高中物理人教版选修3-4 习题 第十三章 第1节 光的反射和折射 Word版含解析

1．(光的折射、折射率) 如图所示，光在真空和某介质的界面MN上发生折射，由图可知(　　)
A．光是从真空射入介质的
B．介质的折射率为
C．介质的折射率为
D．反射光线与折射光线的夹角为60°
答案　C
解析　根据图象可知，入射角为30°，折射角为60°，反射光线与折射光线垂直，光是从介质射入真空的，折射率n＝＝＝，只有C正确。
2．(光的折射)(多选)关于光的折射，下列说法正确的是(　　)
A．折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内
B．入射光线与法线、折射光线不一定在一个平面内
C．入射角总大于折射角
D．光线从空气斜射入玻璃时，入射角大于折射角
答案　AD
解析　由光的折射定律知折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内，A正确，B错误；入射角不一定大于折射角，当光线从水斜射入空气中发生折射时，入射角小于折射角，C错误；光线从空气斜射入玻璃时，入射角大于折射角，D正确。
3.(光在介质中的传播速度)如图所示，一束光由空气射入某介质，当入射光线和界面的夹角为30°时，折射光线恰好与反射光线垂直，则光在该介质中的传播速度是(　　)
A. B. C.c D.c
答案　D
解析　由几何知识可知，入射角θ1＝60°，折射角θ2＝30°，该介质的折射率n＝＝，则光在该介质中的传播速度v＝＝c，D正确。
4．(折射率的计算)如图所示，有玻璃三棱镜ABC，顶角A为30°，一束光线a垂直于AB射入棱镜，由AC射出进入空气，测得出射光线与入射光线的夹角为30°，则棱镜的折射率为(　　)
A. B. C. D.
答案　C
解析　由题意可知，光线从玻璃射向空气时，入射角为θ1＝30°，折射角为θ2＝60°，则玻璃的折射率n＝＝，C正确。
5．(综合)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，若玻璃对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
答案　B
解析　作出两种光线穿过平行玻璃砖的光路图。根据na＝，nb＝，由题意知na＜nb，ra＞rb，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。B正确。
6．(测定玻璃的折射率)如图所示是用两面平行的玻璃砖测定玻璃折射率的实验示意图，对于实验中的一些具体问题，下列说法正确的是(　　)
A．为了减小作图误差，P3和P4的距离应适当取大一些
B．为减小测量误差，P1、P2的连线与玻璃砖界面的夹角应取大一些
C．当P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖会看不到P1、P2的像
D．当P1、P2的连线与法线NN′的夹角θ1较大时，在另一侧通过玻璃砖看不到P1、P2的像
答案　A
解析　P3、P4间距离取大些，便于通过这两点连线准确地定出光线与bb′界面的交点O1，进而能准确连接OO1，减小折射角θ2的作图误差，A正确。入射角θ1宜取得大些，这样可以减小测量角度时的误差，B错误。P1、P2的距离较大时，通过玻璃砖能看到P1、P2的像，C错误。θ1较大，折射效果明显，通过透明的玻璃砖还是能看到像的，而且是虚像，D错误。
7．(光的折射)如图所示，△ABC为一直角三棱镜的截面，其顶角θ＝30°，P为垂直于直线BCD的光屏。一束宽度等于AB的单色平行光束垂直射向AB面，经三棱镜折射后在屏P上形成一条光带。
(1)以图中编号为a、b、c的三条光线为代表画出光束经棱镜折射的光路示意图；
(2)若从AC面出射的光线与原来入射光线的夹角为30°，求棱镜的折射率。
答案　(1)光路示意图见解析　(2)
解析　平行光束经棱镜折射后的出射光束仍是平行光束，如图所示
图中θ1、θ2为AC面上的入射角和折射角，根据折射定律，有nsinθ1＝sinθ2
设出射光线与水平方向成α角，则
θ2＝θ1＋α
由题可知α＝30°，由几何关系知θ1＝30°
可得θ2＝60°，所以n＝＝。
B组：等级性水平训练
8．(光的折射、折射率)(多选)关于光的折射及折射率，下列说法正确的是(　　)
A．光由一种介质进入另一种介质时，光的传播方向一定发生改变
B．光由水射入空气中，折射角大于入射角
C．光在折射率大的介质中传播速度大
D．折射率只能大于1
答案　BD
解析　当光垂直交界面射入时，传播方向不变，A错误；光由水射入空气中，折射角大于入射角，B正确；光在介质中的传播速度取决于光的频率和介质的折射率，C错误；由n＝，v1，D正确。
9．(光的折射)一个军事设施的观察孔如图所示，其宽度L＝30 cm，厚度d＝30 cm，为了扩大向外的观察视野，将折射率n＝的某种玻璃砖完全嵌入观察孔内。则嵌入玻璃砖后，视野的最大张角是(　　)
A．60° B．90° C．120° D．180°
答案　C
解析　通过观察孔向外看，想得到尽可能大的观察范围，应从观察孔的最边缘向外探视，临界情况是入射光线从玻璃砖的右侧边缘入射，其折射光线恰好从玻璃砖的左侧边缘射出，如图所示。sinr＝＝，r＝30°，根据折射定律有n＝，sini＝nsinr＝，i＝60°，根据对称性可知，嵌入玻璃砖后视野的最大张角为2i＝120°，A、B、D错误，C正确。
10．(测定玻璃的折射率)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图①、②和③所示，其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖，乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确，且均以aa′、bb′为界面画光路图，则他们测得的折射率与真实值相比是偏大、偏小还是不变？
(1)甲同学测得的折射率与真实值相比________。
(2)乙同学测得的折射率与真实值相比________。
(3)丙同学测得的折射率与真实值相比______________________________。
答案　(1)偏小　(2)不变
(3)可能偏大，可能偏小，也可能不变
解析　甲同学测量的光路图如图甲所示，真实值n＝，测量值n′＝，因r′>r，故n>n′，所以甲同学测得的折射率与真实值相比偏小。乙同学测量的光路图如图乙所示，测量值n＝，与真实值相等。
丙同学的测量可能出现三种结果，光路图如图丙所示，真实值n＝，测量值n′＝，当出射点为c时，测量值与真实值相同；当出射点在c左侧时，测量值小于真实值；当出射点在c点右侧时，测量值大于真实值，故丙同学测得的折射率与真实值相比可能偏大，可能偏小，也可能不变。
11．(光的折射的综合应用)小明去游泳池游泳，他站在池边发现对岸有一灯A，水下池壁上有一彩灯B，如图所示(B灯在图中未画出)，他调整自己到岸边的距离，直到发现A灯经水面反射所成的像与B灯经水面折射后所成的像重合，此时小明与对岸的距离L＝10 m，A灯距水面高为0.5 m，人眼E距水面高为2 m，水的折射率为。
(1)画出小明看到A、B灯的像重合时的光路图；
(2)求B灯在水面下的深度。
答案　(1)光路图见解析　(2)1.89 m
解析　(1)画出光路图如图所示。
12．(光的折射)如图所示，半圆形玻璃砖的半径R＝10 cm，折射率为n＝，直径AB与屏幕MN垂直并接触于A点。激光a以入射角θ1＝30°射入玻璃砖的圆心O，在屏幕MN上出现了两个光斑。求这两个光斑之间的距离L。
答案　0.23 m
解析　作出光路图如图所示：