烟台市第十中学2019-2020学年高中物理鲁科版选修3-4：4.1光的折射定律 课时训练（含解析）

4.1光的折射定律
课时训练
1．以往，已知材料的折射率都为正值（n>0）．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（n<
0），称为负折射率材料．位于空气中的这类材料，入射角i与折射角r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）．现空气中有一上下表面平行的负折射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出．若该材料对此电磁波的折射率n=?1，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是（
）
A．A
B．B
C．C
D．D
2．小明同学在2018年1月31日晚观看月全食时，看到了暗淡的“血月”。小明画了月全食的示意图，并提出了如下猜想，其中最为合理的是（　　）
A．太阳光中的红光经过地球大气层最容易发生全反射，在地球上容易观察到红光
B．太阳光中的红光经过地球时发生了衍射现象，故月球表面呈暗红色
C．太阳照射到地球的红光反射到月球，呈暗红色
D．发生月全食时，月球处于地球的本影区，故月球看上去十分暗淡
3．如图所示为均质玻璃圆柱体的横截面图，其中MN为过圆心O的水平直线。现有两单色细光束a、b相对NM两侧对称且平行MN照射玻璃圆柱体，经玻璃折射后两束光相交于P点。则a、b两束光相比
A．玻璃对a光的折射率比b光小
B．在玻璃中a光的传播速度比b光小
C．在玻璃中a光的传播时间比b光短
D．a光的频率比b光的频率小
4．如图所示，两束单色光a、b从水下射向A点后，光线经折射合成一束光c进入空气，则下列说法中错误的是（　　）
A．在水中a光的临界角比b光的临界角大
B．在水中a光的速度比b光的速度大
C．a光的频率比b光的频率大
D．b光的折射率比a光的折射率大
5．如图所示，在真空中有一直角棱镜ABC，，一束单色光从AB边射入棱镜，入射角为，最后垂直于BC边射出棱镜，则该棱镜的折射率为（　　）
A．
B．
C．
D．
6．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．1.5
C．2
D．
7．下列说法中正确的是（　　）
A．用光导纤维束传送图像信息，这其中应用到了光的全反射现象
B．通过两支夹紧的笔杆间缝隙看发白光的灯丝能观察到彩色条纹，这是光的偏振现象
C．用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干涉现象
D．肥皂泡在阳光下出现彩色条纹，这是光的衍射现象
8．如图所示，a是由红、紫两种单色光组成的一束复色光，射向半圆形玻璃砖，折射后分成了光束b和光束c，下列判断正确的是（　　）
A．b是红光，c是紫光
B．b的频率大于c的频率
C．b和c在玻璃中的传播速度相等
D．在真空中b的波长等于c的波长
9．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。下列说法正确的是（　　）
A．甲同学测得的折射率与真实值相比偏大
B．甲同学测得的折射率与真实值相同
C．乙同学测得的折射率与真实值相比偏小
D．乙同学测得的折射率与真实值相同
10．雨后太阳光入射到空中的水滴中能形成彩虹。设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，出射时分解成各种单色光，这种现象属于（　　）
A．光的直线传播
B．光的衍射
C．光的干涉
D．光的色散
11．如图所示，直线代表平静的水面，一束由红光和紫光组成的复色光射到水面上，折射光线与直线的夹角分别为α和β。如果水对紫光的折射率为nβ，则水对红光的折射率为_____，红光和紫光在水中的传播速度之比为_____。
12．一光线以很小的入射角i射入一厚度为d、折射率为n的平板玻璃，光在真空中的速度大小为c，则光线在平板玻璃中传播的距离为_____________；光线通过平板玻璃的时间为_____________。（不计平板玻璃内反射光线）
13．如图所示，一只小船停在平静的水面上，小船正前方的水面上有O、B两点，O、B两点离船最前端A点的水平距离分别为m和m，B点处有一浮标，船最前端A点站着一名观察员，观察员的眼睛E距水面的高度为m，一潜水员从O点下潜—定的深度达到M点时，观察员看到潜水员头顶的小灯泡刚好被浮标挡住，潜水员继续下潜h=3.0m达到N点时，水面上能观察到的被小灯泡照亮的范围恰好达到船尾D点。已知水的折射率。求：
(1)潜水员下潜的深度h2；
(2)小船的长度L（最后结果可以保留根式）。
14．有一个透明的工艺品，其切面形状图如图所示，其底部A为矩形形状，该部分的高CM=d，边长CD=L，顶部B为等边三角形，它们都是同一种材料．现让一束光线从B部分MH边的中点O1表面处沿竖直方向射入，光线进入B后发现折射光线恰好与B部分的HM′平行且经过MM′，最后光线从A部分的CD边上某点O处射出．取光在真空中的传播速度为c，求：
①工艺品的折射率；
②光在工艺品中传播的时间．
参考答案
1．B
【解析】
AD．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A、D错误．
BC．折射率为-1，由光的折射定律可知，同侧的折射角等于入射角，故B正确，C错误．
2．D
【解析】
发生月全食时，月球处于地球的本影区内，太阳光中的红光最容易穿过地球的大气层，发生折射照亮月亮表面，但由于光线较弱，因此月球表面看上去呈暗红色，因此D正确，ABC错误。
故选D。
3．B
【解析】由题意及光路图可知，a、b两光的入射角i相等，折射角：rb＞ra，由折射定律：n=可知，nb＜na，故A错误；
光在介质中的传播速度：v=c/n，由于nb＜na，则vb＞va，故B正确；由光路图可知，光的路程关系为：sb＜sa，已知：vb＞va，光的传播时间：t=s/v，则：tb＜ta，故C错误；因b光的折射率小，则b光的频率小于a光，选项D错误；故选B.
点睛：本题是一道几何光学题，作出光路图是解题的关键；当光从光密介质射向光疏介质且入射角大于临界角时光发生全反射；作出光路图、确定入射角与折射角的关系，应用光的折射定律、n=c/v可以解题。
4．C
【解析】
AD．由图可知，单色光a偏折程度小于b的偏折程度，所以根据折射定律
可知，a光的折射率小于b光的折射率。由全反射临界角公式
可得，在水中a光的临界角大于b光的临界角，AD选项不合题意，故AD错误；
B．由
可知，在水中a光的速度大于b光的速度，B选项不合题意，故B错误；
C．根据折射率定义即得光的频率与折射率的关系：频率越高的光，折射率越大。所以a光的频率小于b光的频率，C选项符合题意，故C正确。
故选C。
5．B
【解析】
由光路图和几何知识得：图中i′=60°，折射角r=30°
则该棱镜的折射率为
故选B。
6．A
【解析】
本题考查光的折射定律。
【详解】
做出法线，由几何关系可知入射角为30°，折射角为60°，根据折射定律
故选A。
7．A
【解析】
A．用光导纤维束传送图像信息，这其中应用到了光的全反射现象，选项A正确；
B．通过两支夹紧的笔杆间缝隙看发白光的灯丝能观察到彩色条纹，这是光的衍射现象，选项B错误；
C．用三棱镜观察太阳光谱是利用光的折射引起的色散现象，选项C错误；
D．肥皂泡在阳光下出现彩色条纹，这是光的干涉现象，选项D错误。
故选A。
8．B
【解析】
AB.由图可得：b光的折射角较小，故折射率较大，那么，b光的频率较大，故b光是紫光；那么，c光是红光，故A错误B正确；
C.根据
可知，b光的折射角较小，故折射率较大，b的传播速度小，故C错误；
D.根据
可知，b光的频率较大，波长小，故D错误。
故选B。
9．D
【解析】
AB．甲同学测量的光路图如图甲所示，
真实值，测量值，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，故AB错误；
CD．乙同学测量的光路图如图乙所示
测量值与真实值相等，故C错误D正确。
故选D。
10．D
【解析】
太阳光是各种颜色光的复色光，当太阳光照射水滴时，由于水对不同颜色的光的折射率不同，则偏折程度不同，于是从水滴射出的光的出射方向不同，可分解为各种单色光，这种现象叫光的色散现象。
故选D。
11．
【解析】
[1]设入射角为，由折射定律可得
同理
解得
[2]因为
解得
12．
【解析】
[1]设光线第一次射到平板玻璃的折射角为r，则
那么光线在平板玻璃中传播的距离为
[2]光线在玻璃中的传播速度为
则光线通过平板玻璃的时间为
13．(1)4m；(2)m
【解析】
由题意作图如下
(1)设过E点光线，恰好被浮子挡住时，入射角、折射角分别为i、r，则
则水的折射率为
联立解得
(2)潜水员与D点连线与竖直方向的夹角刚好为临界角C，则
又
联立解得
14．①；②
【解析】
①光路图如图所示，根据题意知，光进入介质B的入射角为α=60°，折射角为β=30°，可知介质B的折射率为
②由几何关系得：
光在工艺品中路程：
联立可得光在该工艺品传播的时间