4.1光的折射（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，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．
2．如图所示，两块相同的玻璃直角三棱镜ABC，两者的AC面是平行放置的，在它们之间是均匀的未知透明介质。一单色细光束O垂直于AB面入射，在图示的出射光线中（　　）
A．1、2、3（彼此平行）中的任一条都有可能
B．7、8、9（彼此平行）中的任一条都有可能
C．4、5、6（彼此平行）中的任一条都有可能
D．1、2、3、4、5、6、7、8、9中的任一条都有可能
3．如图所示，为某种玻璃制成的三棱镜的横截面，其中长度为。今有一束单色光从P点垂直边入射，边边上的M点出射，出射方向与的夹角为，则玻璃的折射率为（　　）
A． B． C． D．
4．一束由红、蓝两单色光组成的光以入射角θ由空气射到半圆形玻璃砖表面的A处，AB是半圆的直径；进入玻璃后分为两束，分别为AC、AD，它们从A到C和从A到D的时间分别为t1和t2，则（　　）
A．AC是红光，t1小于t2
B．AC是蓝光，t1等于t2
C．在玻璃中单色光AC的传播速度大于单色光AD的传播速度
D．若保持入射光束不变，把半圆形玻璃砖稍向左移，则两束光可能同时到达半圆面
5．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．
6．一个人站在湖边，观察离岸一段距离的水下的一条鱼，这个人看到的鱼的位置和鱼在水下真实的位置相比较，下列说法中正确的是（　　）
A．在鱼真实位置的正上方某处
B．在鱼真实位置下方偏向观察者的某处
C．在鱼真实位置上方偏向观察者的某处
D．所给条件不足，无法确定观察到的鱼的位置
7．两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚平行玻璃板后光路如图所示，下列说法正确的是（　　）
A．如果单色光2是绿光，单色光1可能是红光
B．射出后的两束单色光可能不平行
C．在真空中单色光1的波长比2的短
D．在玻璃中单色光1的传播速度比2的大
8．甲坐在人民大会堂台前60m处听报告，乙坐在家里离电视机5m处看电视直播，已知乙所在处与人民大会堂相距1000km，不考虑其他因素，则（空气中声速为）
A．甲先听到声音 B．乙先听到声音
C．甲、乙同时听到声音 D．不能确定
9．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
10．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．
11．如图所示，在空气中有一直角棱镜，，一束单色光从边射入棱镜，入射角为，垂直于边射出，则该棱镜的折射率为（　　）
A．2 B． C．1.5 D．
12．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．
13．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
14．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
15．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
二、填空题
16．如图所示，有两束细单色光p、q射向置于空气中的三棱镜左侧表面，此时三棱镜的右侧表面只有一束光线射出（不考虑反射的情景），则两束光在三棱镜中的传播速率vp________vq（填“>”、“=”、“<”），若一束为黄光，一束为红光，则________是红光（填“p”或“q”）。
17．如图所示，半圆玻璃砖圆心为O，顶点为D，光线a对着圆心从C点射入玻璃砖，平行于a的另一条光线b从D点射入玻璃砖，已知CO与AB夹角为，从O点射出玻璃砖的光线与AB夹角为。玻璃砖的折射率n=__________，从D点射入的光线的折射角为，_______。
18．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）。
19．某同学测量玻璃破的折射率，准备了下列器材：激光笔、直尺、刻度尺、一面镀有反射膜的平行玻璃砖．如图所示，直尺与玻璃砖平行放置，激光笔发出的一束激光从直尺上O点射向玻璃砖表面，在直尺观察到A、B两个光点，读出OA间的距离为20.00cm，AB的间距为5.77cm，测得图中直尺到玻璃砖上表面距离d1=10.00cm，取玻璃砖厚度d2=5.00cm．玻璃的折射率n=______，光在玻璃中传播速度v=______m/s(光在真空中传播速度c=3.0×108m/s，tan30°=0.577)．
三、解答题
20．一直桶状容器的高为2l，底面是边长为l的正方形，容器内装满某种透明液体，过容器中心轴DD′、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示，容器右侧内壁涂有反光材料，其他内壁涂有吸光材料。在剖面的左下角处有一点光源，已知由液体上表面的D点射出的两束光线相互垂直，求该液体的折射率以及光在液体中传播的时间。
21．如图所示，一个三棱镜的横截面为直角三角形，∠A=60°，∠C=30°，AC边长为2L，现在一束单色光从AC边的中点P垂直AB边射入三棱镜，这束光刚好直接射在B点上。
（1）求三棱镜的折射率；
（2）若将入射点改为PC的中点，入射方向不变，求这束光从三棱镜射出点到B点的距离。
22．如图所示为某容器的剖面，容器壁的厚度不计，高度为d，盛有的液体的深度为，现用某单色平行光平行纸面自容器外部向容器内部照射，所有光线与竖直方向的夹角都为，容器壁在液体底部形成的影子长度为，已知光在真空中的速度大小为c，，不考虑光的反射，求：
（1）容器内液体对该单色光的折射率；
（2）光线自液体表面到达液体底部的时间。
23．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。
24．如图所示，半圆玻璃砖的半径，折射率为，直径AB与屏幕垂直并接触于A点。激光a从真空以入射角射向半圆玻璃砖的圆心O，结果在水平屏幕MN上出现两个光斑。取光在真空中的速度为。（结果可用根号表示）求：
（1）激光a在玻璃砖中的速度；
（2）两个光斑之间的距离L。
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1．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。
2．C
【详解】
光束到AC面进入未知介质发生折射，如果介质折射率大于玻璃，则折射光偏离水平线向上，如果介质折射率小于玻璃，则折射光偏离水平线向下，如果相等，不发生折射，不论哪种折射情况再次从介质进入玻璃折射后一定沿原来方向射出，故4、5、6（彼此平行）中的任一条都有可能，故ABD错误，C正确。
故选C。
3．C
【详解】
光从BC射入，从AC射出，则在AB边发生全反射，由于不考虑光的多次反射，则光线在玻璃中的光路图如图所示
由几何关系可得
光在AC边M点
玻璃的折射率为
故选C。
4．B
【详解】
C．AC光的偏折程度比较大，则介质对AC光的折射率比较大，AC光是蓝光。设AC光与法线的夹角为，AC光在介质中的传播速度为
因此在玻璃中单色光AC的传播速度小于单色光AD的传播速度，C错误；
AB．由速度公式可得
由折射定律可得
联立解得
由此可知，AC光与AD光的传播时间相等，B正确，A错误；
D．若保持入射光束不变，把半圆形玻璃砖稍向左移，入射角不变，则两束光一定同时到达半圆面，D错误；
故选B。
5．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。
6．C
【详解】
如图所示画出光路图
所以这个人看到的鱼的位置在鱼真实位置上方偏向观察者的某处，故C正确，ABD错误。
故选C。
7．C
【详解】
A．由图可知，单色光1的折射角小于单色光2的折射角，根据可知，玻璃对单色光1的折射率大于单色光2的折射率，由于红光的折射率小于绿光的折射率，则如果单色光2是绿光，单色光1不可能是红光，故A错误；
B．根据几何关系可知，两束单色光1和2的折射光线射到平行玻璃板下表面的入射角等于上表面的折射角，则两束单色光在下表面的折射角等于在上表面的入射角，根据几何关系可知，射出后的两束单色光平行，故B错误；
C．玻璃对单色光1的折射率大于单色光2的折射率，则单色光1的频率大于单色光2的频率，根据可知，则在真空中单色光1的波长比2的短，故C正确；
D．玻璃对单色光1的折射率大于单色光2的折射率，根据可知，在玻璃中单色光1的传播速度比2的小，故D错误。
故选C。
8．B
【详解】
声音传到中所需时间为
传到乙所需时间为
乙先听到声音。
故选B。
9．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。
10．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。
11．B
【详解】
如图所示，由几何关系得，，由折射定律，则得该棱镜的折射率为
ACD错误，B正确。
故选B。
12．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。
13．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。
14．B
【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。
15．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。
16． > p
【详解】
[1]．由光路可知，q光的偏折程度加大，可知q光的折射率较大，根据可知，q光在玻璃中的传播速度较小，即vp>vq；
[2]．折射率大的光频率较大，若一束为黄光，一束为红光，红光频率小于黄光，则p为红光。
17．
【详解】
[1]光线在O点的入射角为
折射角为
根据折射定律有
[2]由于光线b与光线a平行，则光线b在D点的入射角为
根据折射定律有
联立解得
18． 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
19． 2.12×108
【详解】
作出光路图如图所示．根据几何知识可知：i=45°，DE=AB=5.77cm
且有：，则得 r=30°
所以玻璃的折射率
光在玻璃中传播速度
20．（1）1.55；（2）
【详解】
设从光源发出直射到D点的光线的入射角为i1，折射角为r1，在剖面内作光源相对于反光壁的镜像对称点C，连接CD，交反光壁于E点，由光源射向E点的光线，反射后沿ED射向D点，光线在D点的入射角为i2，折射角为r2，如图所示：
设液体的折射率为n，由折射定律
依题意
联立解得
由几何关系
联立解得
n≈1.55
根据几何关系，由反光壁反射到射出液面的那束光在液体中的传播距离为
又
联立解得
21．（1）；（2）
【详解】
（1）依题意可知光的传播路径如图
根据几何关系可知
i=60°，r=30°
根据折射定律有
n
（2）依题意作图
根据几何关系可知
代入数据解得
CD
根据几何关系可得
DB=BC﹣CDL
22．（1）；（2）
【详解】
（1）对最右侧光线，入射角为，由几何知识得，折射角的正弦
容器内液体对该单色光的折射率
解得
（2）光线自液体表面到达液体底部路程
又
光线自液体表面到达容器底部的时间
解得
23．（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
24．（1）；（2）
【详解】
（1）由
得
（2）光路图如图
设折射角为r，根据折射定律
两个光斑PQ之间的距离
解得
答案第1页，共2页
答案第1页，共2页