四川省夹江中学2019-2020学年高中物理教科版选修3-4：4.1光的折射定律 达标作业（含解析）

4.1光的折射定律
1．如图，两束光的交点前放入一块长方形的玻璃砖，则交点的位置将（　　）
A．向右移动
B．向左移动
C．不变
D．可能向左，也可能向右移动，由光的频率决定
2．如图所示，一束光线从空气射向折射率为的玻璃内，在界面上的入射角为45°，下面四个光路图中，正确的是（　　）
A．B．C．D．
3．如图所示，一束光从空气垂直射到直角棱镜的AB面上，已知棱镜材料的折射率为1.5，则这束光进入棱镜后的光路图应为下面四个图中的(
)
A．
B．
C．
D．
4．下面四种光的折射光路图中,正确的是(???)
A．
B．
C．
D．
5．关于光的折射及折射率的说法,下列正确的是(
)
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．放入盛水的碗中的筷子,看起来像折了一样,是光的折射
C．光由水射入空气中,折射角小于入射角
D．光在折射率大的介质中传播速度大
6．如图所示，平面镜OM与ON的夹角为θ，一条平行于平面ON的光线经过两个平面镜的多次反射后，能够沿着原来的光路返回，则两平面镜之间的夹角不可能是
（
）
A．20°
B．15°
C．10°
D．5°
7．如图所示，一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45°，下面四个光路图中，正确的是(
)
A．B．C．D．
8．一束光线从空气射向折射率为的玻璃球面，入射角为60°，如图所示，经过界面的折射和反射，光线通过玻璃球后又射入空气.则从玻璃球射入空气的光线(
)
A．与入射光线不可能相交
B．与入射光线可能反向平行
C．总共只有三条光线
D．可能有无数条光线
9．把用相同玻璃制成的厚度为的正方体和半径亦为的半球体，分别放在报纸上，且让半球的凸面向上．从正上方分别观察、中心处报纸上的字，下列的观察记录正确的是（）
A．中的字比中的高
B．中的字比中的高
C．一样高
D．中的字较没有玻璃时高，中的字和没有玻璃时一样
10．如图所示，一单色光由介质Ⅰ射入介质Ⅱ，在界面MN上发生偏折．下列说法正确的是（
）
A．该光在介质Ⅰ中传播的速度大
B．该光在介质Ⅱ中传播的速度大
C．该光在介质Ⅰ中和介质Ⅱ中传播的速度之比为
D．该光在介质Ⅱ中和介质Ⅰ中传播的速度之比为
11．为了从室内观察室外情况，某同学设计了一个“猫眼”装置，即在门上开一个小孔，在孔内安装一块与门厚度相同的圆柱形玻璃体，厚度L=3.46cm，直径D=2.00cm，如图所示（俯视图）。室内的人通过该玻璃体能看到室外的角度范围为120°。取≈1.73，求该玻璃的折射率。
12．如图所示，AOB为半径为r的扇形玻璃砖，一细光束照射到AO面上的C点，入射角为60°，折射光线平行于BO边，C点到BO面的距离为，AD⊥BO，∠DAO＝30°，光在空气中传播速度为c，求：
(1)光在玻璃砖中的传播速度；
(2)光在玻璃砖中传播的时间。
13．为测量水晶印章的折射率，某同学在水平桌面铺上一张白纸，然后将印章立放在白纸上，用红色激光笔从O点照射该印章的一个侧面，激光所在的竖直平面与印章的右侧面垂直，其正视图如图所示。已知该印章的水平截面是d=3cm的正方形，当光以θ=60°的入射角向右侧面照射时，印章右侧的白纸上出现了两个亮点M和N（M点位于N点的右方），测得两亮点间的距离s=2cm，不考虑光在印章表面的多次反射。
(i)作出光从O点入射至形成M、N两亮点的光路图；
(ii)求水晶印章对红色光的折射率n。
14．如图所示，真空中有一个半径为的玻璃球，一细激光束在真空中沿直线AB传播，在玻璃球表面的B点经折射进入小球，并在玻璃球表面的C点又经折射进入真空中，已知，玻璃球对该激光束的折射率为，光在真空中的传播速度，sin37°=0.6。求：
(1)此激光束进入玻璃时的入射角；
(2)此激光束穿越玻璃球的时间。
参考答案
1．A
【解析】根据光的折射规律，入射光透过长方形玻璃砖后与原来的传播方向平行，两条光线在透过玻璃砖后，都向外侧平移了一小段距离，所以交点向右移动一段距离。故A正确，BCD错误。
故选：A
2．B
【解析】
光由空气射向玻璃，一部分反射回空气，反射角等于入射角；一部分折射进入玻璃，因玻璃是光密介质，则折射角小于入射角，故B正确；故选B。
点睛：光由光疏介质射向光密介质不可能发生全反射，即在界面同时发生折射和反射。若是从玻璃射向空气则要考虑是否发生全反射然后确定光路图。
3．D
【解析】
棱镜材料的折射率为1.5，设棱镜的临界角为C，则
光从空气垂直射到直角棱镜的AB面上，垂直进入棱镜（如图），射到棱镜的斜面上，因∠A=60°此时的入射角为i=60°＞C，所以此时会发生全反射，反射光线射到下底面，由几何几何知识可知入射角为β=30°＜C，所以此处既有反射也有折射，由几何知识可知反射光会垂直于斜面射出，选项ABC错误，D正确．
点晴：该题考查了全反射现象及临界角的计算，光线从光密介质射向光束介质时，若入射角大于等于临界角时将发生全反射现象．该题还有一个地方值得注意的是光到达底面时的反射光线和折射光线的方向判定．
4．B
【解析】
A图中光从空气斜射入水里，折射角大于入射角，不符合折射定律，故该图不正确；B图中光从空气斜射入水里，折射光线与入射光线分居法线两侧；折射角小于入射角，符合折射定律，故该图正确．C图中光从空气斜射入水里，传播方向没有发生改变，不符合折射定律，故该图不正确．D图中光从空气斜射入水里，折射光线与入射光线分居法线的同一侧了，不符合折射定律，故该图不正确．故选B．
【点睛】要解决此题，需要掌握光的折射定律：折射光线与入射光线和法线在同一平面内；折射光线与入射光线分居法线两侧；当光从空气斜射入水里或其它透明介质中时，折射光线向法线方向偏折，折射角小于入射角．
5．B
【解析】
A．若光从一种介质垂直进入另一种介质，则不发生偏折，故A错误；
B．放入盛水的碗中的筷子，看起来像折了一样，是光的折射，故B正确；
C．光由水射入空气中，折射角大于入射角，故C错误；
D．根据光在介质中的传播速度，可知光在折射率大的介质中传播速度小，故D错误；
故选B．
【点睛】
光从一种介质斜射入另一种介质中是传播方向一般会发生变化；光从空气斜射入介质，折射角小于入射角；光在介质中的传播速度．
6．A
【解析】
画光的反射光路图如下图所示，
由图知：光线第一次反射的入射角为：90°-θ；第二次入射时的入射角为：90°-2θ；第三次的入射角为：90°-3θ；第N次的入射角为：90°-Nθ．要想沿原来光路返回需要光线某次反射的入射角为零,所以有?90°-Nθ=0，解得：，由于N为自然数，所以θ不能等于20°．故选A．
【点睛】(1)此题考查了光的反射定律并结合了几何方面的知识．(2)明确此题中每一次反射，入射角与两平面镜之间夹角θ的关系是解决此题的一个难点，它利用了几何中三角形的外角等于不相邻的内角和的知识．
7．A
【解析】
设玻璃的临界角为C．由得，，则C＜45°．由图光线从玻璃射入空气时入射角为i=45°＞C，所以光线将在玻璃与空气的界面上发生全反射，光线全部反射回玻璃，则A正确．故选A
点睛：当光比光密介质进入光疏介质时，要考虑能否发生全反射，判断的依据是根据入射角与临界角的大小关系．
8．BC
【解析】
作出光路图如图所示．已知入射角，根据折射定律得：．可得：折射角．由几何关系可知．光线通过B点反射后，再由几何关系和折射角可知，从A点射出的光线折射角为60°．根据几何知识可知出射光线与入射光线平行，由图看出玻璃球内总共只有三条光线．综上分析，BC正确．
9．AD
【解析】
如图所示，放在b中的字反射的光线经半球体向外传播时，传播方向不变，故人看到字的位置是字的真实位置．而放在a中的字经折射，人看到的位置比真实位置要高所以看到a中的字比b中的字高，AD正确BC错误．
【点睛】判断光的折射现象，要对折射的定义理解清楚，光从一种透明介质斜射入另一种透明介质中时，传播方向一般会发生改变，这是光的折射，当光线垂直入射时，传播方向不改变．
10．BD
【解析】
由图知光在介质Ⅱ中的折射角较大，则介质Ⅱ为光疏介质，光在介质Ⅱ中传播的速度大，故A错误，B正确；介质Ⅰ相对介质Ⅱ的折射率为n=则该光在介质Ⅱ中和介质Ⅰ中传播的速度之比为，故C错误，D正确．所以BD正确，AC错误．
11．l.73
【解析】
如图所示，入射角1=60°
折射角设为2，由
tan2=
得
2=30°
根据折射定律
=n，
得
n=l.73
12．（1）；（2）
【解析】
(1)光路如图所示
由几何知识可知，在AO面上光线的折射角为30°，所以玻璃砖的折射率
故，由
可得
(2)由于折射光线CE平行于BO，光线在圆弧面上的入射点E到BO的距离也为
即
所以α满足
解得
α＝30°
由几何关系可知
又光在玻璃中的速度
故所求时间
13．(i)见解析；
(ii)。
【解析】
(i)光路如图所示
(ii)设O1、O2分别为射入印章的光线在后表面的反射点及前表面的折射点，r为折射角，根据反射定律和折射定律可知，射向纸面两光线互相平行。O1、O2两点间的距离为
OO2=stanθ
OO2=2dtanr
解得:
，r
=
30°
水晶印章对红色光的折射率n
解得:
14．(1)；(2)
【解析】
(1)由几何知识得到激光束在在点折射角为
由得
得入射角
(2)此激光束在玻璃中的波速为
间的距离为
则此激光束穿越玻璃球的时间为
联立解得