人教版（2019）物理选修一同步学习笔记：4.1光的折射（有解析）
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| 名称 | 人教版（2019）物理选修一同步学习笔记：4.1光的折射（有解析） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 2.9MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-12-07 15:03:24 | ||
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文档简介
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人教版（2019）物理选修一同步学习笔记：4.1光的折射
一、光的折射现象和折射定律
1．光的折射
(1)光的方向：①光从一种介质斜射进入另一种介质时，传播方向要发生变化．
②当光垂直界面入射时，光的传播方向不变．
(2)入射角与折射角的大小关系：当光从真空斜射入介质时，入射角大于折射角，当光从介质斜射入真空时，入射角小于折射角．
2．对折射定律的理解
(1)同平面：折射光线与入射光线、法线在同一平面内．
(2)线两旁：折射光线与入射光线分别位于法线两侧．
(3)成正比：当介质一定时，入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即＝n, 而并非两角成正比．折射角θ2随入射角θ1的变化而变化，入射角θ1的正弦与折射角θ2的正弦之比是定值．
3．折射定律的应用
解决光的折射问题的基本思路：
(1)根据题意画出正确的光路图．
(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角分别是入射光线、折射光线与法线的夹角．
(3)利用折射定律n＝，结合三角函数的关系进行运算．
二、折射率
1．对折射率的理解
(1)折射率
n＝，θ1为真空中的光线与法线的夹角，不一定为入射角；而θ2为介质中的光线与法线的夹角，也不一定为折射角．
(2)折射率n是反映介质光学性质的物理量，它的大小由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关，与介质的密度没有必然联系．
2．折射率与光速的关系：n＝
(1)光在介质中的传播速度v跟介质的折射率n有关，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于1.
(2)某种介质的折射率越大，光在该介质中的传播速度越小．
考点一 光的折射现象
1．如图所示的四种现象，属于光的折射现象的是（ ）
A． B．
C． D．
【详解】A．屏幕上呈现人的手的影子是因为光的直线传播形成的，故A错误；
B．山在水中的倒影，是由于光的反射，太阳光照射物体，物体所反射的光经水平面反射映入人眼，形成人所看到的倒影，故B错误；
C．光从水中射向空气的时候，在水面要发生折射，使得光的传播方向发生偏折，故C正确；
D．这是由太阳光透过缝隙而形成的太阳的像，它的形状就是太阳的形状，而不是叶子间缝隙的形状，这就是小孔成像，也是因为光的直线传播形成的，故D错误。
故选C。
考点二 折射率及折射定律
2．如图所示，半径为的半圆柱玻璃体置于水平桌面上，半圆柱玻璃体的上表面水平，其横截面与桌面相切于点。一细束单色光经球心从空气中射入玻璃体内（入射面即纸面），入射角为，出射光线射在桌面上点处，测得、之间的距离为，则该玻璃体的折射率为（ ）
A． B． C． D．2
【详解】根据题意，光线图如图所示
由几何关系可得
可得
该玻璃体的折射率为
故选A。
3．如图所示是一玻璃球体，其半径为R，O为球心，AB为水平直径、M点是玻璃球的最高点，来自B点的光线BD从D点射出，出射光线平行于AB，已知∠ABD = 30°，光在真空中的传播速度为c，则下列说法正确的是（ ）
A．此玻璃的折射率为
B．光线从B到D需用时
C．光线在射入B点之前，应沿BA方向
D．光线从D点射出后，频率会降低
4．某同学观察一束光从空气射向水中的反射和折射现象，画出的光路图正确的是（ ）
A． B．
C． D．
5．图为长方体均匀玻璃砖的截面，厚度为l。现有由两种单色光组成的复合光，从O点射入玻璃砖，入射角为60°，其折射光线分别沿OA、OB方向，对应的折射角分别为37°、53°，光从O点到A点的传播时间为tOA，从O点到B点的传播时间为tOB。已知sin 37°=0.6，cos 37°=0.8。则下列对tOA和tOB的比较，正确的是（ ）
A．tOA=tOB B．tOAtOB D．无法确定
6．如图所示，A、B两种颜色的激光以不同的角度同时沿不同的半径方向射入同一块半圆形玻璃砖，其折射光线由圆心O点射出后重合。A、B两种光穿过玻璃砖所需时间分别为tA、tB，折射率分别为nA、nB，则下列说法正确的是（ ）
A．tA > tB，nA > nB B．tA < tB，nA > nB
C．tA > tB，nA < nB D．tA < tB，nA < nB
7．某同学看到鱼池中池边的鱼离水面的距离约为1m，已知水的折射率为1.33，则鱼的实际深度约为（ ）
A．0.50m B．0.75m C．1.33m D．1.78m
8．一个人站在湖边，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
9．如图所示，用透明材料做成一长方体形的光学器材，要求从上表面射入的光线可能从右侧面射出，那么所选的材料的折射率应满足（ ）
A．折射率必须等于 B．无论折射率是多大都有可能
C．折射率可取大于1的任意值 D．折射率必须小于
10．如图所示，由两种单色光组成的复色光，通过足够大的长方体透明材料后分成a、b两束，如果a是绿光，则（ ）
A．b可能是红光
B．b可能是紫光
C．在该透明材料中，a光的传播速度大于b光的传播速度
D．入射角i足够大时，a将不能从透明材料下表面射出
11．傍晚，太阳从西边落下，在人们观察到日落的时刻（太阳刚落在地平线上），太阳的实际位置（ ）
A．完全在地平线下方 B．完全在地平线上方
C．恰好落在地平线上 D．部分在地平线上方，部分在地平线下方
12．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a光的波长最小
C．玻璃对c光的折射率最大 D．在三棱镜中c光传播速度最小
13．某同学做测玻璃折射率实验时，在白纸上放好上、下表面平行的玻璃砖，玻璃砖厚度为L，如图所示的入射光线与折射光线（CD边出射光线未画出），若入射角i=60°，测出折射角r=30°，光在真空中的光速为c，则（ ）
A．玻璃砖的折射率
B．光在玻璃中传播的时间为
C．光在玻璃中传播的时间为
D．若实验时不小心将玻璃砖向上平移一小段，其他操作无误，则测得的折射率将偏大
14．如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，分成a、b两束单色光，则下列说法正确的是（ ）
A．a光的波长大于b光的波长
B．a光的频率大于b光的频率
C．在该玻璃砖中，a光的传播速度比b光大
D．在真空中，a光的传播速度比b光大
15．如图所示，玻璃砖厚度为L，一光线从真空射入玻璃砖AB界面；入射光线与折射光线（CD边出射光线未画出），其中AB∥CD。若入射角，测出折射角，光在真空中的光速为，则（ ）
A．玻璃砖的折射率
B．光在玻璃中传播的时间为
C．光在玻璃中传播的时间为
D．从CD边射出的光线与从AB射入的光线平行
3．B
【详解】根据题意补全光路图如图所示
A．由几何知识得入射角i = ∠ABD = 30°，折射角r = 2∠ABD = 60°，则此玻璃的折射率为
A错误；
B．由几何知识得，BD长度
光在玻璃球内传播的速度
所以光线从B到D的时间为
B正确；
C．光线在射入B点之前，若沿BA方向，则不可能在玻璃球内发生折射，C错误；
D．光在传播过程中频率不变，D错误。
故选B。
4．B
【详解】光由空气射入水中时，同时发生反射和折射，由反射定律知，反射角等于入射角，且分居法线两侧。又因为水相对于空气是光密介质，则由折射定律知，光由空气射入水中发生折射时，入射角大于折射角，且分居法线两侧。
故选B。
5．A
【详解】玻璃砖对沿OA方向的单色光的折射率为
此单色光在玻璃砖中传播的速度为
v1=
光在玻璃砖中的路程为
光从O点到A点的传播时间为
玻璃砖对沿OB方向的单色光的折射率为
此单色光在玻璃砖中传播的速度为
v2=
光在玻璃砖中的路程为
光从O点到B点的传播时间为
则有
tOA=tOB
故选A。
6．A
【详解】由图知A光的折射率n更大，即
nA > nB
根据
可知A光在玻璃砖中的速度比B光的小，根据
A、B光的光程一样，所以A光穿过玻璃砖所需时间较长，即
tA > tB
故选A。
7．C
【详解】由题意可知，B点为人所观察到的鱼的虚像，即BO在一条直线上，鱼的实际位置应在B点下方，设为C，设鱼发出的光线在O点的入射角为i1，折射角为i2，如图所示
根据几何关系可得
，
根据折射定律有
所以鱼的实际深度是
由于人在观察时可视为接近在正上方观察，则i1、i2都很小则有
，BB′ = 1m
则可求解出
B′C = 1.33m
故选C。
8．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。
9．D
【详解】设从上表面射入的光线入射角为i，其对应的折射角为，从右侧面射出的光线的入射角为，则有
要求从上表面射入的光线可能从右侧面射出，必须满足
则有
根据
得
得
则有
解得
i的最大值为90°，则有
故选D。
10．A
【详解】AB．不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大，相同入射角入射的光，折射率大的折射角小
故a是绿光，b可能是红光，A正确，B错误；
C．由公式可知
C错误；
D．在光的折射现象中，光路是可逆的，所以光从长方体透明材料上方以多大角度入射，就会从其下面以多大角度射出，D错误。
故选A。
11．A
【详解】由于太阳光从真空进入地球大气层时要发生折射，使我们看到的太阳位置比实际位置要高，因此当人们观察到太阳还在地平线上时，太阳的实际位置已在地平线以下。
故选A。
12．CD
【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CD正确。
故选CD。
13．AB
【详解】A．由折射率的定义公式，可得玻璃砖的折射率为
故A正确；
BC．光在玻璃中传播的距离为
光在玻璃中传播的速度为
光在玻璃中传播的时间为
故B正确，C错误；
D．若画图时误将玻璃砖向上平移一小段，导致描出的上界面比实际位置高，光路图如图所示
由解析图可知，入射角和折射角均不变，则测得的折射率将不变，故D错误。
故选AB。
14．AC
【详解】AB．由折射光路可知，a光的偏折程度较小，折射率较小，则a光的频率较小，a光的波长较大，A正确，B错误；
C．根据可知，在该玻璃砖中，a光的偏折程度较小，折射率较小，a光的传播速度比b光大，C正确；
D．在真空中各种光的传播速度均相同，D错误。
故选AC。
15．ACD
【详解】A．由折射定律可得
A正确；
BC．玻璃砖厚度为L，光在玻璃中的路程为
光在玻璃中的传播速度为
故光在玻璃中传播的时间为
B错误，C正确；
D．光线从CD边射出时，入射角为，由折射定律可知，折射角为，即光线从CD边射出与从AB射入的光线平行，D正确。
故选ACD。
知识梳理
考点归纳
巩固练习
参考答案
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人教版（2019）物理选修一同步学习笔记：4.1光的折射
一、光的折射现象和折射定律
1．光的折射
(1)光的方向：①光从一种介质斜射进入另一种介质时，传播方向要发生变化．
②当光垂直界面入射时，光的传播方向不变．
(2)入射角与折射角的大小关系：当光从真空斜射入介质时，入射角大于折射角，当光从介质斜射入真空时，入射角小于折射角．
2．对折射定律的理解
(1)同平面：折射光线与入射光线、法线在同一平面内．
(2)线两旁：折射光线与入射光线分别位于法线两侧．
(3)成正比：当介质一定时，入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即＝n, 而并非两角成正比．折射角θ2随入射角θ1的变化而变化，入射角θ1的正弦与折射角θ2的正弦之比是定值．
3．折射定律的应用
解决光的折射问题的基本思路：
(1)根据题意画出正确的光路图．
(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角分别是入射光线、折射光线与法线的夹角．
(3)利用折射定律n＝，结合三角函数的关系进行运算．
二、折射率
1．对折射率的理解
(1)折射率
n＝，θ1为真空中的光线与法线的夹角，不一定为入射角；而θ2为介质中的光线与法线的夹角，也不一定为折射角．
(2)折射率n是反映介质光学性质的物理量，它的大小由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关，与介质的密度没有必然联系．
2．折射率与光速的关系：n＝
(1)光在介质中的传播速度v跟介质的折射率n有关，由于光在真空中的传播速度c大于光在任何其他介质中的传播速度v，所以任何介质的折射率n都大于1.
(2)某种介质的折射率越大，光在该介质中的传播速度越小．
考点一 光的折射现象
1．如图所示的四种现象，属于光的折射现象的是（ ）
A． B．
C． D．
【详解】A．屏幕上呈现人的手的影子是因为光的直线传播形成的，故A错误；
B．山在水中的倒影，是由于光的反射，太阳光照射物体，物体所反射的光经水平面反射映入人眼，形成人所看到的倒影，故B错误；
C．光从水中射向空气的时候，在水面要发生折射，使得光的传播方向发生偏折，故C正确；
D．这是由太阳光透过缝隙而形成的太阳的像，它的形状就是太阳的形状，而不是叶子间缝隙的形状，这就是小孔成像，也是因为光的直线传播形成的，故D错误。
故选C。
考点二 折射率及折射定律
2．如图所示，半径为的半圆柱玻璃体置于水平桌面上，半圆柱玻璃体的上表面水平，其横截面与桌面相切于点。一细束单色光经球心从空气中射入玻璃体内（入射面即纸面），入射角为，出射光线射在桌面上点处，测得、之间的距离为，则该玻璃体的折射率为（ ）
A． B． C． D．2
【详解】根据题意，光线图如图所示
由几何关系可得
可得
该玻璃体的折射率为
故选A。
3．如图所示是一玻璃球体，其半径为R，O为球心，AB为水平直径、M点是玻璃球的最高点，来自B点的光线BD从D点射出，出射光线平行于AB，已知∠ABD = 30°，光在真空中的传播速度为c，则下列说法正确的是（ ）
A．此玻璃的折射率为
B．光线从B到D需用时
C．光线在射入B点之前，应沿BA方向
D．光线从D点射出后，频率会降低
4．某同学观察一束光从空气射向水中的反射和折射现象，画出的光路图正确的是（ ）
A． B．
C． D．
5．图为长方体均匀玻璃砖的截面，厚度为l。现有由两种单色光组成的复合光，从O点射入玻璃砖，入射角为60°，其折射光线分别沿OA、OB方向，对应的折射角分别为37°、53°，光从O点到A点的传播时间为tOA，从O点到B点的传播时间为tOB。已知sin 37°=0.6，cos 37°=0.8。则下列对tOA和tOB的比较，正确的是（ ）
A．tOA=tOB B．tOA
6．如图所示，A、B两种颜色的激光以不同的角度同时沿不同的半径方向射入同一块半圆形玻璃砖，其折射光线由圆心O点射出后重合。A、B两种光穿过玻璃砖所需时间分别为tA、tB，折射率分别为nA、nB，则下列说法正确的是（ ）
A．tA > tB，nA > nB B．tA < tB，nA > nB
C．tA > tB，nA < nB D．tA < tB，nA < nB
7．某同学看到鱼池中池边的鱼离水面的距离约为1m，已知水的折射率为1.33，则鱼的实际深度约为（ ）
A．0.50m B．0.75m C．1.33m D．1.78m
8．一个人站在湖边，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
9．如图所示，用透明材料做成一长方体形的光学器材，要求从上表面射入的光线可能从右侧面射出，那么所选的材料的折射率应满足（ ）
A．折射率必须等于 B．无论折射率是多大都有可能
C．折射率可取大于1的任意值 D．折射率必须小于
10．如图所示，由两种单色光组成的复色光，通过足够大的长方体透明材料后分成a、b两束，如果a是绿光，则（ ）
A．b可能是红光
B．b可能是紫光
C．在该透明材料中，a光的传播速度大于b光的传播速度
D．入射角i足够大时，a将不能从透明材料下表面射出
11．傍晚，太阳从西边落下，在人们观察到日落的时刻（太阳刚落在地平线上），太阳的实际位置（ ）
A．完全在地平线下方 B．完全在地平线上方
C．恰好落在地平线上 D．部分在地平线上方，部分在地平线下方
12．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a光的波长最小
C．玻璃对c光的折射率最大 D．在三棱镜中c光传播速度最小
13．某同学做测玻璃折射率实验时，在白纸上放好上、下表面平行的玻璃砖，玻璃砖厚度为L，如图所示的入射光线与折射光线（CD边出射光线未画出），若入射角i=60°，测出折射角r=30°，光在真空中的光速为c，则（ ）
A．玻璃砖的折射率
B．光在玻璃中传播的时间为
C．光在玻璃中传播的时间为
D．若实验时不小心将玻璃砖向上平移一小段，其他操作无误，则测得的折射率将偏大
14．如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，分成a、b两束单色光，则下列说法正确的是（ ）
A．a光的波长大于b光的波长
B．a光的频率大于b光的频率
C．在该玻璃砖中，a光的传播速度比b光大
D．在真空中，a光的传播速度比b光大
15．如图所示，玻璃砖厚度为L，一光线从真空射入玻璃砖AB界面；入射光线与折射光线（CD边出射光线未画出），其中AB∥CD。若入射角，测出折射角，光在真空中的光速为，则（ ）
A．玻璃砖的折射率
B．光在玻璃中传播的时间为
C．光在玻璃中传播的时间为
D．从CD边射出的光线与从AB射入的光线平行
3．B
【详解】根据题意补全光路图如图所示
A．由几何知识得入射角i = ∠ABD = 30°，折射角r = 2∠ABD = 60°，则此玻璃的折射率为
A错误；
B．由几何知识得，BD长度
光在玻璃球内传播的速度
所以光线从B到D的时间为
B正确；
C．光线在射入B点之前，若沿BA方向，则不可能在玻璃球内发生折射，C错误；
D．光在传播过程中频率不变，D错误。
故选B。
4．B
【详解】光由空气射入水中时，同时发生反射和折射，由反射定律知，反射角等于入射角，且分居法线两侧。又因为水相对于空气是光密介质，则由折射定律知，光由空气射入水中发生折射时，入射角大于折射角，且分居法线两侧。
故选B。
5．A
【详解】玻璃砖对沿OA方向的单色光的折射率为
此单色光在玻璃砖中传播的速度为
v1=
光在玻璃砖中的路程为
光从O点到A点的传播时间为
玻璃砖对沿OB方向的单色光的折射率为
此单色光在玻璃砖中传播的速度为
v2=
光在玻璃砖中的路程为
光从O点到B点的传播时间为
则有
tOA=tOB
故选A。
6．A
【详解】由图知A光的折射率n更大，即
nA > nB
根据
可知A光在玻璃砖中的速度比B光的小，根据
A、B光的光程一样，所以A光穿过玻璃砖所需时间较长，即
tA > tB
故选A。
7．C
【详解】由题意可知，B点为人所观察到的鱼的虚像，即BO在一条直线上，鱼的实际位置应在B点下方，设为C，设鱼发出的光线在O点的入射角为i1，折射角为i2，如图所示
根据几何关系可得
，
根据折射定律有
所以鱼的实际深度是
由于人在观察时可视为接近在正上方观察，则i1、i2都很小则有
，BB′ = 1m
则可求解出
B′C = 1.33m
故选C。
8．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。
9．D
【详解】设从上表面射入的光线入射角为i，其对应的折射角为，从右侧面射出的光线的入射角为，则有
要求从上表面射入的光线可能从右侧面射出，必须满足
则有
根据
得
得
则有
解得
i的最大值为90°，则有
故选D。
10．A
【详解】AB．不同色光的折射率不同，频率越大的色光折射率越大，相同入射角入射的光，折射率大的折射角小
故a是绿光，b可能是红光，A正确，B错误；
C．由公式可知
C错误；
D．在光的折射现象中，光路是可逆的，所以光从长方体透明材料上方以多大角度入射，就会从其下面以多大角度射出，D错误。
故选A。
11．A
【详解】由于太阳光从真空进入地球大气层时要发生折射，使我们看到的太阳位置比实际位置要高，因此当人们观察到太阳还在地平线上时，太阳的实际位置已在地平线以下。
故选A。
12．CD
【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CD正确。
故选CD。
13．AB
【详解】A．由折射率的定义公式，可得玻璃砖的折射率为
故A正确；
BC．光在玻璃中传播的距离为
光在玻璃中传播的速度为
光在玻璃中传播的时间为
故B正确，C错误；
D．若画图时误将玻璃砖向上平移一小段，导致描出的上界面比实际位置高，光路图如图所示
由解析图可知，入射角和折射角均不变，则测得的折射率将不变，故D错误。
故选AB。
14．AC
【详解】AB．由折射光路可知，a光的偏折程度较小，折射率较小，则a光的频率较小，a光的波长较大，A正确，B错误；
C．根据可知，在该玻璃砖中，a光的偏折程度较小，折射率较小，a光的传播速度比b光大，C正确；
D．在真空中各种光的传播速度均相同，D错误。
故选AC。
15．ACD
【详解】A．由折射定律可得
A正确；
BC．玻璃砖厚度为L，光在玻璃中的路程为
光在玻璃中的传播速度为
故光在玻璃中传播的时间为
B错误，C正确；
D．光线从CD边射出时，入射角为，由折射定律可知，折射角为，即光线从CD边射出与从AB射入的光线平行，D正确。
故选ACD。
知识梳理
考点归纳
巩固练习
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