高中物理教科版 (2019)选择性必修 第一册第四章 光及其应用1 光的折射定律综合训练题

第四章　分层作业21　光的折射定律

A级必备知识基础练

1.某同学观察一束光从空气射向水中的反射和折射现象,画出的光路图正确的是(　　)

2.一个镇纸(压纸用的)是用玻璃做成的,其横截面是一个如图所示的直角三角形,其中∠C=30°。同学们用它做了一个光学实验:在镇纸的AC边上用黑墨迹标记了一个O点,然后让一束单色光从O点斜射入镇纸内,当入射光与AC边的夹角为45°时,光线进入镇纸后能到达BC边上的某处,且没有光从BC边射出,光线经BC反射后又垂直于AB边射出。镇纸对该单色光的折射率为(　　)

A. B.

C.1.5 D.

3.一般材料的折射率都为正值(n>1),现已有针对某些电磁波设计制造的人工材料,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n=,但是折射光线与入射光线位于法线的同一侧(此时折射率为负值)。有一种新型材料的折射率n=-1,从空气中一个点光源发射的光线射向这种材料的第一界面发生折射的大致光路图是(　　)

4.一束光从空气射向某介质,在界面上发生反射和折射现象的光路图如图所示,下列判断正确的是(　　)

A.AO为入射光,OB为反射光,OC为折射光

B.BO为入射光,OC为反射光,OA为折射光

C.CO为入射光,OB为反射光,OA为折射光

D.条件不足,无法确定

5.如图所示,两个并排而且深度相同的水池,一个装水,另一个未装水,在两池中各竖立着一根长度相同而且比池深略高的标杆。当阳光斜照时就会在池底形成标杆的影子,下列说法正确的是(　　)

A.装水的池中标杆影子较长

B.未装水的池中标杆影子较长

C.两池中标杆影子长度相同

D.装水的池中标杆没有影子

6.(多选)一束光线以50°的入射角从真空中射到平板透明材料上,光的一部分被反射,一部分被折射,折射光线与反射光线的夹角大小可能(　　)

A.小于40°

B.大于80°

C.小于130°

D.大于140°

B级关键能力提升练

7.一块环形玻璃砖俯视图如图所示,其内圆半径为R,外圆半径为2R,光线a沿半径方向射入玻璃砖,光线b与光线a平行,两束光线之间的距离x=R,光线b经折射后恰好与内圆相切,光在真空中的传播速度为c,不考虑光线反射,求:

(1)光在该玻璃中的折射率n;

(2)光线a、b在该玻璃砖(包括内圆)中传播的时间差Δt。

8.如图所示,一同学站在深为4 m的蓄水池旁边,其眼睛到地面的高度h为1.5 m。当他到充满水的蓄水池边的水平距离为2.0 m时,池底有一块看不见的区域(盲区)。已知池底足够大,池水的折射率为。

(1)求池底盲区的宽度;

(2)当蓄水池内水被抽出一半的时候,该同学向右移动了0.5 m,此时盲区的宽度增加了多少?(取4.8)

9.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37°角由真空射入三棱镜,从BC边射出的光线与BC的夹角为37°。sin 37°=0.6,cos 37°=0.8,光在真空中的速度为c,求:

(1)玻璃的折射率;

(2)光在三棱镜中的传播时间。

答案：

1.B　解析 光由空气射入水中时,同时发生反射和折射,由反射定律知,反射角等于入射角,且分居法线两侧。又因为水相对于空气是光密介质,则由折射定律知,光由空气射入水中发生折射时,入射角大于折射角,且分居法线两侧,故B正确。

2.B　解析 根据题意,光路图如图所示,由几何关系可得,光线在O点斜射入镇纸内的折射角为θ=180°-90°-2×30°=30°,故镇纸对该单色光的折射率为n=,B正确。

3.C　解析 由题知该材料的折射率n=-1,则折射线与入射线位于法线的同一侧,且入射角i与折射角r相等,符合条件的只有C。

4.C　解析 由题图可知,三条光线AO、BO和CO中,BO与CO上下对称,而AO与它们没有对称性,所以OA是折射光线,水平线是法线,由于折射光线与入射光线不对称,且位于法线的两侧,所以CO是入射光线,OB是反射光线,故选项C正确。

5.B　解析 未装水时,光沿直线传播从杆顶照射到池底的P点,而装水时,光从杆顶照射到水面时发生折射,由于折射角较小,故照射到池底的Q点,如图所示,可知未装水的池中标杆影子较长,故选项B正确。

6.BC　解析 根据折射的特点可知光线的折射角0<r<50°,则折射光线与反射光线的夹角α=180°-50°-r=130°-r,所以80°<α<130°,B、C正确。

7.答案 (1)　(2)

解析 (1)如图所示,根据几何关系得sini=,sinr=

根据折射率公式n=

代入数据解得n=。

(2)光线在该玻璃砖中传播的速度为v=

光线b在该玻璃砖中传播的时间为tb=

光线a在该玻璃砖中传播的时间为ta=

光线a、b在该玻璃砖中传播的时间差Δt=tb-ta=。

8.答案 (1)3 m　(2)0.25 m

解析 (1)当池中充满水时,光路图如图所示

根据几何关系有sinα=

又根据折射定律有n=

联立解得sinθ=

设盲区的宽度为L,则有sinθ=

解得L=3m。

(2)当该同学向右移动0.5m且池中蓄水深度变为一半时,光路图如图所示

根据几何关系知tanα1==1

得α1=45°

根据折射定律有n=

解得sinθ1=

设盲区的宽度为L1,则有sinθ1=

解得L1=m+2m=3.25m

盲区的宽度增加了Δx=L1-L=0.25m。

9.答案 (1)1.6　(2)

解析 (1)光射入三棱镜的光路图如图所示,则有i1=90°-37°=53°

光在BC边折射时,有r2=90°-37°=53°

由光路可逆可知i2=r1

由几何关系可得r1=i2=30°

由折射定律得n=

则n=1.6。

(2)由几何知识知,从AB边上射入的光在三棱镜中的传播路程为s=0.5L

光在三棱镜中的传播速度为v=c

故光在三棱镜中的传播时间为t=。