4.1光的折射 综合训练 -2021-2022学年高二上学期物理人教版2019选择性必修第一册（解析版）

4.1光的折射一、选择题（共14题）1．一条光线从空气射入折射率为的介质中，在界面处的入射角为45°．入射光中，一部分被反射，另一部分被折射．则反射光线和折射光线的夹角为（）A．75° B．90° C．105° D．120°2．某单色光从真空射入玻璃，它的（

）A．频率变小，波长变长 B．频率变小，波长变短C．频率不变，波长变长 D．频率不变，波长变短3．如图所示，一束光线从空气射向折射率为的玻璃内，在界面上的入射角为45°，下面四个光路图中，正确的是（）A．B．C．D．4．一束单色光斜射到厚平板玻璃的一个表面上，经两次折射后从玻璃板另一个表面射出，出射光线相对于入射光线侧移了一段距离。在下列情况下，出射光线侧移距离最大的是（）A．红光以30°的入射角入射 B．红光以45°的入射角入射C．紫光以30°的入射角入射 D．紫光以45°的入射角入射5．如图所示，一细光束射到折射率为的透明球表面，入射角为，在球的内壁经过一次反射后从球面射出，则入射光线与出射光线之间的夹角为（

）A． B． C． D．6．两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．在真空中的传播速度，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7．如图所示，在“测量玻璃的折射率”的实验中，以下说法正确的是（）A．为了提高实验精度，必须选用两光学表面平行的玻璃砖B．在白纸上放好玻璃砖后，首先要用铅笔贴着玻璃砖的光学面画出边界C．判断像与针是否在同一直线时，应该观察大头针的头部D．大头针P1与P2、P3与P4的间距适当远一些，可以减小实验误差8．一玻璃砖的截面为半圆，截面内一束单色光从空气射向其圆心O，下图中能正确描述其折射光路的是（

）A．B．C．D．9．如图所示，OBCD为半圆柱体玻璃的横截面，OD为直径，一束由红光和蓝光组成的光从真空沿AO方向从直径面斜射入玻璃，B、C两点为两单色光的射出点，已知从B点射出的单色光由O到B的传播时间为tB，从C点射出的单色光由O到C的传播时间为tC，则()A．OC光线为红光，tB＝tCB．OB光线为红光，tB＝tCC．OC光线为红光，tB＞tCD．OB光线为红光，tB＜tC10．甲，乙同学用插针法测定玻璃砖折射率的实验图景如图所示，他们按正确实验操作各插了四枚大头针，其中大头针a、b、c的位置均相同，但最后一枚大头针的位置不同，甲、乙分别插在d，e两处，下列说法正确的是（）A．实验中，入射角应小些B．甲测得的玻璃砖折射率比乙的大C．乙在插第四枝大头针时，使e挡住a、b的像和cD．若入射角太大，光会在玻璃砖的下表面发生全反射11．已知一束可见光m是由a、b、c三种单色光组成的，光束m通过三棱镜的传播情况如图所示，则比较a、b、c三种单色光，下列说法正确的是（

）A．a色光的折射率最大B．c色光的频率最小C．b色光在玻璃中的传播速度最大D．c色光发生全反射的临界角最小12．如图所示，用插针法测定玻璃的折射率。下列说法正确的是（

）A．若选用两折射面不平行的玻璃砖，则无法进行实验B．为了提高准确度，与及与之间的距离应适当大些C．若有多块平行玻璃砖可选，应选择两平行折射面距离较大的玻璃砖D．入射角再大，折射光线也不会在平行玻璃砖的下表面发生全反射E．若光线垂直射入玻璃，则、、、会共线，这就说明光穿过玻璃砖时没有反生折射现象13．我们有时候可以观察到太阳周围的明亮光晕圈，如图1所示，如图2所示，这种光学现象是由太阳光线在卷层云中的冰晶折射而产生的，该云层高度约5.5km。为了理解光晕现象，我们将问题简化为两维。如图3，θi表示冰晶上的入射角，θ2表示为经过第一个界面的折射角，θ0表示为光线离开晶体的折射角，以及θD表示为入射和出射光线之间的偏转角。假设冰晶可以在二维上可以看成一个正六边形且不考虑其他的反射，折射。若仔细观察光晕，能看到内外有不同颜色，分别为红色和蓝色。则以下说法中正确的是（）A．入射角θi越大，则偏转角θD越小B．入射角θi越大，则出射角θ0越小C．内侧为红色，外侧为蓝色D．内侧为蓝色，外侧为红色14．某同学将两种不同的单色光a、b互相平行地斜射到同一平行玻璃砖的上表面，调整两束光的间距及光线的倾斜程度，结果能使两束光从玻璃砖的下表面射出后，能照射到地面上的同一点，则下列说法正确的是（）A．若a光是蓝光，则b光可能是紫光B．a光在真空中的传播速度比b光在真空中的传播速度大C．在真空中，a光的频率比b光的频率低D．a、b两束光从空气进入玻璃砖，传播速度和频率都变小二、填空题15．光线从空气射到某种介质的表面上，一部分发生反射，一部分发生折射。已知入射角为30°，介质的折射率为1.5，则反射光线与法线的夹角为______，折射光线与法线的夹角为_____。16．一束光从某介质进入真空，方向如图1所示，则该介质的折射率为________；逐渐增大入射角，光线将________（填“能”或“不能”）发生全反射；若使光发生全反射，应使光从________射入________，且入射角大于等于________。17．一束光由空气射入某种介质中，测得入射角为45°时，折射角为30°，这种介质的折射率为____，已知光在真空中传播的速度为c=3×108m/s，这束光在此介质中传播的速度为____m/s．18．如图为一摄谱仪的示意图：来自光源的光经过狭缝S和透镜L后，成为平行光射在三棱镜P上，为了在一照相底片MN上拍摄下清晰的光谱，在P与MN之间须放置一个________，黄、红、绿三种颜色光谱线在照相片上从M端到N端的次序为________．三、综合题19．如图所示，一透明均匀介质球体的半径为R，M、N两点关于球心O对称，且与球心的距离均为2R，一细束单色光从M点射出穿过球体后到达N点，已知真空中的光束为c．①若介质的折射率为n0，光线沿MON传播到N点，求光从M到N传播的时间t．②已知球面上的P点到MN的距离为PA=．若光束从M点射出后到达P点，经过球体折射后传播到N点，求球体的折射率n．（，）20．如图，光沿从空气射入折射率为的介质中，以点为圆心、为半径画圆，与折射光线的交点为，过点向两介质的交界面作垂线，交点为，与的延长线的交点为。以点为圆心，（设为）为半径画另一圆。试证明。21．半径为R的玻璃半圆柱体其下底面只能发生反射现象，横截面如图所示，圆心为O，两条平行单色光沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直，光线1的入射点为A，光线2的入射点为B，C为圆柱面的顶点，，已知两条光线经过折射和反射后交于顶点C处，光在真空中的速度为c。①求该玻璃对此单色光的折射率；②两条光线从进入玻璃到交于C点时的时间。22．如图所示为用某种透明材料制成的一块柱形棱镜的截面图，圆弧CD为半径为R＝0.5m的四分之一的圆周，圆心为O，已知AD＝m，光线从AB面上的某点入射，入射角θ1＝45°，它进入棱镜后射向O点，恰好不会从BC面射出。求：(1)该棱镜的折射率n；(2)光线在该棱镜中传播的时间t(已知光在空气中的传播速度c＝3.0×108m/s)。参考答案：1．C【详解】如图所示,根据折射定律则sinr=r=30°反射光线与折射光线的夹角θ=180°-45°-30°=105°故选C。2．D【详解】光的频率由光源决定，因此光一旦形成，频率不再改变，光在不同介质中传播时，光速发生变化，波长也发生变化；当光从真空射入玻璃时，光速v变慢，频率f不变，由知，波长变短，故D正确，ABC错误；故选D．3．B【详解】光由空气射向玻璃，一部分反射回空气，反射角等于入射角；一部分折射进入玻璃，因玻璃是光密介质，则折射角小于入射角，故B正确；故选B。4．D【详解】画出光的两次折射的光路图，由题意知O2A为侧移距离△x．根据几何关系有：①又有②（1）若为同一色光，则n相同，则i增加且i比r增加得快，得知sin（i-r）＞0且增加，且增加．即同一种光入射角越大，则侧移量越大；（2）若入射角相同，由①②两式可得得知n增加，△x增加．即紫光以大入射角入射时的侧移量最大。故选D。5．A【详解】在球内光线经过一次反射，画出入射光线与反射光线，它们一定是关于半径对称的，根据光路可逆，光线从球外射向球内，在球内反射一次，再折射出球外，整个光路如图所示。由折射定律有则由几何关系及对称性，有有故入射光线与出射光线间的夹角为。故选A。6．C【详解】在真空中光束a与光束b的传播速度相同，故A错误；由图看出，两束光的入射角相等，折射角α＞β，则由折射定律，可知水对b光的折射率较大，则光束b的频率比光束a的高，故C正确，D错误．b光的折射率较大，根据，分析可知，a光在水中传播速度较大，故B错误．所以C正确，ABD错误．7．D【详解】A．光学表面是否平行不影响该实验的准确度，选项A错误；B．为了防止弄脏玻璃砖，不能铅笔贴着玻璃砖的光学面画出界面，选项B错误；C．判断像与针是否在同一直线时，应该观察大头针的整个部分，不能只观察其头部，选项C错误；D．大头针P1与P2、P3与P4的间距适当远一些，可以减小实验误差，选项D正确。故选D。8．B【详解】光线由空气射向玻璃砖，则折射角小于入射角，然后沿直线射出玻璃砖。故选B。9．A【详解】玻璃对红光的折射率小于对蓝光的折射率，由折射定律知，红光和蓝光以相同的入射角射入玻璃砖时，红光的折射角大，所以OC光线为红光．设任一光线在O点的入射角为i，折射角为r，光在玻璃中传播的路程是s，半圆柱的半径为R.则光在玻璃中的速度为由几何知识得s＝2Rcos(90°－r)＝2Rsinr则光在玻璃传播时间为由折射定律得nsinr＝sini则得由题知，入射角i相同，R、c相等，所以时间t相同，即有tB＝tC故选A。10．C【详解】A．为了减小角度测量的相对误差，入射角应适当大些，A错误；B．因为甲和乙的入射角相同，根据折射率的公式，即甲、乙分别插在d，e两处，故可得甲测得的玻璃砖折射率比乙的小，B错误；C．根据光线的折射规律可知，乙在插第四枝大头针时，要使e挡住a、b的像和c，C正确；D．根据几何知识可知，若入射角太大，光不会在玻璃砖的下表面发生全反射，D错误。故选C。11．D【详解】A．偏折越大，则折射率越大，频率越大，结合公式，分析传播速度和全反射的临界角的关系从图中可知c光的折射率最大，A错误；B．频率越大，折射率越大，故c光的频率最大，B错误；C.根据可得折射率越大，在玻璃种传播速度越小，即频率越大，在玻璃种传播速度越小，故a光在玻璃中传播速度最大，C错误；D．根据可得折射率越大，全反射临界角越小，故c色光发生全反射的临界角最小，D正确。故选D。12．BCD【详解】A．若选用两折射面不平行的玻璃砖，不影响入射角及折射角的测量，仍然可以进行实验。A错误；B．为了提高准确度，与及与之间的距离应适当大些，B正确；C．若有多块平行玻璃砖可选，应选择两平行折射面距离较大的玻璃砖，有利于提高折射角的准确度。C正确；D．根据光路可逆，入射角再大，折射光线也不会在平行玻璃砖的下表面发生全反射。D正确；E．当玻璃的上下表面平行时，垂直射入玻璃，则、、、会共线，否则不共线。E错误。故选BCD。13．BD【详解】A．由光路可逆可知，入射角θi增大，出射角不变，故A错误；B．由折射定律可知，入射角θi越大，折射角越大，由几何关系可知，光射到出射界面的入射角越小，由折射定律可知，则出射角θ0越小，故B正确；CD．由于蓝光比红光折射率大，因此偏折角大，所以内侧为蓝光，故C错误，D正确。故选BD。14．AC【详解】A．由题意知，在玻璃砖的上表面a光的折射角大于b光的折射角，由折射定律知，玻璃砖对a光的折射率小于b光的折射率，则若a光是蓝光，则b光可能是紫光，故A正确；B．真空中，a光和b光的传播速度相同，都是c，故B错误；C．a光的折射率小于b光的折射率，则a光的频率比b光的频率低，故C正确；D．a、b两束光从空气进入玻璃砖，传播速度都变小，频率都不变，故D错误。故选AC。15．

30°

arcsin【详解】根据反射定律：入射角等于反射角，所以反射角为30°；折射光线与发现的夹角为折射角。根据折射定律有则有解得折射角16．

能

介质

真空

45°17．

2.1×108【详解】由折射定律可得；这束光在此介质中传播的速度为18．

凸透镜

红、黄、绿【详解】为了在一照相底片MN上拍摄下清晰的光谱，在P与MN之间须放置一个凸透镜，绿光的折射率最大，所以偏折程度最大，其次是黄光和红光，所以从M端到N端的次序为次序为红黄绿．19．(1)

(2)【详解】①光在介质球外的传播时间为光在介质球中的传播速度为光在介