鲁科版（2019）选择性必修第一册 4.1 光的折射 同步练习卷（含答案）

鲁科版（2019）选择性必修第一册《4.1 光的折射》2022年同步练习卷（1）
一 、单选题（本大题共8小题，共48分）
1.（6分）半径为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处磨去少许，使一激光束从处射入时能够沿方向传播。已知与直径的夹角为，激光束到达材料内表面的点后同时发生反射和折射现象，从点的出射光束恰与平行图中未画出。该材料的折射率为
A. B. C. D.
2.（6分）红、黄、绿三种单色光以相同的入射角到达某介质和空气的界面时，若黄光恰好发生全反射，则
A. 绿光一定能发生全反射
B. 红光一定能发生全反射
C. 三种单色光相比，红光在介质中的传播速率最小
D. 红光在介质中的波长比它在空气中的波长长
3.（6分）一束光线穿过介质、、时，光路如图所示，则
A. 介质的折射率最大
B. 介质是光密介质
C. 光在介质中的速度最小
D. 当入射角由逐渐增大时，在、分界面上可能发生全反射
4.（6分）如图所示为一透明材料做成的薄片状光学元件的横截面，它是正方形的一部分，为一半径为的圆弧面，为圆弧面圆心，在处有一单色点光源。从发出的光经圆弧面有一部分不能从、面射出，这部分光占整个圆弧面弧长的，不考虑光在光学元件中的反射影响。则该元件对此单色光的折射率为
A. B. C. D.
5.（6分）一个等腰直角三棱镜的截面如图所示，一细束蓝光从面的点沿平行底面方向射入棱镜后，经面反射，再从面的点射出，且有图中未画光在棱镜内的光路如果将一细束绿光仍从点沿平行底面方向射入三棱镜，则从面射出的光线
A. 仍从点射出，出射光线平行于
B. 仍从点射出，出射光线不平行于
C. 可能从点射出，出射光线平行于
D. 可能从点射出，出射光线平行于
6.（6分）如图所示，一束光沿从空气射入折射率为的玻璃中，以点为圆心，为半径作圆，与折射光的交点为，过点向两介质的交界面作垂线，垂足为，的延长线交于，记。再以点为圆心、为半径作圆。则
A. B. C. D.
7.（6分）明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，所描述的色散现象是由于发生了
A. 光的反射 B. 光的衍射 C. 光的干涉 D. 光的折射
8.（6分）某同学在测玻璃折射率时，把玻璃砖一边与对齐，但另一条边画得明显过宽，其它操作符合要求，由此引起的误差及测量结果正确表述是
A. 折射角偏大，折射率比真实值小 B. 折射角偏小，折射率比真实值大
C. 折射角偏大，折射率比真实值大 D. 折射角偏小，折射率比真实值小
二 、多选题（本大题共2小题，共12分）
9.（6分）直角棱镜的折射率，其横截面如图所示，图中，。横截面内一束与边平行的光线，从棱镜边上的点射入，经折射后射到边上，则
A. 光线不能从边射出
B. 折射率的光线能从边射出
C. 不考虑多次反射，从边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值为
D. 不考虑多次反射，从边射出的光线与最初的入射光线夹角的正弦值为
10.（6分）以下物理学知识的相关叙述中，正确的是
A. 交警通过发射超声波测量车速是利用了波的多普勒效应
B. 用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的偏振
C. 通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条紋，说明光具有波动性
D. 红外线的显著作用是热作用，温度较低的物体不能辐射红外线
E. 在“测定玻璃的折射率”的实验中，若玻璃的两界面不平行，不会影响实验结果
三 、计算题（本大题共3小题，共36分）
11.（12分）如图，竖直平面内的一半圆轨道虚线固定在一水平放置的玻璃板上，玻璃板的厚度为远小于玻璃板长度、折射率为。一激光笔以匀角速度从点沿半圆轨道运动到点。激光笔发出的激光束始终沿轨道半径方向从圆心处入射到玻璃板上。求在此过程中.
折射光线在玻璃板下表面的出射点移动的距离；
折射光线在玻璃板下表面出射点移动的平均速度。
12.（12分）如图所示，为一直角三棱镜的截面，其顶角，为垂直于直线的光屏，现一宽度等于的单色平行光束垂直射向面，在屏上形成一条宽度等于的光带，试作出光路图并求棱镜的折射率．
13.（12分）单色光以入射角射到半径为、折射率为的透明球体中，并被球内经一次反射后再折射后射出，入射和折射光路如图所示。真空中的光速为。
在图上大致画出光线在球内的路径和方向；
求入射光与出射光之间的夹角；
单色光通过透明球体的时间用和表达。
四 、填空题（本大题共3小题，共18分）
14.（6分）小李同学利用激光笔和角度圆盘测量半圆形玻璃砖的折射率，如图所示是他采用手机拍摄的某次实验现象图，红色是三条光线，固定好激光笔，然后将圆盘和玻璃砖一起顺时针绕圆心缓慢转动了角，发现光线______恰好消失了选填，或，那么这次他所测得半圆形玻璃砖的折射率______．
15.（6分）如图所示是半径为的圆柱形玻璃砖的横截面，一束单色光斜射到玻璃砖圆弧面上的点，入射角，折射光线照射到圆弧面的点，再次折射后出射光线沿方向。已知光线经玻璃砖两次折射后的偏向角，光在真空中的传播速度为，则玻璃对单色光的折射率______，光线在玻璃砖中从传播到所用的时间______。
16.（6分）如图所示，从点光源发出、两束单色光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后在光屏上、单色光如图所示，则两束单色光的折射率______。选填“大于”“小于”或“等于”。若用双缝干涉装置在屏观察到的图样是图 ______填或。
答案和解析
1.【答案】C;
【解析】解：作出光路图如图所示。
设激光束在处的入射角为，折射角为，根据几何知识可知：，，
根据折射定律可得：，解得：，故正确，错误。
故选：。
作出光路图，根据几何知识求解入射角和折射角，根据折射定律求解折射率。
本题主要是考查了光的折射，解答该题的关键是弄清楚光的传播情况，画出光路图，通过光路图进行分析。
2.【答案】A;
【解析】
根据折射定律可知两种光的折射率大小，由临界角公式，分析临界角的大小；由判断光在该介质中速度关系．再由可得光在介质中的波长如何变化。
此题主要考查折射定律、临界角、全反射的条件。

根据折射定律可知折射率最大的是绿光，最小的是红光，由临界角公式，临界角最小的是绿光，最大的是红光，由于黄光恰好发生全反射，所以入射角大于绿光的临界角，因此绿光一定发生光的全反射，而入射角不一定大于红光的临界角，则红光一定不发生光的全反射，故正确，错误；
C.由判断，可知，折射率越大的传播速度越小，所以绿光在介质中的传播速率最小，故错误；
D. 由与可得，同种光，介质折射率越大的，波长越小，所以红光在介质中的波长比它在空气中的波长短，故错误。
故选。

3.【答案】D;
【解析】解：因为，根据折射定律，，同理，根据光的可逆性，光从射向或者小射向时，入射角相等，则，所以，介质的折射率最最大，介质的折射率最小，故错误；
B.因为，介质对介质和介质来说都是光疏介质，故错误；
C.因为和，光在介质中的速度最大，故错误；
D.光从介质进入介质时，是从光疏介质进入光密介质，可能发生全反射，故正确。
故选：。
根据光路图，首先判断出三种介质的折射率的大小关系，可判断折射率的大小，再结合光在介质中的传播速度与折射率的关系，分析光在介质中速度的大小。由光发生全反射的条件可判知的正误。
该题是一道考查折射率和全反射的较好的一道题，解答此类问题要注意应用光路的可逆性，并且知道光密介质和光疏介质是相对的。全反射只有光从光密介质射向光疏介质时才能发生。
4.【答案】D;
【解析】解：是圆弧，在圆心，则发出的光进入材料的过程中传播的方向不变；光射到或上时发生全反射，则不能从、面射出，画出光路图如图：

不能射出的部分光占整个圆弧面弧长的，可知，沿方向射到界面处的入射角等于临界角，由几何关系可知：
根据全反射条件：
解得：，故错误，正确。
故选：。
由几何知识求出这部分光照射圆弧的弧长所对圆心角，求出临界角，由公式求折射率。
对于几何光学问题的分析，能正确的画出光路图，结合几何关系进行分析是关键。
5.【答案】D;
【解析】解：蓝光的折射率大，在面上偏折得更厉害，绿光折射率小，在面上偏折的角度小，出射点向下偏，所以可能在点射出。
根据几何关系得，在面上的入射角和在面上的折射角相等，根据折射定律，通过光的可逆性，知出射光线仍然与平行。故D正确，、、C错误。
故选：。
蓝光的折射率大于绿光的折射率，根据折射定律判断在面上折射角的大小，根据几何关系确定在面上的入射角，从而确定出射点以及出射角的大小．
此题主要考查光的折射定律，对数学几何的能力要求较高，需加强训练．
6.【答案】A;
【解析】解：根据折射定律可知，故正确，错误；
故选：。
根据折射定律与几何关系求解介质的折射率。
本实验提供了一种测定玻璃砖折射率的方法，其基本原理是折射定律和几何知识，这种方法不需要量角器，由圆规和刻度尺配合就可测定折射率。
7.【答案】D;
【解析】解：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，说明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象，故错误，正确；
故选：。
依据题意，再结合各种光的反射现象、衍射现象、干涉现象、及折射现象的原理，即可判定分析。
考查各种光的现象原理，并理解古文诗句的涵义，及注意光的干涉色散与光的折射色散的不同。
8.【答案】A;
【解析】解：如图所示实线是真实的光路图，虚线是玻璃砖宽度画大后的光路图，由图看出，在这种情况测得的入射角不受影响，但测得的折射角比真实的折射角偏大，根据，因此测得的折射率偏小，故正确，错误。
故选：。
根据题目条件画出真实光路图以及玻璃砖宽度画大后的光路图，再根据折射定律进行分析。
此题主要考查折射定律，本实验中利用插针法确定光路图，玻璃砖宽度画大后，引起光路不准确，因此将两次光路图画出进行比较是解题关键。
9.【答案】AC;
【解析】解：、光路图如图所示，设光线在点的入射角为，折射角为，折射光线射到边上的点，光线在点的入射角为，由几何关系，有，根据题中数据得，即大于光线在棱镜中的临界角，因此光线在点发生全反射，光线不能从边射出，故正确；
、当折射率时，变大，光线仍然发生全反射，不能从边射出，故错误；
、设光线在边上的点射出棱镜，光线在边上的入射角为，折射角为，由几何关系及折射定律，有，，，，联立并代入数据，得，由几何关系知，即为从边射出的光线与最初的入射光线的夹角，故正确，错误。
故选：。
作出光路图，根据几何知识分析光在面的入射角与临界角的大小关系，从而判断是否会发生全反射；从边射出的光线与最初的入射光线夹角等于光在边出射时的折射角，根据几何知识、反射定律以及折射定律求解该角的正弦值。
此题主要考查了光的折射、全反射等问题，关键是作出光路图，运用几何知识辅助分析，本题充分考查了学生掌握知识与应用知识的能力。
10.【答案】ACE;
【解析】解：、交警通过发射超声波测量车速，从汽车上反射回的超声波的频率发生了变化，是利用了波的多普勒效应，故A正确。
B、用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的薄膜干涉，故B错误。
C、通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条紋，这是光的衍射现象，说明光具有波动性，故C正确。
D、红外线的显著作用是热作用，一切物体都在辐射红外线，故D错误。
E、在“测定玻璃的折射率”的实验中，所用玻璃的两界面不平行，只要正确操作，测量结果不受影响，即测得的折射率不变，故E正确。
故选：。
多普勒效应是由于观察者和波源间位置的变化而产生的；交警通过发射超声波测量车速是利用了多普勒现象。
光具有波动性，薄膜干涉、衍射等现象是波特有的。
做出光路图，测量折射率。
此题主要考查了多普勒效应、光的薄膜干涉、衍射和玻璃折射率的测量，注意测折射率时，只要操作正确，与玻璃砖形状无关，故玻璃的两个光学面不平行，对玻璃折射率的测定结果没有影响。
11.【答案】解：（1）根据题意可知，当入射角为90°时，折射光线在玻璃板下表面的出射点a最远，设此时折射角为θ，则根据折射定律有
n=
可得
sinθ=
根据几何关系有
Oa=
折射光线在玻璃板下表面的出射点移动的距离x=2Oasinθ
联立解得：x=
（2）根据题意可知，激光笔以匀角速度ω从A点沿半圆轨道运动到B点的时间为t=
则折射光线在玻璃板下表面出射点移动的平均速度v==
答：（1）折射光线在玻璃板下表面的出射点移动的距离为；
（2）折射光线在玻璃板下表面出射点移动的平均速度为。;
【解析】
根据几何关系结合折射定律可解得；
根据角速度与时间的关系结合平均速度的计算公式解得。
此题主要考查光的折射定律，解题关键掌握几何关系与折射定律的应用。
12.【答案】解：作出光路图如图所示．平行光束经棱镜折射后的出射光束仍是平行光束，如下图所示．图中θ1、θ2为AC面上入射角和折射角，根据折射定律，有

nsinθ1=sinθ2
设出射光线与水平方向成角，则
θ2=θ1+α
由于=，=．所以=
而==tanθ，θ=30°
所以tanα==
可得α=30°，θ2=60°，θ1=30°，所以n==
答：作出光路图如图所示，棱镜的折射率是．;
【解析】
平行光束经棱镜折射后的出射光束仍是平行光束，画出光路图；根据几何知识求出面上的入射角和折射角，再由求解折射率即可．
本题的解题关键是正确作出光路图，根据几何知识求解入射角和折射角，再运用折射定律求折射率．
13.【答案】解：光线从入射到出射的光路如图所示．

入射光线经玻璃折射后，折射光线为，又经球内壁反射后，反射光线为，再经折射后，折射出的光线为、为球的半径，即为法线
由折射定律有：
得：
则有：
由几何关系及对称性，有：
则 ，把，代入得：
单色光在透明球体中的传播速度为
则：
由几何关系可知，单色光在透明球体内的位移
所以传播时间：
联立解得：
答：如图所示；
入射光与出射光之间的夹角为
单色光通过透明球体的时间。;
【解析】
光线从入射到出射的光路如下图所示．入射光线经玻璃折射后，折射光线为，又经球内壁反射后，反射光线为，再经折射后，折射出的光线为、为球的半球，即为法线．作出光路图；
由折射定律求出折射角，根据几何知识和对称性求出；
由几何关系求出光在透明球中传播的距离，由求出光在透明球中传播的速度，再由求光在透明球中传播的时间。
本题是几何光学问题，作出光路图是解题的基础，同时要善于运用几何关系分析光线的偏折角与折射角和入射角的关系．
14.【答案】③ ; ;
【解析】解：圆盘和玻璃砖一起顺时针绕圆心缓慢转动，入射角逐渐增大，当入射角等于临界角时发生全反射，折射光线消失，所以转动角时，发现光线恰好消失了．
由题得全反射临界角，由得
故答案为：，
圆盘和玻璃砖一起顺时针绕圆心缓慢转动，入射角等于临界角时发生全反射，折射光线消失，由图读出临界角，再由求折射率．
本题利用全反射知识测定玻璃砖的折射率，其原理是全反射临界角公式，关键要理解并掌握全反射产生的条件．
15.【答案】 ; ;
【解析】解：由光路图可知在第一次折射时的折射角与第二次折射时的入射角相等，根据光路可逆的原理知射出光线的折射角为
由几何关系可知光线在玻璃内的折射角
由折射定律得：
解得：
由几何关系得
光在玻璃中的传播速度为：
光线在玻璃砖中从传播到所用的时间为：
联立解得：
故答案为：，
根据几何关系和光路可逆的原理可求得光线在玻璃内的折射角，再由折射定律求得折射率；由几何关系求得在玻璃中的传播距离，根据求得在玻璃中的传播速度，则时间可解。
此题主要考查了折射定律，解答该题的关键是能结合几何关系求得折射角和在玻璃中传播距离。
16.【答案】大于 B;
【解析】解：由图看出，光通过三棱镜后偏折角较大，说明棱镜对光的折射率大。
双缝干涉条纹图样间距均匀，故选。
故答案为：大于；
根据光的偏折程度分析出单色光的折射率大小；根据干涉的特点选择正确的图样。
此题主要考查了光的折射定律，理解折射率的计算方法，同时要熟记干涉图样的特点即可完成分析。