广州市第六十五中学2019-2020学年高中物理粤教版选修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
1．一束单色光由空气进入水中，则该光在空气和水中传播时
A．速度相同，波长相同
B．速度不同，波长相同
C．速度相同，频率相同
D．速度不同，频率相同
2．如图所示，一块两面平行的玻璃砖平放在纸面上，将它的前、后两个边界PQ、MN记录在纸面上若单色光沿纸面从真空中以入射角，从?MN表面射入时，光通过玻璃砖的时间为t；若保持入射光的方向不变，现撤去玻璃砖，光通过PQ、MN之间的区域的时间也为t，那么，这块玻璃砖对该入射光的折射率为　　
A．2
B．
C．
D．
3．如图，一横截面为直角三角形MNP的玻璃棱镜，，此截面内，一束平行光以入射角射到MN边上，经折射后由MP边射出，出射光束与NP边平行，则该棱镜的折射率为（　　）
A．
B．1.5
C．
D．2
4．如图所示，一束光从空气中射向折射率为n=的某种玻璃的表面，θ1表示入射角，则下列说法中错误的是（　　）
A．当θ1＞45°时会发生全反射现象
B．无论入射角θ1是多大，折射角θ2都不会超过45°
C．欲使折射角θ2=30°，应以θ1=45°的角度入射
D．当入射角θ1=arctan时，反射光线和折射光线恰好互相垂直
5．有一块玻璃砖，上、下两面光滑且平行，有一束光线从空气射入玻璃砖，下面给出的四个光路图正确的是（
）
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45°。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15°，则此棱镜材料的折射率是（　　）
A．
B．
C．
D．
7．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
8．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
9．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
10．如图所示，把由同种材料(玻璃)制成的厚度为d的立方体A和半径为d的半球体B分别放在报纸上，从正上方(对B来说是最高点)竖直向下分别观察A、B中心处报纸上的字，下面的说法正确的是(　　)．
A．看到A中的字比B中的字高
B．看到B中的字比A中的字高
C．看到A、B中的字一样高
D．A中的字比没有玻璃时的高，B中的字和没有玻璃时的一样
11．一个半圆柱体玻璃砖的横截面是半径为R的半圆，AB为半圆的直径，O为圆心，如图所示。一束关于O点对称的平行光垂直射向玻璃砖的下表面，入射光束在AB上的最大宽度为R，距离O点最远的光线到达上表面后恰好发生全反射，则该玻璃砖的折射率为________。若另一细光束在O点左侧垂直于AB从圆弧表面射入此玻璃砖，细光束到O点的水平距离为，不考虑反射的情况，此光线从玻璃砖射出的位置与O点的距离为________（计算结果保留两位有效数字）。
12．如图所示，测定玻璃折射率的实验，在实验中发现图中的入射光线与从E面射出玻璃砖的光线是________（选填“平行”、“不平行”），射出玻璃砖的光线相对入射光线来说产生了侧移；当入射角θ越大，从E面射出玻璃砖光线的折射角__________（选填“越小”、“不变”、“越大”）。
13．如图所示，正三角形ABC是一个玻璃三棱镜的截面图。正三角形的边长为L，一束单色光垂直AB面射入，在BC面恰好发生全反射，从AC面射出。这种单色光从空气进入玻璃后，单色光的波长变__________（选填“长”或“短”）；玻璃对这种单色光折射率n=__________；该单色光在三棱镜中的传播时间t=__________。（光在真空中的传播速度为c）
参考答案
1．D
【解析】
不同的单色光频率不相同，同一单色光在不同的介质内传播过程中，光的频率不会发生改变；由公式可以判断，水的折射率大于空气的，所以该单色光进入水中后传播速度减小．
A．速度相同，波长相同，与结论不相符，选项A错误；
B．速度不同，波长相同，与结论不相符，选项B错误；
C．速度相同，频率相同，与结论不相符，选项C错误；
D．速度不同，频率相同，与结论相符，选项D正确；
故选D．
2．B
【解析】
假设折射角为，根据折射率定义，有?，光在玻璃中的速度??，从?MN表面射入时，光通过玻璃砖的时间为t，则?；撤去玻璃砖，光通过PQ、MN之间的区域的时间也为t，则?。联立解得：。故B项正确，ACD三项错误。
3．C
【解析】
作出光路图如图所示
光线在NM上折射时，由折射定律有
光线在MP边上折射时，由折射定律有
根据几何关系有
，
联立解得
C正确，ABD错误。
故选C。
4．A
【解析】
A．发生全反射现象的条件是：光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于临界角，所以，选项A中，当光从空气中射向玻璃时不会发生全反射现象，选项A错误；
B．由折射率
n==
可知，当入射角最大为90°时，折射角θ2=45°，所以B正确；
C．由折射率
n=
可知，当折射角θ2=30°
应以θ1=45°的角度入射；故C均正确；
D．由折射率
n=
可知，当入射角时，有
反射光线和折射光线恰好互相垂直，故D均正确。
本题选择错误的，故选A。
5．D
【解析】
由于玻璃砖上下表面平行，光在上表面的折射角等于下表面的入射角，上表面能够发生折射，则下表面一定能够发生折射，且离开玻璃砖的光线与射向玻璃砖的光线平行，又因为有折射就有反射
故D正确；ABC错误；故选D
6．A
【解析】
光路图如图所示
由几何关系得，入射角，折射角，根据光路是可逆的，将r看成入射角，i看成折射角，由折射定律得，此棱镜材料的折射率
故A正确，BCD错误。
故选A。
7．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．
8．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。
9．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。
10．AD
【解析】
如下图所示，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。
故选AD。
11．2
【解析】
[1][2]恰好都能从圆弧表面射出，由几何关系可得
则
垂直于从圆弧面射入玻璃砖，由几何关系可知，入射角
由折射定律可得
化简代入数据解得
设射出位置到入射点的水平距离x，由正弦定理可得
射出位置到O点的距离为
12．不平行
越大
【解析】
[1]．因为上下表面不平行，光线在上表面的折射角与在下表面的入射角不等，则出射光线的折射角与入射光线的入射角不等，可知出射光线和入射光线不平行；
[2]
．当入射角θ越大，则光线在上表面的折射角越大，光线射到下表面的入射角越大，则E面射出玻璃砖光线的折射角越大。
13．短
【解析】
[1][2][3]设玻璃的折射率为n，光在玻璃中的传播速度为v，发生全反射的临界角为C，则由题意知C=60°，所以
又因为
所以
光在玻璃中的路程