高中物理选择性必修一第4章 1

第四章1A组·基础达标1．光线从真空中入射到一块平行透明板上，入射角为40°，则反射光线和折射光线的夹角可能是()A．小于40° B．在100°到140°之间C．大于40° D．在40°到100°之间【答案】B【解析】光从真空进入透明板，折射角小于入射角，所以折射光线与界面的夹角大于50°，小于90°；又反射角与入射角相等，则反射光线与界面的夹角为50°，可知反射光线与折射光线的夹角大于100°，小于140°，故B正确．2．如图所示，一束光从真空射向某种介质时，下列说法正确的是()A．根据n＝eq\f(sini,sinr)可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比B．根据n＝eq\f(sini,sinr)可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比C．不同色光在该介质中的折射率不同D．不同色光在该介质中的传播速度相同【答案】C【解析】介质的折射率是由介质的材料决定的，与折射角和入射角无关，A、B错误；不同色光在该介质中的折射率不同，根据v＝eq\f(c,n)可知，不同色光在该介质中的传播速度不相同，C正确，D错误．3．(多选)根据图中的漫画，判断下列说法中正确的是()A．人看到的是鱼的实像，位置变浅了些B．人看到的是鱼的虚像，位置变浅了些C．鱼看到的是人的实像，位置偏低了些D．鱼看到的是人的虚像，位置偏高了些【答案】BD【解析】人看鱼的光路如图甲所示，因入射角i小于折射角r，则人将看到鱼的虚像，且位置比实际情况变浅了些，B正确；鱼看到人的光路如图乙所示，因入射角i大于折射角r，则鱼将看到人的虚像，且比实际位置要高，D正确．4．两束同色细平行光相距为d，从空气中互相平行地斜射到梯形玻璃砖的上表面，如图所示，当它们从玻璃砖的下表面垂直射出后，有()A．两束光平行，距离为dB．两束光平行，距离大于dC．两束光平行，距离小于dD．两束光不平行，两射出点的距离为d【答案】B【解析】光线穿过玻璃砖，经过两次折射，根据光路的可逆性，射出的光线与射入的光线平行，所以两束光穿过玻璃砖后依旧平行，玻璃砖对两束光的折射率是相同的，由于玻璃砖是梯形的，由图像可知MP>NQ，所以在玻璃砖内发生折射的两束光线中，a比b向左偏离程度更大，两光线远离，两者射出光线的距离变大，故A、C、D错误，B正确．5．(多选)一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为a、b两束单色光，其传播方向如图所示．设玻璃对a、b的折射率分别为na和nb，a、b在玻璃中的传播速度分别为va和vb，则()A．na>nb B．na<nbC．va>vb D．va<vb【答案】AD【解析】由题图知折射角ra<rb，而n＝eq\f(sini,sinr)，入射角i相同，所以na>nb，故A正确；由折射率n＝eq\f(c,v)知va<vb，故D正确．6．如图所示，一束单色光从空气入射到棱镜的AB面上，经AB和AC两个面折射后从AC面进入空气．当出射角i′和入射角i相等时，出射光线相对于入射光线偏转的角度为θ，已知棱镜顶角为α，则计算棱镜对该色光的折射率表达式为()A．eq\f(sin\f(α＋θ,2),sin\f(α,2)) B．eq\f(sin\f(α＋θ,2),sin\f(θ,2))C．eq\f(sinθ,sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ－\f(α,2)))) D．eq\f(sinα,sin\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(θ－\f(α,2))))【答案】A【解析】由于出射角i′和入射角i相等，根据对称性可知，在三棱镜中的光线一定是水平的，根据几何关系可得，折射角为eq\f(α,2)；又由于出射光线相对于入射光线偏转的角度为θ，则入射角i可表示为eq\f(α,2)＋eq\f(θ,2)，如图所示．因此折射率n＝eq\f(sini,sin\f(α,2))＝eq\f(sin\f(α＋θ,2),sin\f(α,2))，故选A．7．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，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成的，如图所示，反光膜内均匀分布着直径为10μm的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为eq\r(3)，为使入射的车灯光线经玻璃珠折射→反射→再折射后恰好和入射光线平行，那么第一次入射的入射角应是()A．15° B．30°C．45° D．60°【答案】D【解析】作光路图如图所示，设入射角为θ，折射角为α，则θ＝2α，n＝eq\f(sinθ,sinα)＝eq\f(2sinαcosα,sinα)，cosα＝eq\f(n,2)＝eq\f(\r(3),2)，α＝30°，所以，θ＝60°，故D正确．8．在测定玻璃折射率的实验中，对一块两面平行的玻璃砖，用“插针法”找出与入射光线对应的出射光线．现有甲、乙、丙三位同学分别做出如图的三组插针结果．从图上看，肯定把针插错了的同学有________．【答案】甲、乙【解析】光线透过平行玻璃砖时出射光线与入射光线平行，且从空气射入玻璃砖时入射角大于折射角，因而光线透出时相对于射入光线向右下侧发生偏移，由题图可知，甲、乙图中出射光线不符合事实，肯定插错了．9．某同学由于没有量角器，在完成了光路图以后，以O点为圆心，10.00cm长为半径画圆，分别交线段OA于A点，交O和O′连线延长线于C点，过A点作法线NN′的垂线交NN′于B点，过C点作法线NN′的垂线交NN′于D点，如图所示，用刻度尺量得OB＝8.00cm，CD＝4.00cm，由此可得出玻璃的折射率n＝________.【答案】1.5【解析】由光路图以及几何关系可知n＝eq\f(\f(AB,AO),\f(DC,OC))＝eq\f(AB,DC)＝eq\f(\r(102－82),4)＝1.5.B组·能力提升10．如图甲所示为光学实验用的长方体玻璃砖，它的________面不能用手直接接触．在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a、b、c的位置相同，且插在c位置的针正好挡住插在a、b位置的针的像，但最后一个针孔的位置不同，分别为d、e两点，如图乙所示．计算折射率时，用________(填“d”或“e”)点得到的值较小，用________(填“d”或“e”)点得到的值误差较小．【答案】光学de【解析】从题图中看出，直线ce近似与直线ab平行，因此，使用c、e两点作图，测量出的数值更接近于折射率真实值，误差较小．若使用c、d两点作图，折射角较大，计算出的折射率偏小．11．如图所示的装置可以测量棱镜的折射率．ABC表示待测直角棱镜的横截面，棱镜的顶角为α，紧贴直角边AC放置一块平面镜．一光线SO射到棱镜的AB面上，适当调整SO的方向，当SO与AB成β角时，从AB面射出的光线与SO重合．(1)画出光线SO进入棱镜的折射光线；(2)求出棱镜的折射率n.【答案】(1)见解析图(2)n＝eq\f(cosβ,sinα)【解析】(1)光路图如图所示．(2)由图知，入射角i＝90°－β，要使从AB面射出的光线与SO重合，则AB面上折射光线必须与AC面垂直，由几何知识得到，折射角r＝α，由折射定律得n＝eq\f(cosβ,sinα).课后篇巩固提升必备知识基础练1.(青海高二期末)在桌面上有一倒立的玻璃圆锥,其顶点恰好与桌面接触,圆锥的轴与桌面垂直,过轴线的截面为等边三角形,如图所示。有一半径为r的圆柱形平行光束垂直入射到圆锥的底面上,光束的中心轴与圆锥的轴重合。已知玻璃的折射率为1.5,则光束在桌面上形成的光斑半径为()A.r B.1.5r C.2r D.2.5r解析如图所示,玻璃的折射率为1.5,可得临界角小于45°。在CB面上,由于入射角等于零,所以折射角也是零,因此折射光线不发生偏折。在O点,由于入射角等于60°。所以会发生光的全反射,反射光线恰好垂直射出。因为ON等于r,故OA等于2r,由于∠MOA=∠AMO=30°,所以AM等于2r,故选C。答案C2.如图所示,某同学利用方格坐标纸测量半圆形玻璃砖的折射率,OA是画在纸上的直线,他在直线OA的适当位置先后竖直插上P1、P2两枚大头针,按图所示放上玻璃砖,然后插上P3、P4大头针。(1)其中他确定P3大头针位置的方法应是

。

(2)若该同学实验操作规范准确,其记录的情况如图所示。该同学还用圆规做了一个以O为圆心,半径与玻璃砖相同的半圆(如图中虚线所示)。请算出玻璃砖的折射率n=。

解析(1)透过玻璃砖看,使P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像,就可以确定P3在折射光线上。(2)如图所示,光从玻璃射入空气的入射角为θ1=∠BOC,折射角为θ2=∠DOE,根据光路可逆性和折射定律可得玻璃的折射率为n=sinθ2sinθ1,设半圆玻璃砖的半径为R,由几何知识可得sinθ1=BCR,sinθ2=DER,答案(1)透过玻璃砖看,使P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像(2)1.53.如图所示,扇形AOB为透明柱状介质的横截面,圆心角∠AOB=60°。一束平行于角平分线OM的单色光由OA射入介质,经OA折射的光线恰平行于OB。(1)求介质的折射率;(2)折射光线中恰好射到M点的光线(选填“能”或“不能”)发生全反射。

解析(1)依题意画出光路图,如图甲所示。由几何知识可知,入射角i=60°,折射角r=30°,根据折射定律得n=sinisinr,代入数据解得(2)如图乙所示,可知θ=30°,所以不能发生全反射。答案(1)3(2)不能4.(河北邢台第二中学高二期末)如图所示为一半径为R的透明半球体过球心O的横截面,面上P点到直径MN间的垂直距离为d=22R。一细光束沿PO方向从P点入射,经过面MON恰好发生全反射。若此光束沿平行MN方向从P点入射,从圆上Q点出射,光在真空中的传播速度为c(1)透明半球体的折射率n;(2)沿MN方向从P点入射的光在透明半球体中的传播时间t。解析(1)设透明半球体的临界角为C,光路如图所示,则由几何关系有sin(90°-C)=d又有sinC=1解得C=45°n=2(2)由题意得光在P点的入射角i=45°设对应的折射角为r,则sini解得r=30°光在透明半球体中的传播距离L=2Rcosr光在透明半球体中的传播时间t=L光在透明半球体中的传播速度v=c联立解得t=6答案(1)2(2)6关键能力提升练5.半径为R、介质折射率为n的透明圆柱体,过其轴线OO'的截面如图所示。位于截面所在的平面内的一细束光线,以角i0由O点入射,折射光线由上边界的A点射出。当光线在O点的入射角减小至某一值时,折射光线在上边界的B点恰好发生全反射。求A、B两点间的距离。解析当光线在O点的入射角为i0时,设折射角为r0,由折射定律得sini0设A点与左端面的距离为dA,由几何关系得sinr0=RdA若折射光线恰好发生全反射,则在B点的入射角恰好为临界角C,设B点与左端面的距离为dB,由折射定律得sinC=1n③由几何关系得sinC=dBd设A、B两点间的距离为d,可得d=dB-dA⑤联立①②③④⑤式得d=1n2-1−答案1n2-6.横截面为矩形的玻璃棒被弯成如图所示的形状,一束平行光垂直地射入水平表面A上,要使通过表面A射入的光全部从表面B射出,比值Rd最小是多少?(玻璃的折射率n=1.解析如图所示的光路中,从玻璃棒的A端面入射的光线,可分为左、中、右,其中最右边的一条光线,最难发生全反射,设其入射角为∠1,只有当∠1≥arcsin1n时,才发生全反射,根据几何关系知sin∠1=R依题意有RR+d≥1n。将n=1.5答案27.(山东高二期末)如图所示,半径为R的半球形玻璃砖放置在水平面上,折射率为n=53,圆心为O点,半球形的最高点为Q点。在玻璃砖内紧贴底面的P点放置一点光源,P点距O点的距离为22R。已知sin37°=35,cos37°(1)P点发出的光经过Q点折射射出,求出射角的正弦值sinθ;(2)P点沿垂直底面方向发出的光能否直接从玻璃砖球面射出?(3)若P点发出的光能从玻璃砖球面任意位置直接射出,P点距O点的距离L应满足什么条件?解析(1)P点发出的光经过Q点折射射出的光路如图甲所示甲由几何关系可知sinr=2n=sinsinθ=nsinr=5(2)P点沿垂直底面方向发出的光的光路如图乙所示乙由几何关系可知θ1=45°n=1C=37°可得θ1>C,P点沿垂直底面方向发出的光在界面处发生了全反射,不能直接从玻璃砖球面射出;(3)如图丙所示,若P点发出的光能从玻璃砖球面任意位置射出,则光线在砖内的入射角α的最大值小于临界角C丙由几何关系可知L当β=90°,即sinβ=1时,sinα有最大值,α最大,即若P点沿垂直底面方向发出的光能够直接射出,则其他任意位置均可直接射出,得L<Rsin37°=35答案(1)539(2)不能从玻璃砖球面射出(3)L<8.一艘赛艇停在平静的水面上,赛艇前端有一标记P离水面的高度为h1=0.6m,尾部下端Q略高于水面;赛艇正前方离赛艇前端s1=0.8m处有一浮标,如图所示。一潜水员在浮标前方s2=3.0m处下潜到深度为h2=4.0m时