人教版选择性必修一 4.1 光的折射专题（含答案）
文档属性
| 名称 | 人教版选择性必修一 4.1 光的折射专题（含答案） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 761.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-12-02 16:06:26 | ||
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文档简介
人教版选择性必修一第四章光的折射专题（含答案）
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题（本大题共10小题，共60.0分）
在学习光的色散时，老师在课堂上做了一个演示实验。让一束复色光由空气射入一块平行玻璃砖，经折射分成两束单色光、，已知光是红光，而光是蓝光，下列光路图正确的是：
A. B. C. D.
如图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面。距水面的湖底点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为取。已知水的折射率为。则桅杆到点的水平距离( )
A. B. C. D.
一束红、紫两色的混合光，从某种液体射向空气，当研究在界面上发生折射和反射现象时，可能发生的情况是下图中的( )
A. B.
C. D.
如图所示，一束由、两种单色光组成的复色光照射到横截面为三角形的玻璃砖上，经玻璃砖折射后照到右侧光屏上。光屏足够大，下列说法正确的是( )
A. 玻璃砖对光的折射率比光大
B. 在真空中光的传播速度比光大
C. 若两种光分别照射某金属板均发生光电效应，光照射时光电子的最大初动能比光大
D. 减小复色光的入射角度，两种色光会在光屏上依次消失，最先消失的是光
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.
以往，已知材料的折射率都为正值。现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值，称为负折射率材料，目前人类所研制的负折射率材料都是在微波段光线取得明显成效。位于空气中的这类材料，入射角与折射角依然满足，但是折射线与入射线位于法线的同一侧此时折射角取负值若该材料对于电磁波的折射率，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是
A. B. C. D.
如图所示，一根筷子竖直放置于圆柱形薄玻璃杯中，现向薄玻璃杯内注入清水，保持观察方向不变，可能观察到的现象是( )
A. B. C. D.
单镜头反光相机简称单反相机，它用一块放置在镜头与感光部件之间的透明平面镜把来自镜头的图像投射到对焦屏上。对焦屏上的图像通过五棱镜的反射进入人眼中。如图为单反照相机取景器的示意图，为五棱镜的一个截面，。光线垂直射入，分别在和上发生反射，且两次反射的入射角相等，最后光线垂直射出。若两次反射都为全反射，则该五棱镜折射率的最小值是( )
A. B. C. D.
水中点光源沿各个方向射出、两种单色光，其中沿方向射到水面上的光路如图所示则下列说法正确的是( )
A. 水中的反射光是单色光
B. 、在水中的传播速度关系为
C. 用同一双缝干涉装置进行实验可看到光干涉条纹间距比光的窄
D. 若、两单色光的折射率为 、，则在水面上有、光射出的面积之比为
以往，已知材料的折射率都为正值现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值，成为负折射率材料．位于空气中的这类材料，入射角与折射角依然满足，但是折射线与入射线位于法线的同一侧此时折射角取负值若该材料对电磁波的折射率，则从空气中一点光源发射的光线射向这种材料的光路图是( )
A. B. C. D.
二、计算题（本大题共3小题，共40.0分）
如图所示，一透明介质制成的直角三棱镜，顶角，一束光由真空垂直射向面，经面射出后的光线偏离原来方向。已知光在真空中的传播速度为求：
该介质对光的折射率；
光在介质中的传播速度．
某学校召开运动会，买了部分透明材料奖杯，其横截面是以顶点为圆心、圆心角为的扇形，如图所示，该校研究性小组的同学想用激光束测量这种奖杯材料的折射率，他们将激光束平行纸面且垂直面射入该材料，入射点为，该激光束恰好未从圆弧面射出。已知，光在真空中传播的速度为。
求该材料的折射率和光在该材料中的传播速度；
光线从面射出的折射角。
如图所示，一束激光从点由空气射入厚度均匀的介质，经下表面反射后，从上表面的点射出。已知入射角为，介质的厚度，介质的折射率为，求与的距离的表达式。
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
玻璃对蓝光的折射率大于红光的折射率，根据折射定律分析光线在玻璃砖上表面折射角的大小根据玻璃砖的光学特性分析出射光线与入射光线方向关系，再选择光路．
本题可以根据光路的可逆原理理解玻璃砖的光学特性：出射光线与入射光线平行．
【解答】
玻璃对蓝光的折射率大于红光的折射率，光线得到玻璃砖上表面时，两束光的入射角相等，根据折射定律，得到红光的折射角大于蓝光的折射角，则光在光的右侧。光线经过玻璃砖上下两个表面两次折射后，出射光线与入射光线平行。故B正确，ACD错误。
故选B。
2.【答案】
【解析】
【分析】
根据折射率定义求出光线在水中的入射角，再根据几何知识求出桅杆到点的水平距离。
本题是几何光学问题，对数学几何能力要求较高，关键要根据几何知识确定出入射角和折射角，通过折射定律和几何关系进行求解。
【解答】
设光线在水中的入射角为，根据折射率定义有：
解得：
则桅杆到点的水平距离：，故C正确，ABD错误。
故选C。
3.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了光的反射定律和折射规律，以及光的全反射，要求学生不仅要会根据反射定律和折射定律由入射光线画反射光线和折射光线，而且要会判断临界角的大小。
根据反射定律：反射角等于入射角，根据折射定律判断红光和紫光的折射情况，由判断红光与紫光的临界角大小。
【解答】
根据反射定律：反射角等于入射角；
红光的折射率小于紫光的折射率，则根据折射定律知紫光在空气中的折射角较大，
即紫光发生全反射的情况下红光不一定发生全反射，红光发生全反射则紫光一定发生全反射，
A.红光的折射角应该小于紫光的折射角，故A错误；
B.红光发生了全反射则紫光一定发生了全反射，没有紫光折射光线射出，故B错误；
C.紫光发生了全反射红光不一定发生全反射，故C正确；
D.反射光线中应该既包含紫光也包含红光，故D错误。
故选C。
4.【答案】
【解析】
【分析】
光经过三角形的玻璃砖时，玻璃砖对折射率小的光的偏折小，对折射率大的光的偏折大，根据折射率大小分析临界角的大小，从而确定减小太阳光的入射角时发生全反射的顺序。
【解答】
A.根据玻璃的色散现象可知，在光屏上从上到下形成的彩色光带的顺序是红光到紫光，在各种色光中，玻璃对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大，可知玻璃砖对光的折射率比光小，故A错误。
B.光在真空中的速度是相同的，故B错误。
C.光的折射率小，根据折射率与频率的关系可知，的频率小，根据光电效应方程：
，可知光照射时光电子的最大初动能比光小，故C错误。
D.根据知，的折射率小，则的临界角最大，则减小光的入射角度时，最先发生全反射，最先从光屏上消失。故D正确。
故选：。
5.【答案】
【解析】
、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。
【分析】本体考察光的折射。光密介质进入光疏介质，入射角小于折射角，光疏介质进入光密介质，则入射角大于折射角。
6.【答案】
【解析】
【分析】
该材料对于电磁波的折射率，则折射光线与入射光线位于法线的同侧，且折射角等于入射角。
本题属于信息题目，结合学过的知识点延伸拓展，考查学生提取信息以及学习的能力。
【解答】
、本题给定信息“光的折射光线和入射光线位于法线的同侧”，无论是从光从空气射入介质，还是从介质射入空气，都要符合此规律，故AD错误。
、折射率为，由光的折射定律可知，同侧的折射角等于入射角，故C正确，B错误。
故选C。
7.【答案】
【解析】
【分析】
画图说明：处为筷子，表示由筷子发出的穿过玻璃杯壁射向观察者处的一条光线，为过点沿半径方向的直线，即在处和空气的分界面的法线，则相当于在处由水中射入空气中的光线，角和角分别为此光线的入射角和折射角，根据光的折射规律即可作出判断。
此现象是生活中常见的现象，我们利用折射的知识解决生活中的常见现象是近几年考试的热点。
【解答】
图为筷子竖直插入盛水玻璃杯内的俯视图：
处为筷子，表示由筷子发出的穿过玻璃杯壁射向观察者处的一条光线，为过点沿半径方向的直线即在处和空气的分界面的法线，上述光线则相当于在处由水中射入空气中，图中的角和角，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，所以观察者在处看到的筷子的像的位置不是在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，因为筷子是竖直放置的，所以杯子有水部分的任何一个截面的光路图均与图相同，所以水中筷子应该是竖直的，故ACD错误，B正确。
8.【答案】
【解析】
【分析】
根据几何关系求出入射角，通过折射定律求出五棱镜折射率的最小值。
本题主要考查光的折射定律及折射率。
【解答】
根据题意画出光路图如图所示：
，
设入射到面上的入射角为，因为在和上发生全反射，且两次反射的入射角相等。
根据几何关系有：，解得：，
根据解得最小折射率，故A正确，
故选A。
9.【答案】
【解析】略
10.【答案】
【解析】
【分析】
该材料对于电磁波的折射率，则折射光线与入射光线位于法线同侧，结合题意和折射规律分析。
【解答】
A.根据，知入射角不等于，则折射角也不等于，所以光线进入材料时不可能垂直于界面，故 A错误。
B.此图中光线发生反射，没有发生折射，故B错误。
C.根据题意知，折射线与入射线位于法线的同一侧，该图符合折射的规律，故 C正确。
D.光线从材料右侧面射出时，违反了折射规律：折射线与入射线位于法线的同一侧，故D错误。
故选：
11.【答案】解：光在面发生折射时的光路图如图，由几何知识知：
，
根据折射定律得
光在介质中的传播速度
【解析】由几何关系确定出面折射时的入射角和出射角，根据折射定律计算折射率大小，然后由计算光在介质中的传播速度．
对于几何光学问题作出光路图，正确的确定入射角和折射角，并灵活运用折射定律是解题的关键．
12.【答案】解：因为，光线恰好未从圆弧面射出，所以光在面的入射角为临界角
由可得
由可得
光线在面的入射角为临界角，所以反射光线与边平行，由可得，光线在面上的入射角
设光线第一次从面射出的折射角为
所以有
所以
【解析】本题主要考察光的折射现象，解答题目的过程中，一定要把实际的光路图画出，同时要能够找准入射角与折射角，根据折射定律的相关公式进而求解，另外，要熟练运用光速与折射率的关系式求解速度的大小。
根据分析可知光的入射角即为临界角，进而根据对应的公式求解即可；
找到临界角之后，求解出折射率，进而根据折射率即可得出折射角。
13.【答案】 解：设光线在介质上表面的折射角为，的距离
由折射定律得： ，
，
解得：。
答：与的距离。
【解析】本题主要考查光的折射与反射，解决本题的关键在于对折射定律的正确应用。
根据折射定律及几何关系求解。
第1页，共1页
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题（本大题共10小题，共60.0分）
在学习光的色散时，老师在课堂上做了一个演示实验。让一束复色光由空气射入一块平行玻璃砖，经折射分成两束单色光、，已知光是红光，而光是蓝光，下列光路图正确的是：
A. B. C. D.
如图，一艘帆船静止在湖面上，帆船的竖直桅杆顶端高出水面。距水面的湖底点发出的激光束，从水面出射后恰好照射到桅杆顶端，该出射光束与竖直方向的夹角为取。已知水的折射率为。则桅杆到点的水平距离( )
A. B. C. D.
一束红、紫两色的混合光，从某种液体射向空气，当研究在界面上发生折射和反射现象时，可能发生的情况是下图中的( )
A. B.
C. D.
如图所示，一束由、两种单色光组成的复色光照射到横截面为三角形的玻璃砖上，经玻璃砖折射后照到右侧光屏上。光屏足够大，下列说法正确的是( )
A. 玻璃砖对光的折射率比光大
B. 在真空中光的传播速度比光大
C. 若两种光分别照射某金属板均发生光电效应，光照射时光电子的最大初动能比光大
D. 减小复色光的入射角度，两种色光会在光屏上依次消失，最先消失的是光
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.
以往，已知材料的折射率都为正值。现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值，称为负折射率材料，目前人类所研制的负折射率材料都是在微波段光线取得明显成效。位于空气中的这类材料，入射角与折射角依然满足，但是折射线与入射线位于法线的同一侧此时折射角取负值若该材料对于电磁波的折射率，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是
A. B. C. D.
如图所示，一根筷子竖直放置于圆柱形薄玻璃杯中，现向薄玻璃杯内注入清水，保持观察方向不变，可能观察到的现象是( )
A. B. C. D.
单镜头反光相机简称单反相机，它用一块放置在镜头与感光部件之间的透明平面镜把来自镜头的图像投射到对焦屏上。对焦屏上的图像通过五棱镜的反射进入人眼中。如图为单反照相机取景器的示意图，为五棱镜的一个截面，。光线垂直射入，分别在和上发生反射，且两次反射的入射角相等，最后光线垂直射出。若两次反射都为全反射，则该五棱镜折射率的最小值是( )
A. B. C. D.
水中点光源沿各个方向射出、两种单色光，其中沿方向射到水面上的光路如图所示则下列说法正确的是( )
A. 水中的反射光是单色光
B. 、在水中的传播速度关系为
C. 用同一双缝干涉装置进行实验可看到光干涉条纹间距比光的窄
D. 若、两单色光的折射率为 、，则在水面上有、光射出的面积之比为
以往，已知材料的折射率都为正值现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值，成为负折射率材料．位于空气中的这类材料，入射角与折射角依然满足，但是折射线与入射线位于法线的同一侧此时折射角取负值若该材料对电磁波的折射率，则从空气中一点光源发射的光线射向这种材料的光路图是( )
A. B. C. D.
二、计算题（本大题共3小题，共40.0分）
如图所示，一透明介质制成的直角三棱镜，顶角，一束光由真空垂直射向面，经面射出后的光线偏离原来方向。已知光在真空中的传播速度为求：
该介质对光的折射率；
光在介质中的传播速度．
某学校召开运动会，买了部分透明材料奖杯，其横截面是以顶点为圆心、圆心角为的扇形，如图所示，该校研究性小组的同学想用激光束测量这种奖杯材料的折射率，他们将激光束平行纸面且垂直面射入该材料，入射点为，该激光束恰好未从圆弧面射出。已知，光在真空中传播的速度为。
求该材料的折射率和光在该材料中的传播速度；
光线从面射出的折射角。
如图所示，一束激光从点由空气射入厚度均匀的介质，经下表面反射后，从上表面的点射出。已知入射角为，介质的厚度，介质的折射率为，求与的距离的表达式。
答案和解析
1.【答案】
【解析】
【分析】
玻璃对蓝光的折射率大于红光的折射率，根据折射定律分析光线在玻璃砖上表面折射角的大小根据玻璃砖的光学特性分析出射光线与入射光线方向关系，再选择光路．
本题可以根据光路的可逆原理理解玻璃砖的光学特性：出射光线与入射光线平行．
【解答】
玻璃对蓝光的折射率大于红光的折射率，光线得到玻璃砖上表面时，两束光的入射角相等，根据折射定律，得到红光的折射角大于蓝光的折射角，则光在光的右侧。光线经过玻璃砖上下两个表面两次折射后，出射光线与入射光线平行。故B正确，ACD错误。
故选B。
2.【答案】
【解析】
【分析】
根据折射率定义求出光线在水中的入射角，再根据几何知识求出桅杆到点的水平距离。
本题是几何光学问题，对数学几何能力要求较高，关键要根据几何知识确定出入射角和折射角，通过折射定律和几何关系进行求解。
【解答】
设光线在水中的入射角为，根据折射率定义有：
解得：
则桅杆到点的水平距离：，故C正确，ABD错误。
故选C。
3.【答案】
【解析】
【分析】
本题考查了光的反射定律和折射规律，以及光的全反射，要求学生不仅要会根据反射定律和折射定律由入射光线画反射光线和折射光线，而且要会判断临界角的大小。
根据反射定律：反射角等于入射角，根据折射定律判断红光和紫光的折射情况，由判断红光与紫光的临界角大小。
【解答】
根据反射定律：反射角等于入射角；
红光的折射率小于紫光的折射率，则根据折射定律知紫光在空气中的折射角较大，
即紫光发生全反射的情况下红光不一定发生全反射，红光发生全反射则紫光一定发生全反射，
A.红光的折射角应该小于紫光的折射角，故A错误；
B.红光发生了全反射则紫光一定发生了全反射，没有紫光折射光线射出，故B错误；
C.紫光发生了全反射红光不一定发生全反射，故C正确；
D.反射光线中应该既包含紫光也包含红光，故D错误。
故选C。
4.【答案】
【解析】
【分析】
光经过三角形的玻璃砖时，玻璃砖对折射率小的光的偏折小，对折射率大的光的偏折大，根据折射率大小分析临界角的大小，从而确定减小太阳光的入射角时发生全反射的顺序。
【解答】
A.根据玻璃的色散现象可知，在光屏上从上到下形成的彩色光带的顺序是红光到紫光，在各种色光中，玻璃对红光的折射率最小，对紫光的折射率最大，可知玻璃砖对光的折射率比光小，故A错误。
B.光在真空中的速度是相同的，故B错误。
C.光的折射率小，根据折射率与频率的关系可知，的频率小，根据光电效应方程：
，可知光照射时光电子的最大初动能比光小，故C错误。
D.根据知，的折射率小，则的临界角最大，则减小光的入射角度时，最先发生全反射，最先从光屏上消失。故D正确。
故选：。
5.【答案】
【解析】
、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。
【分析】本体考察光的折射。光密介质进入光疏介质，入射角小于折射角，光疏介质进入光密介质，则入射角大于折射角。
6.【答案】
【解析】
【分析】
该材料对于电磁波的折射率，则折射光线与入射光线位于法线的同侧，且折射角等于入射角。
本题属于信息题目，结合学过的知识点延伸拓展，考查学生提取信息以及学习的能力。
【解答】
、本题给定信息“光的折射光线和入射光线位于法线的同侧”，无论是从光从空气射入介质，还是从介质射入空气，都要符合此规律，故AD错误。
、折射率为，由光的折射定律可知，同侧的折射角等于入射角，故C正确，B错误。
故选C。
7.【答案】
【解析】
【分析】
画图说明：处为筷子，表示由筷子发出的穿过玻璃杯壁射向观察者处的一条光线，为过点沿半径方向的直线，即在处和空气的分界面的法线，则相当于在处由水中射入空气中的光线，角和角分别为此光线的入射角和折射角，根据光的折射规律即可作出判断。
此现象是生活中常见的现象，我们利用折射的知识解决生活中的常见现象是近几年考试的热点。
【解答】
图为筷子竖直插入盛水玻璃杯内的俯视图：
处为筷子，表示由筷子发出的穿过玻璃杯壁射向观察者处的一条光线，为过点沿半径方向的直线即在处和空气的分界面的法线，上述光线则相当于在处由水中射入空气中，图中的角和角，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，所以观察者在处看到的筷子的像的位置不是在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，因为筷子是竖直放置的，所以杯子有水部分的任何一个截面的光路图均与图相同，所以水中筷子应该是竖直的，故ACD错误，B正确。
8.【答案】
【解析】
【分析】
根据几何关系求出入射角，通过折射定律求出五棱镜折射率的最小值。
本题主要考查光的折射定律及折射率。
【解答】
根据题意画出光路图如图所示：
，
设入射到面上的入射角为，因为在和上发生全反射，且两次反射的入射角相等。
根据几何关系有：，解得：，
根据解得最小折射率，故A正确，
故选A。
9.【答案】
【解析】略
10.【答案】
【解析】
【分析】
该材料对于电磁波的折射率，则折射光线与入射光线位于法线同侧，结合题意和折射规律分析。
【解答】
A.根据，知入射角不等于，则折射角也不等于，所以光线进入材料时不可能垂直于界面，故 A错误。
B.此图中光线发生反射，没有发生折射，故B错误。
C.根据题意知，折射线与入射线位于法线的同一侧，该图符合折射的规律，故 C正确。
D.光线从材料右侧面射出时，违反了折射规律：折射线与入射线位于法线的同一侧，故D错误。
故选：
11.【答案】解：光在面发生折射时的光路图如图，由几何知识知：
，
根据折射定律得
光在介质中的传播速度
【解析】由几何关系确定出面折射时的入射角和出射角，根据折射定律计算折射率大小，然后由计算光在介质中的传播速度．
对于几何光学问题作出光路图，正确的确定入射角和折射角，并灵活运用折射定律是解题的关键．
12.【答案】解：因为，光线恰好未从圆弧面射出，所以光在面的入射角为临界角
由可得
由可得
光线在面的入射角为临界角，所以反射光线与边平行，由可得，光线在面上的入射角
设光线第一次从面射出的折射角为
所以有
所以
【解析】本题主要考察光的折射现象，解答题目的过程中，一定要把实际的光路图画出，同时要能够找准入射角与折射角，根据折射定律的相关公式进而求解，另外，要熟练运用光速与折射率的关系式求解速度的大小。
根据分析可知光的入射角即为临界角，进而根据对应的公式求解即可；
找到临界角之后，求解出折射率，进而根据折射率即可得出折射角。
13.【答案】 解：设光线在介质上表面的折射角为，的距离
由折射定律得： ，
，
解得：。
答：与的距离。
【解析】本题主要考查光的折射与反射，解决本题的关键在于对折射定律的正确应用。
根据折射定律及几何关系求解。
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