高中物理粤教版 (2019)选择性必修 第一册第一节 光的折射定律课后练习题
展开1.牛顿曾利用三棱镜将白光分解为彩色光。如图所示,两个完全相同的三棱镜平行放置,将一束包含红、蓝两色的激光射入三棱镜A,则三棱镜B射出的光线可能正确的是( )
A.B.C.D.
2.关于折射率,下列说法中正确的是( )
A.根据n=可知,介质的折射率与入射角的正弦成正比
B.根据n=可知,介质的折射率可能为任何正数
C.根据n=可知,介质的折射率等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比
D.以上说法都不对
3.用激光笔照射透明塑料制成的光盘边缘时观察到的现象如图所示。入射点O和两出射点P、Q恰好位于光盘边缘等间隔的三点处,空气中的四条细光束分别为入射光束a、反射光束b、出射光束c和d、已知光束a和b间的夹角为,则( )
A.光盘材料的折射率
B.光在光盘内的速度为真空中光速的三分之二
C.光束b、c和d的强度之和等于光束a的强度
D.光束c的强度小于O点处折射光束的强度
4.如图所示,O点为半圆柱形透明物体横截面的圆心,为其直径,一单色光平行于方向从C点射入透明物体,然后直接从B点射出。已知,则透明物体的折射率为( )
A.3B.2C.D.
5.、、三条平行光线从空气射向玻璃砖且方向垂直于半圆柱体玻璃砖的截面直径,如图所示。光线正好过圆心,光线、从光线的两侧对称入射,光线、从玻璃砖下表面进入空气后与光线交于、,则下列说法正确的是( )
A.玻璃对三种光的折射率关系是
B.玻璃对三种光的折射率关系是,光的折射率大小无法确定
C.光在真空中的传播速度大于光的传播速度
D.若、都能使某金属发生光电效应,则打出的光电子的最大初动能大于光打出的光电子的最大初动能
6.在内表面只反射而不吸收光的圆筒内有一黑球,距球心为L处有一点光源S,球心O和光源S皆在圆筒轴线上,已知筒的内半径为r,如图所示。若使点光源向右半边发出的光最后全被黑球吸收,则黑球的半径R最小为( )
A.B.C.D.
7.如图所示,为真空中的半圆柱体玻璃的横截面,为直径。一束由红、紫组成的复合光从半圆柱体玻璃的上表面点射入玻璃,折射后分别射到侧面的、两点。若光从点到、两点的传播时间分别为、,则下列说法正确的是( )
A.射到点的是紫光
B.射到点的光线在玻璃中的传播速度较大
C.
D.
8.纸张中的纤维素晶体的折射率为1.6左右,而食用油的折射率为1.5左右,水的折射率约为1.3,普通纸中纤维素晶体之间留有大量的孔隙,因而显得不透明,但是浸油的纸却会变得很透明。下列关于这个现象的说法中,错误的是( )
A.这四种介质(纤维素晶体、食用油、水、空气)中,光在纤维素晶体中的速度最小
B.光线穿过普通纸时,会在纤维素晶体和空气的众多分界面上发生各种不同方向的反射和折射
C.普通纸浸油后,光在油和纤维素晶体分界面上折射时,不会发生较大的光路弯折
D.光线在浸水的纸中各分界面上的弯折程度,比光线在浸油的纸中各分界面上的弯折程度更小
9.在“测量玻璃的折射率”实验中,某次的入射光线从O点入射,从O'点射出,如图所示。若入射点不变,仅增大入射角,则出射光线的方向可能沿图中的( )
A.①B.②C.③D.④
10.一等腰直角三棱镜的截面如图所示,点是面上的一点,点是面上的一点,且。一单色细光束从面的点沿平行底面方向射入棱镜后,经面一次反射,恰从面的点射出。从面射出的光线,是图中的( )
A.①B.②C.③D.④
11.材质、形状均相同的三棱镜ABC和如图放置,其中。一束白光从AB边射入三棱镜ABC,a和b分别为该光束在三棱镜ABC中的两条光线,a光与底边BC平行。下列说法中正确的是( )
A.a光频率大于b光的频率
B.a光光子动量小于b光光子动量
C.射入三棱镜后a光与底边平行
D.在右侧的P屏上能看到彩色条纹
12.如图所示,OBCD为半圆柱体玻璃的横截面,OD为直径,一束由紫光和红光组成的复色光沿AO方向从真空射入玻璃分成OB、OC两束光。下列说法正确的是( )
A.光束OB是红光
B.玻璃对紫光的折射率比对红光的折射率大
C.紫光在玻璃中的波长比其在真空中的波长大
D.两束光分别在OB、OC段传播时所用的时间相等
13.a、b两种单色光组成的光束从空气进入介质时,其折射光束如图所示。则关于a、b两束光,下列说法正确的是( )
A.介质对a光的折射率大于介质对b光的折射率
B.介质对a光的折射率小于介质对b光的折射率
C.a光在介质中的速度大于b光在介质中的速度
D.a光在介质中的速度小于b光在介质中的速度
14.如图所示,等边三角形ABC为某透明玻璃三棱镜的截面图,边长等于L,在截面上一束足够强的细光束从AB边中点与AB边成30°角由真空射入三棱镜,从BC边射出的光线与BC的夹角为30°,已知光在真空中的速度为c,则( )
A.玻璃的折射率为
B.玻璃的折射率为
C.光在三棱镜中的传播路程为0.5L
D.光在三棱镜中的传播时间为
15.某商场利用单色激光和横截面为梯形的透明介质制造出了“光瀑布”,其原理如图:梯形的边,。单色激光与水平方向的边成角斜向右下方射向透明介质的边时,边会有竖直向下的光射出,配合干冰产生的烟雾效果,就会有“光瀑布”的感觉。已知该介质对激光的折射率为,不考虑光在介质边上的反射。则以下说法中正确的有( )
A.
B.
C.光从边射入到从边射出在透明介质中传播的最长距离为
D.要使边上所有区域都有光线竖直向下射出,边上有光线射入的区域最短长度为
16.如图所示,棱镜的截面为直角三角形ABC,材料的折射率。一束频率的光线,以的入射角从AC边的中点M射入棱镜。光在真空中的传播速度。求光在棱镜中的:
(1)折射角θ;
(2)波长λ。
17.如图所示,ABCD为一长方体鱼塘切面图,鱼塘边AB正上方有一定向光源P,沿PC方向发出固定光束PB=3m,鱼塘底宽度BC=4m现保持光束方向不变,用抽水泵将鱼塘的水缓慢抽出当鱼塘水深度为2m时,塘底光斑到C点距离为。
(1)当鱼塘水深度由2m变为1.5m时,塘底光斑向C点移动了多少米?
(2)若鱼塘中水面匀速下降且速率为3cm/s,塘底北斑每秒移动多少米?
18.“道威棱镜”广泛地应用在光学仪器当中。如图所示,将一等腰直角玻璃棱镜截去棱角,使其上表面平行于底面,就制成一“道威棱镜”,这样可减小棱镜的重量和杂散的内部反射。一细束平行于底边CD的单色光从AC边上的点射入,已知,真空中光速为,玻璃棱镜的折射率。(可能用到的数学公式:)求:
(1) 光线进入“道威棱镜”时的折射角;
(2)折射光从点第一次传播到边的时间。
19.如图所示的矩形玻璃砖,下底面镀银,厚为,一束单色光沿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。求:
(1)光在玻璃砖中传播的时间;
(2)光射出玻璃砖上表面的出射点与入射点间的距离。(结果用含根号的式子表示)
20.如图所示,为直角三棱镜的截面,,,一束单色光从面上的点斜射入棱镜,入射光线与边平行,折射光线射到面上的点,经面反射,光线照射到面上的点,且与平行。已知、两点间距为,,两点间距为,光在真空中的传播速度为。
求:
(1)棱镜对该单色光的折射率;
(2)光在棱镜中沿传播所用的时间(结果保留两位有效数字)。
参考答案
1.A
【详解】
CD.首先三棱镜可以将光分解,因为不同颜色的光在三棱镜里的折射率不同,CD错误;
AB.光从三棱镜里折射到空气里光是向着法线方向靠近的,并且蓝光的折射率比红光大。在第一个棱镜里光就已经分解完毕了。 而射出第一个棱镜后红蓝光就相当于是平行光了,在第二个棱镜里不会改变上下顺序,所以A正确。
故选A。
2.C
【详解】
A.运用比值法定义,介质的折射率n与入射角的正弦和折射角的正弦无关,故A错误;
B.介质的折射率一定大于1,故B错误;
CD.由公式n=可知,介质的折射率等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比,故C正确,D错误。
故选C。
3.D
【详解】
A.如图所示由几何关系可得入射角为
折射角为
根据折射定律有
所以A错误;
B.根据
所以B错误;
C.光束在b、c和d的强度之和小于光束a的强度,因为在Q处光还有反射光线,所以C错误;
D.光束c的强度与反射光线PQ强度之和等于折身光线OP的强度,所以D正确;
故选D。
4.C
【详解】
作出过C点的法线,如图所示:
由几何关系知
由折射定律得透明物体的折射率为
故选C。
5.B
【详解】
AB.c光通过玻璃砖后偏折程度比a光的大,所以玻璃对c光的折射率大于对a光的折射率。由于玻璃对b光没有发生偏折,无法判断玻璃对b光的折射率与对a、c两光的折射率的大小,A错误,B正确;
C.光在真空中的传播速度等于光的传播速度,C错误;
D.c光的折射率大,频率高,根据光电效应方程可知,若a、c都能使某金属发生光电效应,则c打出的光电子的初动能更大,D错误。
故选B。
6.A
【详解】
如图示为恰好沿黑球边缘入射的光线经反射后恰好与球的右侧相切的情形,若球半径比此时的还大,那么点光源向右侧发出的光线全部都会被黑球吸收。根据几何关系有
(为如图入射光线与的夹角)
解得
只有选项A正确。
故选A。
7.A
【详解】
A.紫光的折射率较大,所以射到点的是紫光。A正确;
B.根据波速公式得
所以折射率越大的,光速越小,故射到点的光线在玻璃中的传播速度较小。B错误;
CD.设入射角为,折射角为,半圆柱半径为,则根据几何关系可知,折射光的光程为
则光在玻璃中的传播时间为
所以传播时间与折射率无关,故两光在半圆柱中传播时间相等。CD错误。
故选A。
8.D
【详解】
A.光在纤维素晶体中的折射率最大,由可知,光在纤维素晶体中的速度最小,A正确,不符合题意;
B.空气和纤维素晶体的折射率差别大,故光线在纤维素晶体和空气的分界面上折射时光路偏折大,而这些分界面的取向是杂乱的,将导致从纸下面物体发出的光线在不同界面折射后的出射方向差别太大,从而在另一侧无法形成清晰的像,这就是普通纸不透明的原因,B正确,不符合题意;
C.而食用油和纤维素晶体的折射率很接近,光线在油和纤维素晶体分界面上折射时,不会发生较大的光路弯折,因此,从纸下面物体发出的光线通过浸油后的纸张时,出射光线相对没有纸张时的方向没有大的偏折,故可以形成较为清晰的像,显得浸油的纸是比较透明的,C正确,不符合题意;
D.水和纤维素晶体的折射率差别相对较大,光线穿过浸水的纸后,偏折相对较大,故显得比浸油的纸不透明一些,但比普通纸又透明多了,D错误,符合题意。
故选D。
9.D
【详解】
由光路图可知,当增大入射角后,由于折射率不变,故其折射角也会变大,光线的射出点会向右移动,且射出的光线更向右偏,ABC错误,D正确。
故选D。
10.C
【详解】
根据几何关系,在BC面上的入射角和在AC面上的折射角相等,由折射定律,通过光的可逆性,可知出射光线仍然与AB平行。
故选C。
11.BCD
【详解】
A.由图可知,a光的折射率小于b光的折射率,所以a光频率小于b光的频率,故A错误;
B.由于a光频率小于b光的频率,所以a光的能量小于b光的能量,a光光子动量小于b光光子动量,故B正确;
C.由于a光与底边BC平行,,,结合光的折射定律,由光路是可逆的可知射入三棱镜后a光与底边平行,故C正确;
D.由于白光中的各种颜色的光在三棱镜中的折射率不同,结合光的折射定律可知从边出射的光线并不能重新结合成白光,而是在P屏上形成彩色条纹,故D正确。
故选BCD。
12.BD
【详解】
AB.同一介质对不同频率的光具有不同的折射率,折射率随波长的减小而增大,即玻璃对紫光的折射率比对红光的折射率大。由于光束OB的偏折程大比OC的大,所以OB光的折射率大,可知光束OB是紫光,故A错误,B正确;
C.由于紫光在玻璃中的速度小于在真空中的速度,根据
由于光的频率不变,可知紫光在玻璃中的波长比其在真空中的波长小,故C错误;
D.光路如下图所示
设任一光线的入射角为,折射角为,光在玻璃中的传播路程为S,半圆柱体玻璃的半径为R,则光在玻璃中的速度为
由几何知识可得
则光在玻璃中的传播时间为
由折射定律有
即
由题图可知,两束光的入射角相同,所以两束光分别在OB、OC段传播时所用的时间相等,故D正确。
故选BD。
13.AD
【详解】
AB.根据光的折射率定义
可知,入射角相等,a光的折射角较小,则a光的折射率较大,故A正确,B错误;
CD.由公式
可知,a光在介质中的折射率大,速度小,所以a光在介质中的速度小于b光在介质中的速度,故C错误,D正确;
故选AD。
14.ACD
【详解】
AB.由题意,作出光路图如图所示。
光束在AB面的入射角为
i1=90°-30°=60°
光束在BC面的折射角为
r2=90°-30°=60°=i1
根据折射定律有
由上式和几何关系可得
r1=i2=30°
解得玻璃的折射率为
故A正确,B错误;
C.根据几何关系可得光在三棱镜中的传播路程为
故C正确;
D.光在三棱镜中的传播速度为
光在三棱镜中的传播时间为
故D正确。
故选ACD。
15.BD
【详解】
AB.设AB边的折射角为,BC边的入射角为,由几何关系可知,BC边的折射角为 。
对BC边上列折射定律
由于,根据几何关系
再对AB边上列折射定律
故A错误,B正确;
CD.由于为等边三角形,若边上所有区域都有光线竖直向下射出,即O与C重合时,有,光从边射入到从边射出在透明介质中传播的最长距离为, 边上有光线射入的区域最短长度也为。故C错误,D正确。
故选BD。
16.(1);(2)
【详解】
(1)由折射定律得
解得
则
(2)由
得
代入数据联立解得
17.(1)m;(2)0.02m
【详解】
(1)设鱼塘水深为h时,塘底光斑到C点的距离为x,塘底光斑到光束入射点的水平距离为a,由几何关系得
当水深变化时,固定光束折射角不变,由h=2m,
解得: ,;
当h′=1.5m时,x′=1m
△x=x-x′=m
所以光斑向C点移动了m;
(2)由(1)可知x=h,所以
△x=
又
=3cm/s
联立解得:vx=2cm/s;
所以光斑每秒移动0.02m。
18.(1);(2)
【详解】
(1)如图,由几何关系知,入射角,
据折射定律
解得光线进入“道威棱镜”时的折射角
(2)由几何关系知
设,由正弦定理
解得
光在玻璃棱镜中的传播速度
折射光从点第一次传播到边的时间
19.(1);(2)
【详解】
(1)设折射光线在上表面的入射角为,折射角为,光路图如图所示:
因为,则
所以折射角为
光在玻璃砖内传播的速度为
根据几何知识可知,光在玻璃砖内传播的路径长为
所以光在玻璃砖内传播的时间为
解得
(2)折射光线在下底面反射后在上表面的点折射后到空气中,光射出玻璃砖上表面的出射点与入射点间的距离即为图中的距离,由几何知识可得
解得
20.(1);(2)
【详解】
(1)光路图如下图
设光线在面上的入射角为,因入射光线平行于边,可得
设折射光线在面上的入射角为,由于平行,可得
根据几何关系,光线在面上的折射角为
则棱镜对该单色光的折射率
(2)光在棱镜中传播的距离为
该单色光在棱镜中的传播速度为
则光在棱镜中沿传播所用的时间为
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