜间行驶的汽车的车灯照上后显得非常醒目，以提醒司机注意。若小玻璃球的半径为R，折射率为，如图所示，今有一束平行光沿直径AB方向照在小玻璃球上，求：
（1）能实现“逆向反射”的入射光离直径AB多远？
（2）该光线在玻璃球里传播用时多长？
22．某三棱镜的横截面为直角三角形，∠B=30°，AC边长为L。一束光沿平行于BC方向射到AB上的M点，MB=L，光进入三棱镜经BC反射后平行于BA射向AC。已知真空中的光速为c，求：
（1）光从AC边射出时的折射角大小；
（2）光从M点进入三棱镜到从AC边射出，在三棱镜中传播的时间。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．A
【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。
2．C
【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。
3．C
【详解】
AB．由光路图可知，a光的偏折程度最小，则a光的折射率最小，a光的频率最低，据
知，a光在真空中波长最长，故AB错误；
CD．由光路图可知，c光的偏折程度最大，c光的折射率最大；根据
c光在棱镜中传播速度最小，故C项正确，D项错误。
故选C。
4．C
【详解】
设折射角为，玻璃砖的厚度为，由折射定律
且
在玻璃砖中的时间为
因为红光的折射率小于绿光的折射律，则红光的折射角大于蓝光的折射角，根据题意可知，红光的折射律为，可知红光的折射角
可知，两种光线在从逐渐增大到的过程中，折射角的2倍都小于，且红光的折射角大于蓝光的折射角，则在从逐渐增大至的过程中始终小于，故ABD错误C正确。
故选C。
5．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。
6．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。
7．C
【详解】
当武器瞄准空间站时，由于光的折射，光路图如图所示，即看见的空间站位置比实际位置S略高，但武器发射出的激光经过大气层的边缘时也要发生折射，由光路可逆原理知，激光束会发生相同的弯曲，故激光器应沿视线对准空间站直接瞄准。
故选C。
8．A
【详解】
依题意做出光路图，如图所示
折射率为
设入射角为，，则有
解得
故选A。
9．A
【详解】
作出光路图如图所示
由图可知光从空气射入玻璃时a光的偏折程度较大，则a光的折射率较大，频率较大
A．设a光和b光的折射角分别为、，入射角为，玻璃砖厚度为，可得
结合
a光在玻璃砖中的传播时间
联立可得
同理可得
因为
可得光在玻璃砖中的传播时间大于光在玻璃砖中的传播时间，故A正确；
B．因为a、b两光在上表面的折射角与反射后在上表面的入射角分别相等，根据几何知识可知出射光束一定相互平行，故B错误；
C．根据爱因斯坦光电方程
可知若用光分别照射某金属均能发生光电效应，则光照射产生的光电子最大初动能大于光照射产生的光电子最大初动能，故C错误；
D．根据
可知a光的波长小于b光的波长，结合
可知用同一双缝干涉实验装置进行干涉实验，光干涉条纹间距小于光干涉条纹间距，故D错误。
故选A。
10．D
【详解】
A．在CD侧未观察到大头针的像，说明P1P2的光线未传播至CD侧，而是从BC边折射出去了，增大P1P2的距离，能适当提高测量的精确度，但无法改变光路，任在CD侧观察不到大头针的像，A错误；
B．调整P1的位置增大入射角，会使光线更向右偏，依旧在CD侧观察不到大头针的像，B错误；
C．向左平移玻璃砖的位置，光线的传播方向不变，仍然从BC边传播出去，在CD侧观察不到大头针的像，C错误；
D．将玻璃砖AB与CD面互换位置，入射光线从CD面射入，可以从AB面射出，故能观察到大头针的像，D正确。
故选D。
11．D
【详解】
画出光路图如图所示，根据几何知识得
解得
根据折射定律得
解得
故选D。
12．C
【详解】
根据折射定律
解得 ，所以折射光线向右偏折；根据折射定律
解得 ，所以出射光线与入射光线平行。
故选C。
13． 135
【详解】
[1]光在液体中的传播速度为
[2]加上液体时光刻胶的曝光波长为
不加液体时，有
联立可得
14．
【详解】
[1]设折射角为 ，根据几何关系
因此
α=30°
折射率
[2]根据几何关系，OM之间距离
光在玻璃中传播的速度
光在玻璃中传播的时间
15． 45°
【详解】
[1][2]如图所示，令边的折射角为，边的入射角为
则偏转角
因为，所以，由几何关系得
可得
即光线从边射出时的出射角大小为45°，由折射定律可知
16． 错误 错误 正确
【详解】
（1）[1] )光发生反射时，光的传播方向也改变，故错误；
（2）[2] 介质的折射率是一个表明介质的光学特性的物理量，由介质本身决定，与入射角、折射角无关，故错误；
（3）[3] 光在真空中速度最大，光在各种物质中传播的速度都小于光在真空中的传播速度；光在空气中的速度比真空中略小，光从空气射入水中后，传播速度变小，故正确。
17． 0.30cm 高
【详解】
（1）[1]由光的折射定律
知折射角的正弦值
sinr＝＝
折射角
r＝30°
由光路图中的几何关系，得
解得
Δx＝0.30cm
（2）[2]由光路可逆原理，可得射入房内的光线的反向延长线高于实际的光线。
18．（1）见解析；（2）1
【详解】
（1）设OB和OC与法线夹角分别为、，则由折射定律知
由图可知
所以
所以OB是紫光、OC是红光。
（2）连接BD、CD如图
则由几何关系知
又因为
所以
即
则光通过OB和OC的时间为
所以
19．（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
20．（1）；（2）；（3）
【详解】
（1）作出光路图如图
（2）由几何关系可知，光线在AC面上的入射角为60°，折射角为30°
则折射率为
（3）因为发生全反射的临界角的正弦值为
sinC=
因为，所以临界角C满足
30°光线在F点发生全反射，然后从H点射出玻璃砖，则在玻璃砖中传播的距离为
其中
联立解得
21．（1）；（2）
【详解】
（1）如图所示，根据光路的对称性可知只有在B点反射的光才能沿原方向返回
设光线在球面上的入射角为i，折射角为r，由几何关系可得
i=2r
根据折射定律有
解得
i=60°，r=30°
所以实现“逆向反射”的入射光离直径AB的距离为
（2）根据几何关系，光程
在球中的光速
传播用时
22．（1）60°；（2）
【详解】
（1）如图
由几何关系知
所以
根据折射定律
光从AC边射出时的折射角
（2）由几何关系知
光在三棱镜中的传播速度
光在三棱镜中的最短传播时间
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