人教版高中物理选修3-4 光的反射和折射 Word版含解析

光的反射和折射
一、选择题(本题共7小题，每小题8分，共56分)
1.如图所示，一条光线通过一个在水中的球形空气泡，下列哪一条表示出射光线的路径 (　　)
A.光线1　　　　 B.光线2
C.光线3 D.光线4
【解析】选A。光先从水进入空气泡中，由折射定律可知折射角应大于入射角；然后又从空气射入水中，折射角应小于入射角。综上所述，只有光线1符合要求，故选项A正确。
2.两束细平行光a和b相距为d，从空气中互相平行地斜射到长方体玻璃砖的上表面，如图所示，玻璃对a的折射率小于对b的折射率。
当它们从玻璃砖的下表面射出后，有 (　　)
A.两束光仍平行，间距等于d
B.两束光仍平行，间距大于d
C.两束光仍平行，间距小于d
D.两束光不再相互平行
【解析】选B。作出两束光线穿过平行玻璃砖的光路图如图所示。
根据na=，nb=，由题意知narb，故d′>d。光线经两侧面平行的玻璃砖后方向不变，出射光线平行，故选项B正确。
【补偿训练】
(多选)一束激光以入射角i=30°照射液面，其反射光在固定的水平光屏上形成光斑B，如图所示，如果反射光斑位置移动了2 cm，说明液面可能 (　　)
A.上升了 cm　　　　 B.上升了 cm
C.下降了 cm D.下降了 cm
【解析】选B、D。因光斑移动方向不明确，故有两种可能:若光斑左移2 cm，则液面上升h= cm= cm；若光斑右移2 cm，则液面下降 cm。正确选项为B、D。
3.一束光线从空气射向折射率为1.5的玻璃内，入射角为45°，下面光路图中正确的是 (　　)
【解析】选C。光在两介质的界面上通常同时发生反射和折射，所以A错误；由反射定律得反射角为45°，根据折射定律n=得θ1>θ2，故B、D错误，C正确。
4.(2018·郑州高二检测)如图所示，玻璃棱镜的截面为等腰三角形，顶角a为30°。一束光线垂直于ab面射入棱镜，又从ac面射出。出射光线与入射光线之间的夹角为30°，则此棱镜材料的折射率是 (　　)
A.　　　B.　　　C.　　　D.
【解析】选D。根据几何关系得，入射角r=30°，折射角i=60°，由折射定律得n===，D正确。
【补偿训练】
　　 如图所示，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60°，已知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行。此玻璃的折射率为 (　　)
A.　　　B.1.5　　　C.　　　D.2
【解析】选C。根据题意画出光的传播光路图如图所示。作OD使其与入射光和出射光平行，由几何知识得∠AOB=60°+60°=120°，所以∠ACB=60°，得到折射角为30°，所以n==。
5.光线由空气射向某媒质，当入射角为i时，折射光线与反射光线正好垂直，那么这种媒质的折射率和光在该媒质中的速度分别为 (　　)
A.n=sin i，v=c·sin i　　B.n=tan i，v=c·tan i
C.n=tan i，v=c·cot i D.n=cos i，v=
【解题指南】解答本题时可按以下步骤进行:
(1)根据题意画出光路图。
(2)找到折射角与入射角之间的关系。
(3)根据折射率的定义n=及n=计算媒质的折射率及光在该媒质中的速度。
【解析】选C。由图可知折射角β=90°-i，故该媒质的折射率n===
tan i；由n=可知，光在该媒质中的速度v===c·cot i；综上可知，选项C正确。
6.(多选)如图所示，用插针法测定玻璃折射率的实验中，以下说法中正确的
是 (　　)
A.P1、P2及P3、P4之间的距离适当大些，可以提高准确度
B.P1、P2及P3、P4之间的距离取得小些，可以提高准确度
C.入射角θ1适当大些可以提高准确度
D.P1、P2的间距，入射角的大小均与实验的准确度无关
【解析】选A、C。因为实验中的入射光线和折射光线都是通过隔着玻璃砖观察一直线后确定的，相互间的距离太小，容易出现偏差，故选项A正确，选项B错误；入射角适当大些，相应的折射角也增大，折射现象较明显，容易测量些，故选项C正确，选项D错误。
7.现在高速公路上的标志牌都用“回归反光膜”制成。夜间行车时，它能把车灯射出的光逆向返回，标志牌上的字特别醒目。这种“回归反光膜”是用球体反射元件制成的，反光膜内均匀分布着一层直径为10 μm的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为，为使入射的车灯光线经玻璃珠折射——反射——折射后恰好和入射光线平行，如图所示，那么第一次入射的入射角应是 (　　)
A.15° B.30°
C.45° D.60°
【解析】选D。作光路图如图所示，设入射角为θ，折射角为α，则θ=2α，n==，cosα==，α=30°，所以θ=60°，故选项D正确。
二、非选择题(14分)
8.(2017·江苏高考)人的眼球可简化为如图所示的模型，折射率相同、半径不同的两个球体共轴，平行光束宽度为D，对称地沿轴线方向射入半径为R的小球，会聚在轴线上的P点。取球体的折射率为，且D=R，求光线的会聚角α。(示意图未按比例画出)
【解析】由几何关系sini=，解得i=45°
则由折射定律=n，解得r=30°
且i=r+，解得α=30°
答案:30°
【总结提升】折射问题的四点注意(1)根据题意画出正确的光路图。(2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角的确定。(3)利用反射定律、折射定律求解。(4)注意光路可逆性、对称性的应用。
1.(15分)(1)(多选)关于光的折射和折射率，下列说法正确的是 (　　)
A.折射光与入射光的传播方向总是不同的
B.发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同
C.根据n=可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比
D.介质的折射率总是大于1
E.根据n=可知，介质的折射率等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比
(2)利用半圆柱形玻璃，可减小激光光束的发散程度。在如图所示的光路中，A为激光的出射点，O为半圆柱形玻璃横截面的圆心，AO过半圆顶点。若某条从A点发出的与AO成α角的光线，以入射角i入射到半圆弧上，出射光线平行于AO，求此玻璃的折射率。
【解析】(1)选B、D、E。发生折射现象是由于光在不同介质中传播速度不同，而当光线垂直入射到介质分界面上时，折射光与入射光方向相同，故A错误，B正确；折射率由介质决定，与入射角无关，C错误；因介质折射率是光线从空气折射入介质时的入射角与折射角正弦之比，所以折射率总大于1，D正确；由n=可知E正确。
(2)根据光路图，由折射定律得n=，由几何关系得r=i-α
故n=
答案:(1)B、D、E　(2)
【补偿训练】
　　(多选)一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为a、b两束单色光，其传播方向如图所示。设玻璃对a、b的折射率分别为na和nb，a、b在玻璃中的传播速度分别为va和vb，则 (　　)
A.na>nb 　　　　　　 B.naC.va>vb D.va【解析】选A、D。根据折射定律n=和n=可判A、D正确。
2.(15分)(1)(多选)(2018·大兴区高二检测)“测定玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好玻璃砖，aa′和bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图所示。在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，用“+”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针P3和P4。
①在插P3和P4时，应使__________(选填选项前的字母)。?
A.P3只挡住P1的像
B.P4只挡住P3
C.P3同时挡住P1、P2的像
D.P4挡住P3及P1、P2的像
②按①中的做法确定大头针P3和P4的位置，请你将光路图补充完整，并在图中标出需要测量的量，则玻璃砖的折射率可表示为n=__________。(用图中标出的测量量表示)?
(2)为从军事工事内部观察到外面的目标，在工事壁上开一长方形孔。设工事壁厚d=34.64 cm，孔的宽度L=20 cm，孔内嵌入折射率n=的玻璃砖如图所示。试问:嵌入玻璃砖后，工事内部人员观察到外界的视野的最大张角为多少？
【解析】(1)①实验的过程中，要先在白纸上放好玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在玻璃砖另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在一侧相继又插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，使P4挡住P3和P1、P2的像，故C、D正确。
②光路图如图所示，根据折射定律可知需要测量入射角和折射角，即测量的量是图中i和r。
由折射定律n=。
(2)当人眼处于底端呈对角线向外看时，视野最大，光路如图所示，又d=34.64 cm，L=20 cm，则tan β==，所以β=30°。由折射定律=，所以α=
60°，所以视野最大张角为120°。
答案:(1)①C、D
②光路见解析图(需要测量的量是图中i和r)　
(2)120°