人教版 (2019)光的折射习题

这是一份人教版 (2019)光的折射习题，共5页。试卷主要包含了光的反射，光的折射，理解，下列结论中正确的是等内容，欢迎下载使用。

知识点一 折射定律
1．光的反射
(1)反射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光返回到第1种介质的现象．
(2)反射定律：反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光线分别位于法线的两侧；反射角等于入射角．
2．光的折射
(1)折射现象：光从第1种介质射到该介质与第2种介质的分界面时，一部分光进入第2种介质的现象．
(2)折射定律
折射光线与入射光线、法线处在同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线的两侧；入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即eq \f(sin θ1,sin θ2)＝n12(式中n12是比例常数)，它与入射角、折射角的大小无关，只与两种介质的性质有关．
(3)在光的折射现象中，光路是可逆的．
知识点二 折射率
1．定义
光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比，叫作这种介质的绝对折射率，简称折射率，即n＝eq \f(sin θ1,sin θ2).
2．折射率与光速的关系
某种介质的折射率，等于光在真空中的传播速度c与光在这种介质中的传播速度v之比，即n＝eq \f(c,v).
3．理解
由于c＞v，故任何介质的折射率n都大于(选填“大于”“小于”或“等于”)1.
易错易混点一 光的折射现象和折射定律
易错易混点1.1对折射现象的光路图认识不清。
例1． (2021·广州中学单元检测)光线由空气射入半圆形玻璃砖，再由玻璃砖射入空气中，O点是半圆形玻璃砖的圆心．下列四幅光路图中，可能正确的是( )
【答案】 B
【解析】
当光线从空气沿半径方向由圆弧面射入半圆形玻璃砖时，传播方向不发生改变，由玻璃砖射入空气时，折射角应大于入射角，反射角和入射角相等，反射光线沿半径方向射出，故A错误，B正确；光线从空气由平直的边斜射入半圆形玻璃砖时，折射角应小于入射角，故C错误；光线从空气垂直平直的边射入半圆形玻璃砖时，传播方向不发生改变，故D错误．
易错易混点1.1剖析
1．光的折射
(1)光的方向：①光从一种介质斜射进入另一种介质时，传播方向要发生变化．
②当光垂直界面入射时，光的传播方向不变．
(2)入射角与折射角的大小关系：当光从真空斜射入介质时，入射角大于折射角，当光从介质斜射入真空时，入射角小于折射角．
2．对折射定律的理解
(1)同平面：折射光线与入射光线、法线在同一平面内．
(2)线两旁：折射光线与入射光线分别位于法线两侧．
(3)成正比：当介质一定时，入射角的正弦与折射角的正弦成正比，即eq \f(sin θ1,sin θ2)＝n, 而并非两角成正比．折射角θ2随入射角θ1的变化而变化，入射角θ1的正弦与折射角θ2的正弦之比是定值．
易错易混点1.2对折射定律认识不清。
例2．光线以60°的入射角从空气射入玻璃中，折射光线与反射光线恰好垂直．(真空中的光速c＝3.0×108 m/s)
(1)画出光路图；
(2)当入射角变为45°时，折射角的正弦值为多大？
【答案】(1)见解析图 (2)eq \f(\r(6),6)
【解析】
(1)光路图如图所示，其中AO为入射光线，OB为折射光线，OC为反射光线．
(2)n＝eq \f(sin 60°,sin 30°)＝eq \r(3)，当入射角为45°时，n不变，由n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)，
得sin θ2＝eq \f(sin θ1,n)＝eq \f(sin 45°,\r(3))＝eq \f(\r(6),6).
易错易混点1.2剖析
折射定律的应用
解决光的折射问题的基本思路：
(1)根据题意画出正确的光路图．
(2)利用几何关系确定光路图中的边、角关系，要注意入射角、折射角分别是入射光线、折射光线与法线的夹角．
(3)利用折射定律n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)，结合三角函数的关系进行运算．
易错易混点二 折射率
易错易混点2.1对折射率理解清晰
例3．如果光以同一入射角从真空斜射入不同介质，则折射率越大的介质( )
A．折射角越大，表示这种介质对光的偏折作用越大
B．折射角越大，表示这种介质对光的偏折作用越小
C．折射角越小，表示这种介质对光的偏折作用越大
D．折射角越小，表示这种介质对光的偏折作用越小
【答案】
C
【解析】
根据折射定律n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)，当光以同一入射角从真空向不同介质入射时，sin θ1一定，n越大，sin θ2就越小，θ2越小，说明光偏离原来传播方向的角度就越大，则介质对光的偏折作用越大，故C正确．
易错易混点2.1剖析
对折射率的理解
(1)折射率
n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)，θ1为真空中的光线与法线的夹角，不一定为入射角；而θ2为介质中的光线与法线的夹角，也不一定为折射角．
(2)折射率n是反映介质光学性质的物理量，它的大小由介质本身和光的频率共同决定，与入射角、折射角的大小无关，与介质的密度没有必然联系．
易错易混点2.2元对折射率和光速关系理解不清
例4. (多选)两束不同频率的单色光a、b从空气平行射入水中，发生了如图所示的折射现象(α>β)．下列结论中正确的是( )
A．在水中的传播速度，光束a比光束b大
B．在水中的传播速度，光束a比光束b小
C．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率小
D．水对光束a的折射率比水对光束b的折射率大
【答案】
AC
【解析】
由公式n＝eq \f(sin θ1,sin θ2)，可得折射率nanb>nc
B．玻璃对a光的折射率大于对c光的折射率
C．c光比a光穿过该半圆柱体玻璃砖所需的时间长
D．a、b、c三种光穿过该半圆柱体玻璃砖所需时间b光最长
【答案】B
【解析】a光经玻璃砖折射后的偏折程度较大，所以a光的折射率较c光大，na>nc, b光没有偏折，b光折射率无法判断，A错误，B正确．根据v＝eq \f(c,n)， a光在玻璃砖中的速率较c光小，vasc, C错误，D选项无法判断．
4. (多选)如图所示，把由同种玻璃制成的厚度为d的立方体A和半径为d的半球体B放在报纸上，且让半球的凸面向上．从B正上方(对B来说是最高点)分别观察A、B中心处报纸上的文字，下面的观察记录正确的是( )
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．看到B中的字和没有放玻璃半球时一样高
【答案】AD
【解析】
如图所示：
折射只有在入射角不等于0°的时候才发生，当人眼通过半球体观察的时候，B中心处报纸上的文字反射的光线沿球面法线方向射出，所以不发生折射，通过半球体观察物、像重合，则看到B中的字和没有放玻璃半球时一样高；通过立方体观察时，由于光线发生了折射，折射角大于入射角，所以看到的像比物高，即看到A中的字比B中的字高，故A、D正确．
5. 光线以60°的入射角从空气射入玻璃中，折射光线与反射光线恰好垂直(真空中的光速c＝3×108m/s)．
(1) 画出折射光路图．
(2) 求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度．
(3) 当入射角变为45°时，折射角的正弦值等于多大？
(4) 当入射角增大或减小时，玻璃的折射率是否变化？
【答案】(1) 如图所示 (2) n＝eq \r(3) 1.7×108m/s (3) eq \f(\r(6),6) (4) 不变
【解析】
(1) 由题意，入射角i＝60°，反射角β＝60°，折射角γ＝30°，折射光路图如图所示．(2) 折射率n＝eq \f(sini,sinγ)＝eq \f(sin60°,sin30°)＝eq \r(3)，由n＝eq \f(c,v)可知，v＝eq \f(c,n)＝eq \f(3×108,\r(3))≈1.7×108m/s；(3)根据n＝eq \f(sini,sinγ)可知，sinγ＝eq \f(sini,n)＝eq \f(sin45°,\r(3))＝eq \f(\r(6),6)；(4)折射率不变．因为折射率由介质和入射光的频率决定，跟入射角大小无关．
6. 如图所示，井口大小和深度均相同的两口井，一口是枯井(图甲)，一口是水井(图乙，水面在井口之下)，两井底部各有一只青蛙，则( )
A．水井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
B．枯井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
C．水井中的青蛙觉得井口小些，晴天的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星
D．两只青蛙觉得井口一样大，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
【答案】B
【解析】
由于井口边沿的约束，而不能看到更大的范围，据此作出边界光线如图所示．
由图可看出α＞γ，所以枯井中的青蛙觉得井口大些；β＞α，所以水井中的青蛙能看到更多的星星，故选项B正确，A、C、D错误．
7. (多选)光从空气斜射入介质中，比值eq \f(sin θ1,sin θ2)＝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，与折射角的正弦成反比
【答案】 AC
【解析】
在折射定律中，比值eq \f(sin θ1,sin θ2)＝n(常数)，这个常数是相对折射率，是由两种介质的性质决定的，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，与折射角的正弦成反比，故C正确，D错误．
8. (2022·枣庄八中东校区高二月考)现在高速公路上的标志牌都用“回归反光膜”制成，夜间行车时，它能把车灯射出的光逆向返回，所以标志牌上的字特别醒目．这种“回归反光膜”是用球体反射元件制作的．如图所示，一束单色光射入一玻璃球体，入射角为60°.已知光线在玻璃球内经一次反射后，再次折射回到空气中时与入射光线平行．此玻璃的折射率为( )
A.eq \r(2) B．1.5 C.eq \r(3) D．2
【答案】C
【解析】
如图所示为光线在玻璃球内的光路图．
A、C为折射点，B为反射点，OD平行于入射光线，故∠AOD＝∠COD＝60°，
所以∠OAB＝30°，玻璃的折射率n＝eq \f(sin 60°,sin 30°)＝eq \r(3)，故C正确．
9. (多选)如图所示，实验室中有一块半圆形玻璃砖，玻璃砖半径为R，圆心为O，MO与直径EF垂直．现有一光源S，同时发出两条光线a、b，光线a射向M点，与OM夹角为α＝60°；光线b射向圆心O，与OM夹角为θ＝30°，已知a、b光线第一次进入玻璃砖后的折射光线平行．则下列判断正确的是( )
A．玻璃砖的折射率为eq \f(\r(3),3)
B．玻璃砖的折射率为eq \r(3)
C．两光线第一次在EF上的射出点之间的距离为eq \f(R,2)
D．两光线第一次在EF上的射出点之间的距离为eq \f(\r(3)R,3)
【答案】BD
【解析】
光路如图，则射到M点的光线的折射角为30°，入射角为α＝60°，则折射率n＝eq \f(sin 60°,sin 30°)＝eq \r(3)，选项A错误，B正确；由光路图可知，两光线第一次在EF上的射出点之间的距离为d＝Rtan 30°＝eq \f(\r(3)R,3)，选项C错误，D正确．
10. 如图所示，放置于真空中半径为R的半圆柱形玻璃棱柱的平面镀银成为平面镜，OP为垂直于平面镜的半径，在其延长线上S点有一个可发出细光束的光源，OS＝eq \r(3)R，A为柱面上的一点，A、O、P、S所在平面垂直于半圆柱体的平面，AO与OP所成夹角α＝30°，从S点发出的入射到A点的细光束经半圆柱体折射和平面镜反射后刚好能沿AS返回S点，光速为c.求：
(1)玻璃的折射率；
(2)这束光线从S点发出后返回S点所经历的时间．
【答案】(1)eq \r(3) (2)eq \f(5R,c)
【解析】
(1)由光路可逆可知，光束从A点进入玻璃后光线与平面镜的镜面垂直，光路图如图所示．
根据折射率的定义，有n＝eq \f(sin β,sin α)，在△OSA中，有eq \f(OA,sin θ)＝eq \f(OS,sin β)，β＝α＋θ，解得θ＝30°，n＝eq \r(3)
(2)由上可知AS＝AO＝R，AQ＝Rcs α＝eq \f(\r(3),2)R，光线从S点发出后返回S点所经历的时间为t＝2(eq \f(SA,c)＋eq \f(AQ,v))，根据折射率与光速的关系式，有v＝eq \f(c,n)，解得t＝eq \f(5R,c).
重点+难点
核心素养解读
1.理解光的折射定律，并能用来解释和计算有关问题.
2.理解折射率的物理意义，知道折射率与光速的关系，会进行相关计算．
1. 物理观念：掌握光的折射的特点以及折射率的概念
2. 科学思维：培养学生科学实验的能力、利用图像分析问题的能力、培养学生发现规律，总结结论的能力．