四川省合江中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-4：4.1光的折射定律 同步练习（含解析）

4.1光的折射定律
1．如图所示，a、b两束不同频率的单色光以的入射角射到玻璃砖的上表面上，入射点分别为A、直线垂直玻璃砖与玻璃砖上表面相交于E点、B到E的距离相等、b两束光与直线在同一平面内图中纸面内经过玻璃砖后，a、b两束光相交于图中的P点则下列判断中正确的是　　
A．在真空中，a光的传播速度大于b光的传播速度
B．在玻璃中，a光的传播速度大于b光的传播速度
C．玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率
D．a光的频率大于b光的频率
2．下列现象与对应的光学原理正确的是（　　
）
A．夜晚水面上月亮的倒影，是光的折射现象
B．望远镜和显微镜上都有目镜，这是利用了凹透镜成像
C．爷爷佩戴老花镜读书看报，是利用了凸透镜对光线的聚光作用
D．树荫下形成圆形光斑，属于光的反射现象
3．如图所示，直角三棱镜ABC的一个侧面BC紧贴在平面镜上，∠BAC＝
，从点光源S发出的一个细光束SO射到棱镜的另一侧面AC上．适当调整入射光SO的方向，当SO与AC面成α角时，其折射光在镜面发生一次反射，从AC面射出后恰好与SO重合，则此棱镜的折射率为(　　)
A．
B．
C．
D．
4．在水中同一深度有红、绿两个点光源，以下各叙述中正确的是（　　）
A．从水面上看到红色光源较深些
B．从水面上看到绿色光源较深些
C．在水中红光的速率比绿光的小
D．从水面上看绿色光的水面透光面积大
5．关于成像，下列说法错误的是（
）
A．平面镜成的都是虚像
B．凸透镜成的都是实像
C．凸透镜可以成缩小的像，也可以成放大的像
D．凸透镜可以成倒立的像，也可以成正立的像
6．一束由红光和紫光组成的复色光从空气射向空气与水的交界面MN，在界面上产生反射和折射，下面各图中正确反映了这次反射和折射的是
A．
B．
C．
D．
7．某学习小组来进一步探究光的色散现象进行了如图所示的小实验，用某特制的光源可发出两种不同的复合光，让该复合光束A自玻璃射向空气，经折射形成两束单色光B、C，得出如下几个结论，你认为正确的是(
)
A．C光的波长比B光的波长长
B．C光在玻璃中的速度比B光在玻璃中的速度小
C．在真空中C光的光速大于B光的光速
D．玻璃对C光的折射率大于对B光的折射率
8．如图所示，O点为凸透镜的光心，F为焦点，S为光源，则四条折射光线中画错的是　　
A．
B．
C．
D．
9．如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为，E、F分别为边AB、BC的中点，则　　
A．该棱镜的折射率为
B．该棱镜的折射率为
C．光从空气进入棱镜，波长变小
D．从F点出射的光束与入射到E点的光束平行
10．光从空气斜射进入介质中，比值
常数，这个常数
(　　)
A．与介质有关
B．与光在介质中的传播速度无关
C．与入射角的大小无关
D．与入射角的正弦成正比，跟折射角的正弦成反比
11．如图所示，截面为四分之一圆面的玻璃砖力放在水平地面上，圆的半径为R，一束单色光从圆心O点附近垂直照射在AO面上，保持光束始终与AO面垂直，将光束向上平移，发现光束经玻璃砖折射后照射在地面上的光点，移到C点后消失，测得OC=R，光在真空中的传播速度为c，求
(i)玻璃砖的折射率；
(ii)若光束从AO的中点垂直AO入射，则照射在地面上的光点离O点距离为多少（tan=0.67，结果保留两位有效数字）
12．一玻璃砖截面如图所示，O为圆环的圆心，内圆半径为R，外圆半径为，AF和EG分别为玻璃砖的两端面，，B、C、D三点将圆弧四等分。一细束单色光a从F点沿平行于BO方向从AF面射入玻璃砖，其折射光线恰好射到B点，求：
(1)玻璃砖的折射率n；
(2)从B点出射的光线相对于射入玻璃砖前入射光线的偏转角φ。
13．如图所示的矩形玻璃砖，下底面镀银，厚为d，一束单色光沿OC方向射到玻璃砖上表面，折射后经下底面反射后再经上表面射出。已知OC与玻璃砖上表面成角，玻璃砖对该单色光的折射率为，光在真空中的传播速度为c。求：
(1)光在玻璃砖中传播的时间；
(2)光射出玻璃砖上表面的折射角。
14．现有由同一种材料制成的一个透明工艺品，其切面形状图如图所示。其中顶部A为矩形形状，高CM=L，边长CD＝d，底部B为等边三角形。现让一束单色光线从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'，最后从A部分的CD边上某点O处射出，光在真空中的传播速度为c。求：
（i）光在工艺品中传播的速度；
（ii）光在工艺品中传播的时间。
参考答案
1．B
【解析】
A：在真空中，所有色光的传播速度都相同，则真空中a光的传播速度等于b光的传播速度。故A项错误。
BC：由图看出，经过玻璃砖后，a、b两束光相交于图中的P点，说明a光通过玻璃砖后的侧移小于b光通过玻璃砖后的侧移，则玻璃砖对a光的折射率小于b光的折射率；由知，在玻璃中，a光的传播速度大于b光的传播速度。故B项正确，C项错误。
D：a光的折射率小于b光的折射率，则a光的频率小于b光的频率。故D项错误。
【点睛】
光线以相同入射角通过玻璃砖发生侧移时，光在玻璃中的折射率越大，光的侧移越大。
2．C
【解析】
①显微镜结构均由两个凸透镜组成，靠近眼睛的凸透镜叫做目镜，靠近被观察物体的凸透镜叫做物镜，用来看清微小物体的．而望远镜也是由两组凸透镜组成的，靠近眼睛的凸透镜叫做目镜，靠近被观测物体的凸透镜叫做物镜，用来观看远处物体的．②平面镜成像时是光的反射现象．③凸透镜的中间比边缘厚，对光线有会聚作用．放大镜、照相机、投影仪、老花镜（也叫远视镜）都要利用凸透镜．④光在同种均匀物质中沿直线传播，在日常生活中，激光准直、小孔成像和影子的形成等都表明光在同一种均匀介质中是沿直线传播的
【详解】
A、夜晚水面上月亮的倒影，是由光的反射形成的；故A错误．
B、显微镜和望远镜的目镜、物镜都是凸透镜；故B错误．
C、老花镜是凸透镜，凸透镜对光线有会聚作用；故C正确．
D、树荫下形成圆形光斑，是由于光的直线传播；故D错误．
故选C．
【点睛】
本题考查了光的反射、光直线传播的应用、凸透镜的应用等多个知识点．
3．B
【解析】
作出光路图，依题意可知光垂直BC反射才能从AC面射出后恰好与SO重合，则光在AC面的入射角为90°-α，由几何关系可知折射角为：r=90°-β．
根据折射定律：，故B正确，ACD错误．故选B．
【点睛】
解决几何光学问题的关键是根据题意正确画出光路图，然后根据几何关系以及相关物理知识求解．
4．A
【解析】
AB．因为视深=实际深度/折射率，红光的折射率小于绿光的折射率，所以从水面上看到红色光源较深些．故A项正确，B项错误．
C．光在水中的传播速度，红光的折射率小于绿光的折射率，则在水中红光的速率比绿光的大．故C项错误．
D．光在水中的临界角满足，红光的折射率小于绿光的折射率，红光的临界角大于绿光的临界角，又两光源在同一深度，则从水面上看红色光的水面透光半径大，透光面积大．故D项错误．
5．B
【解析】
试题分析：
A．平面镜成的都是正立等大的虚像，故A正确。
B．当物体在凸透镜焦点之内，凸透镜成正立、放大的虚像，生活中的放大镜就是根据这一原理制成的，故B错误，符合题意为答案。
C．凸透镜可以成缩小的像，也可以成放大的像，故C正确。
D．当物体在凸透镜的焦点之外时，成倒立的实像，在凸透镜的焦点之内时，成正立的虚像，故D正确。
考点：虚像
实像
凸透镜成像规律
6．A
【解析】根据反射定律，反射角等于入射角，BC错误；对于水，紫光的折射率大于红光的折射率，根据，入射角相同时，紫光的折射角小于红光的折射角，A正确、D错误。故选A。
7．A
【解析】
根据光路图知B光的折射角大于C光的折射角，根据折射定律可得单色光B的折射率大于C的折射率，由v=c/n知C光在玻璃中的速度比B光在玻璃中的速度大，故BD错误．单色光B的折射率大于C的折射率，则单色光B的频率大于C的频率，由c=λf知，C光的波长比B光的波长长，故A正确．在空气中，C光与B光的速度相等，故C错误．故选A．
【点睛】
解决本题的关键在于通过光的偏折程度比较出光的折射率大小，并要掌握折射率、频率、波长以及在介质中的速度等大小关系：偏折程度越大，折射率越大，频率越大，波长越短，在介质中的速度越小．
8．AB
【解析】
对于凸透镜，平行主轴的光线经过凸透镜折射后经过焦点，故光线错误；
经过光心的光线方向不变，其余光线经过凸透镜光线方向都改变，故错误，正确；
经过焦点的光线折射后与主轴平行，故正确；
本题选画错的故选AB．
【点睛】
本题关键明确三条特殊光线的画法：平行主轴的光线，经过光心的光线，经过焦点的光线；其余光线可以通过3条特殊光线找出像后分析．
9．AC
【解析】
AB：由几何知识得：光线在AB面上入射角，折射角，则折射率为。故A项正确，B项错误。
C：光从空气进入棱镜时，频率不变，波速变小，由波速公式得，波长变小。故C项正确。
D：光线在F点的入射角与在E点的折射角相等，则光在F点不可能发生全反射，而且从F点出射的光束与BC的夹角为，所以从F点出射的光束与入射到E点的光束不平行。故D项错误。
10．AC
【解析】
在折射定律中，比值=n（常数），这个常数是相对折射率，是由两边介质的性质决定的，故A正确．光在不同介质中的传播速度不同，n与光在两种介质中的传播速度有关，故B错误．n反映介质的性质，由介质决定，与入射角和折射角均无关，所以不能说n与入射角正弦成正比，跟折射角的正弦成反比，故C正确，D错误．故选AC．
11．(i)；(ii)
【解析】
(i)光点移到C点后消失，说明折射光照射到C点时对应的折射角为，光路如图所示。
设入射角为i，根据几何关系可知
则
根据折射公式有
(ii)光束从AO的中点垂直入射，设光束在圆弧面上的入射角为、折射角为，光照射在地面上的D点，光路如上图所示。根据几何关系知
由折射率公式求得
由几何关系可知折射光线与水平地面的夹角为
设OD间的距离为s，根据几何关系可得
求得
12．(1)；(2)
【解析】
(1)光路图如图所示
设从AF界面射入时的入射角为，折射角为，因为a光线平行于BO，则
根据余弦定理有
所以
，
根据折射定律有
代入数据得
(2)因为
解得
则偏转角为60°。
13．(1)；(2)
【解析】
(1)设折射光线在上表面的入射角为，折射角为，在玻璃砖中传播速度为v，传播距离为x，传播时间为t，，则
。
解得
(2)折射光线在下底面反射后在上表面的D点折射后到B点，设在D点入射角为，折射角为，则
解得
14．（i）；（ii）
【解析】
（i）光路图如图所示。
根据题图知，光进入介质B的入射角为
α=60°，折射角为
β=30°
则工艺品的折射率为
在介质中的光速：
（ii）由几何关系得光在工艺品中传播的路程
·
光在工艺品中传播的速度
则光在工艺品中传播的时间
·
联立解得