物理选择性必修 第一册1 光的折射课时训练

这是一份物理选择性必修 第一册1 光的折射课时训练，共16页。试卷主要包含了单选题，综合题等内容，欢迎下载使用。

4.1光的折射基础达标（含解析）
一、单选题
1.一束单色光由空气传入水中，该单色光的（   ）
A. 速度变大                           B. 速度不变                           C. 频率变大                           D. 频率不变
2.一束光由空气射入某介质，当入射光线和界面的夹角为30°时，折射光线恰好与反射光线垂直，则光在该介质中的传播速度是（光在真空中的传播速度为c）（   ）
A. c2                                     B. 3c3                                     C. 3c2                                     D. 3 c
3.光从某种玻璃中射向空气，入射角i从零开始增大到某一值的过程中，折射角γ也随之增大，则下列说法正确的是（   ）
A. 比值 iγ 不变
B. 比值 sinisinγ 是一个大于1的常数
C. 比值 sinisinγ 逐渐增大
D. 比值 sinisinγ 是一个小于1的常数
4.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光的折射率小于b光                                B. a光在介质中的速度小于b光
C. a光在真空中的波长小于b光                                D. 光从介质射向空气时，a光的临界角小于b光
5.小张用“插针法”测定玻璃的折射率．玻璃砖有4个光学面 A 、 B 、 C 、 D ，如图所示，其中 A 、 C 两面相互平行，实验中该同学对入射面和出射面的认识正确的是______．

A. 只能选用 A 、 C 两面              B. 可以选用 A 、 B 两面              C. 不能选用 B 、 D 两面
6.单色光线由某种介质射向该介质与空气的交界面，当入射角为 30° 时，折射光线与反射光线刚好垂直，则该介质对该种色光的折射率为（   ）
A. 2                                         B. 2                                         C. 1.5                                         D. 3
7.如图所示，在水面下同一深度并排紧挨着放置分别能发出红光、黄光、蓝光和紫光的四个灯泡，一人站在这四盏灯正上方离水面有一定距离处观察，他感觉离水面最近的那盏灯发出的光是(   )

A. 红光                                     B. 紫光                                     C. 蓝光                                     D. 黄光
8.光导纤维按沿径向折射率的变化可分为阶跃型和连续型两种.阶跃型的光导纤维分为内芯和外套两层，内芯的折射率比外套的大。连续型光导纤维的折射率中心最高，沿径向逐渐减小，外表面附近的折射率最低.关于光在连型光导纤维中的传播，图中能正确表示传播路径的是(    )
A.                       B. 
C.                    D. 
9.m、n两种单色光以相同的入射角和入射点从空气斜射向长方形玻璃砖，其光路如图所示。关于m、n两种单色光，下列说法正确的是(   )

A. 玻璃砖对m光的折射率较小                                     B. m光的光子能量较小
C. 对同一双缝干涉装置，m光的干涉条纹间距较小     D. m光在该玻璃中传播的速度较大
10.如图所示，两束颜色不同的单色光a、b平行于三棱镜底边BC从AB边射入，经三棱镜折射后相交于点P，下列说法中不正确的是（   ）

A. a光在三棱镜中传播的速度较大                           B. 三棱镜对a光的折射率大于对b光的折射率
C. 在利用a光和b光做衍射实验时，b光的实验现象更明显          D. 让a光和b光通过同一双缝干涉实验装置，a光的条纹间距小于b光的条纹间距
11.某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n。如图甲所示，O是圆心，MN是法线，AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径。该同学测得多组入射角i和折射角r，做出sin i-sin r图像如图乙所示。则（   ）

A. 光由A经O到B，n=1．5                                     B. 光由B经O到A，n=1．5
C. 光由A经O到B，n=0．67                                   D. 光由B经O到A，n=0．67
12.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 90° ，则（　　）

A. 光盘材的折射率 n=2
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 OP 的强度
13.某宝石的剖面（关于虚线左右对称）如图所示，一束激光垂直MN面入射，恰好分别在PO面，QO面发生全反射后垂直MN面射出，由此可知MN该宝石对激光的折射率为（   ）


A. 2                                         B. 3                                         C. 1.5                                         D. 2
14.如图是半径为R的半圆形玻璃砖，一束单色光从A点射入玻璃砖，在直径面上发生全反射，最终从B点射出玻璃砖（B点位置未标出），已知出射光与入射光之间互相垂直，真空中光速为c，则（   ）

A. 玻璃砖的折射率为 2
B. 光在玻璃砖内的速度为 32c
C. 光在玻璃砖中的临界角为 π3
D. 光在直径面上的全反射点P与O点的距离为 2R2
15.如图，截面为正三角形的三棱镜放置在坐标纸上DE是在坐标纸上标记的线段，与三棱镜的ABC面垂直。从棱镜上方某位置观察，恰好在眼睛正下方看到DE的像 D'E' ，且 D' 点是DC的中点。该三棱镜的折射率为（   ）

A. 2                                      B. 3                                      C. 322                                      D. 433
16.如图所示，有三块等腰直角三角形的透明材料（图中的I、II、III）恰好拼成一个长方形。从A点垂直于底边射入的单色光在B处发生全反射，在C、D处连续发生两次折射后射出。若该单色光在三块材料的传播速率依次为v1、v2、v3 ， 下列关系式中正确的是（   ）


A. v2>v1>v3                      B. v3>v1>v2                      C. v3>v2>v1                      D. v1>v2>v3
二、综合题
17.   
（1）如图所示，一个轻质弹簧下端挂一小球，小球静止。现将小球向下拉动距离A后由静止释放，并开始计时，小球在竖直方向做简谐运动，周期为T。经 T8 时间，小球从最低点向上运动的距离________ A2 （选填“大于”、“小于”或“等于”）；在 T4 时刻，小球的动能________（选填“最大”或“最小”）。


（2）如图所示，一种光学传感器是通过接收器Q接收到光的强度变化而触发工作的。光从挡风玻璃内侧P点射向外侧M点再折射到空气中，测得入射角为 α ，折射角为 β ；光从P点射向外侧N点，刚好发生全反射并被Q接收，求光从玻璃射向空气时临界角 θ 的正弦值表达式。


18.   
（1）如图，单色光从折射率n=1.5、厚度d=10.0cm的玻璃板上表面射入。已知真空中的光速为 3×108 m/s，则该单色光在玻璃板内传播的速度为________m/s；对于所有可能的入射角，该单色光通过玻璃板所用时间t的取值范围是________s≤t<________s（不考虑反射）。

（2）均匀介质中质点A、B的平衡位置位于x轴上，坐标分别为0和xB=16cm。某简谐横波沿x轴正方向传播，波速为v=20cm/s，波长大于20cm，振幅为y=1cm，且传播时无衰减。t=0时刻A、B偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同，运动方向相反，此后每隔△t=0.6s两者偏离平衡位置的位移大小相等、方向相同。已知在t1时刻（t1>0），质点A位于波峰。求
（i）从t1时刻开始，质点B最少要经过多长时间位于波峰；
（ii）t1时刻质点B偏离平衡位置的位移。
19.        
（1）如图，一弹簧振子沿x轴做简谐运动，振子零时刻向右经过A点，2s后第一次到达B点，已知振子经过A、B两点时的速度大小相等，2s内经过的路程为0.4m。该弹簧振子的周期为________s，振幅为________m。


（2）将两块半径均为R、完全相同的透明半圆柱体A、B正对放置，圆心上错开一定距离，如图所示，用一束单色光沿半径照射半圆柱体A，设圆心处入射角为 θ ，当 θ=60° 时，A右侧恰好无光线射出；当 θ=30° 时，有光线沿B的半径射出，射出位置与A的圆心相比下移h，不考虑多次反射，求：

（i）半圆柱体对该单色光的折射率；
（ii）两个半圆柱体之间的距离d。

答案解析
1.【答案】 D
【解析】AB．根据 v=cn 可知单色光由空气传入水中波速变小，AB不符合题意；
CD．光波属于电磁波，其频率与介质无关，单色光从一种介质进入另介质，频率不变，C不符合题意，D符合题意。
故答案为：D。
2.【答案】 B
【解析】由题意，入射角为 i=60°
又因为反射角等于入射角，所以反射角为 i'=60°
因为反射光线与折射光线的夹角等于90°，故折射角为 r=180°-90°-60°=30°
则得折射率 n=sinisinr=3
光在该介质中的传播速度 v=cn=33c
故答案为：B。
3.【答案】 D
【解析】光从某种玻璃中射向空气时，入射角i小于折射角γ，则 sinisinγ=1n
即比值 sinisinγ 是一个小于1的常数。
故答案为：D。
4.【答案】 A
【解析】A．根据折射率的定义 n=sinisinr
得知入射角相等，a光的折射角较大，则a光的折射率较小，A符合题意；
B．由公式 v=cn 分析可知，a光在介质中的速度较大，B不符合题意；
C．光的折射率越大，其频率越大，波长越短，因此a光在真空中的波长更长，C不符合题意；
D．根据临界角公式 sinC=1n ，分析可知，a光的折射率小，临界角大，D不符合题意。
故答案为：A。
5.【答案】 B
【解析】应用插针法测玻璃的折射率实验时，在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2 ， 透过玻璃砖观察大头针P1、P2的像，调整视线方向，直到P2档住P1的像；再在观察的这一侧插两枚大头针P3、P4 ， 使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3及P1、P2的像，记下P3、P4的位置，由图所示玻璃砖可知，实验时可以用A、C两面、或用A、B两面、或用A、D两面、或用B、D两面进行实验，B符合题意，AC不符合题意。
故答案为：B
6.【答案】 D
【解析】当入射角 i=30° ，折射光线与反射光线恰好垂直，则折射角 r=90°-30°=60° ，该介质对该种色光的折射率为 n=sin60°sin30°=3 ，D符合题意，A、B、C不符合题意。
故答案为：D
7.【答案】 B
【解析】光线从水中射入空气中折射时，折射角大于入射角，所以，水面上方的人看水中的灯觉得变浅。水对紫光的折射率最大，相同入射角时，折射角最大，水面上方的人看水中的紫光灯最浅。B符合题意，ACD不符合题意。
故答案为：B
8.【答案】 C
【解析】首先我们看最左端光线刚进入时的情况，光由空气进入内芯，由于内芯有一定的折射率，故折射角会变小，而AD中的折射角都大于入射角，AD不符合题意；又因为光导纤维的折射率中心最高，沿径向逐渐减小，所以光线进入纤维中后折射角会变化，而不是像B中不变，B不符合题意，C符合题意；当折射率减小时，其折射角与入射角的差值会变小，且在边缘时光会发生全反射，故光又会折回这种介质中，形成如图C所示的传播轨迹。
故答案为：C
9.【答案】 C
【解析】由光路图可知m的折射率比n大，A不符合题意。m光的折射率大，则m的频率 v 大， E=hv 得知m光的能量大，B不符合题意。由 λ=Cv 可知，m光的波长小，条纹间距 Δx=Ldλ 可知m光的条纹间距小，C符合题意。由 n=CV 可知，m光在玻璃中的传播速度小，D不符合题意。
故答案为：C.
10.【答案】 A
【解析】A、由光在介质中传播速度的公 v=cn 分析知，因a光的折射率大，b光的折射率小，知在玻璃种b光的传播速度较大，A错误，符合题意；
B、由图可知，a光的偏转角大，b光的偏转角小，所以三棱镜对a光的折射率大，对b光的折射率小，B不符合题意；
C、因b光的折射率小，波长较长，波动性强，所以在利用a光和b光做衍射实验时，b光的实验现象更明显，C不符合题意；
D、因a光的折射率大，b光的折射率小，所以a光的频率较大，波长较短，根据干涉条纹的间距与波长成正比，知让a光和b光通过同一双缝干涉装置，a光的条纹间距小，D不符合题意；
故答案为：A。
11.【答案】 B
【解析】由图线可知 sin isin r=0.60.9=23=1n ，可得n=1．5；因i是入射角，r是折射角，折射角大于入射角，故光由B经O到A，
故答案为：B。
12.【答案】 D
【解析】A．画出激光经过光盘折射的光路图，作出经过O点折射的法线，如图所示：
由于光速a和b之间的夹角为900 ， 由几何关系可得入射角为 i=45∘

由于POQ为等边三角形，根据等边三角形的特点可得：折射角为 r=30∘
根据折射定律有 n=sin45∘sin30∘=2212=2
所以A错误；
B．已知光盘材料的折射率n=2 ， 根据 v=cn=22c ，所以B错误；
C．由于光速在Q处除了折射光线还有反射光线，所以光束在b、c和d的强度之和小于光束a的强度，所以C错误；
D．在P处，从图可得光束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。
13.【答案】 A
【解析】题目要求激光分别在PO面、QO面发生全反射后垂直MN面射出，所以光路应具有对称性，从而得到光线在PO面发生全发射后光线水平。由几何关系可得PO面的入射角为 45∘ ，因此 n=1sinC=1sin45∘=2
故答案为：A。
14.【答案】 D
【解析】A．如图，在A处 sin60°sinr=n

在P处的入射角 θ=15°+r
入射光与出射光相互垂直，m、L两法线垂直， θ=45° ， r=30° ， n=3
A不符合题意；
B．根据 v=cn=33c
B不符合题意；
C．临界角 sinC=1n=33
C不符合题意；
D．如图 AQ⊥OP ，所以 AQ=QP=Rsin75°
QO=Rcos75°
OP=QP-QO=Rsin75°-Rcos75°=22R
D符合题意。
故答案为：D。
15.【答案】 B
【解析】由题意可知，图中F点的位置为眼睛的位置，则光路图如图所示

三角形ABC是等边三角形，所以 ∠C=60∘
又 D' 点是DC的中点，所以可知 ∠1=60∘ ， ∠2=30∘
则该三棱镜的折射率为 n=sin60∘sin30∘=3
故答案为：B。
16.【答案】 A
【解析】设I、II、III三种材料对光的折射率分别为n1 ， n2 ， n3。根据全反射条件，光从I射向II时发生了全反射，则有 n1>n2 ，光从I射向III时发生了折射，由题图知入射角大于折射角，则有 n1 可得 v3 故答案为：A。
17.【答案】 （1）小于；最大
（2）解：根据光的折射定律有 n=sinβsinα
根据光的全反射规律有 sinθ=1n
联立解得 sinθ=sinαsinβ
【解析】（1）从简谐运动的图像可得周期和振幅的大小，根据周期和角频率的关系有：ω=2πT ，
根据角频率和振幅可得：简谐振动的位移公式为： y=-Acos(2πTt)
 
当 t=T8 时有小球的位置为： y1=-Asin(2πT×T8)=-22A
已知小球从最低点到y1处，所以小球从最低点向上运动的距离为 Δy=A-22A=2-22A<12A
通过距离的表达式可得小球从最低点向上运动的距离小于 A2 。
在 t=T4 时，小球回到平衡位置，其加速度等于0，具有最大的振动速度，所以小球的动能最大。
【分析】（1）利用简谐运动的振动方程结合振动时间可以判别其小球运动的距离大小；在平衡位置其小球的速度和动能处于最大值；
（2）已知入射角和折射角的大小，利用折射定律可以求出折射率的大小，结合全反射定律可以求出全反射角正弦值的表达式。
 18.【答案】 （1）2×108；5×10-10；35×10-10
（2）解：（i）因为波长大于20cm，所以波的周期 T=λv>1.0s
由题可知，波的周期是 T=2Δt=1.2s
波的波长 λ=vT=24cm
在t1时刻（t1>0），质点A位于波峰。因为AB距离小于一个波长，B到波峰最快也是A的波峰传过去，所以 从t1时刻开始，质点B运动到波峰所需要的最少时间 t1=xABv=0.8s
（ii）在t1时刻（t1>0），由题意可知，此时图象的函数是 y=cosπ12x(cm)
t1时刻质点B偏离平衡位置的位移 yB=cosπ12xB(cm)=-0.5cm
【解析】已知单色光在真空中的速度大小c=3×108m/s ， 玻璃板的折射率为n=1.5，
根据光速和折射率的关系有：v=cn ，
解得：v=2×108m/s
 当光垂直玻璃板射入时，光不发生偏折，光在玻璃板的运动路程等于玻璃板的宽度，此时该单色光通过玻璃板所用时间最短，根据位移公式有：t1=dv ， t1=5×10-10s
当光的入射角是90°时，该单色光通过玻璃板折射的角度最大，则经过的路程最大，所用时间最长。由折射定律可知 n=sin90°sinθ ，
根据几何关系有：经过的路程s=dcosθ；根据位移公式可得：最长时间 t2=dcosθv=dv1-sin2θ=35×10-10s
19.【答案】 （1）4；0.2
（2）（i）光从半圆柱体A射入，满足从光密介质到光疏介质，当 θ=60° 时发生全反射，有 sinθ=1n
解得 n=233
（ii）当入射角 θ=30° ，经两次折射从半圆柱体B的半径出射，设折射角为 r ，光路如图

由折射定律有 sinθ⋅n=sinr
有几何关系有 tanr=h-Rsinθd
联立解得 d=2(h-R2)
【解析】（1）根据简谐运动对称性可知，振子从A到B运动的过程其速度的方向相等其位移相反，恰好完成了半个周期的运动，已知振子从A到B的时间t=2s，则T=2t=4s；已知A到B振子完成了半个周期的运动路程s=0.4m，则振子经过一个周期所走的路程等于0.8m，一个周期的路程等于振幅的4倍，则可得A=0.2m。