初中光学折射拔高试题及详细解答

初中光学折射拔高试题及详细解答考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、单项选择题（下列各题只有一个选项符合题意，请将正确选项的字母填在题后的括号内。每小题3分，共30分）1.一束光从空气斜射入水中，下列说法正确的是（）A.入射角增大，折射角一定增大B.折射角一定小于入射角C.光速在水中比在空气中大D.水的折射率是1.33，表示水比空气密2.关于全反射，下列说法正确的是（）A.只有光从光疏介质射入光密介质时才会发生全反射B.全反射是光的折射现象的一种特殊情况C.发生全反射时，光会损失一部分能量D.光从水射入空气时，临界角越大，发生全反射的条件越容易满足3.一束白光通过三棱镜后发生色散，下列说法正确的是（）A.红光的偏折角最大B.紫光的偏折角最大C.棱镜对红光的折射率比紫光的大D.棱镜中紫光的传播速度比红光的大4.潜水员在水中看岸上的物体，他看到的物体位置（）A.比实际位置高B.比实际位置低C.与实际位置一致D.无法判断5.光纤通信利用光的全反射原理传输信号，下列说法正确的是（）A.光纤必须是完全透明的，不能有任何杂质B.光信号在光纤中传播时会发生衰减，但比在自由空间中传播衰减慢C.光纤的直径必须大于光的波长，以避免发生衍射D.光纤通信可以同时传输多路信号，互不干扰6.一个点光源放在凸透镜前，光源位置保持不变，将透镜逐渐远离光源，则光源的像（）A.始终是实像B.始终是虚像C.先是实像后是虚像D.先是虚像后是实像7.下列现象中，由于光的折射形成的是（）A.小孔成像B.水中筷子看起来变弯C.镜中成像D.日食8.一束光线从空气斜射入玻璃砖，下列说法正确的是（）A.光线的传播方向一定发生偏折B.光线的传播速度一定变小C.玻璃砖对光的折射率可能小于1D.入射角增大，折射角一定不变9.下列光学元件中，能够将平行光线会聚的是（）A.凹面镜B.凸面镜C.凹透镜D.凸透镜10.光的色散现象说明（）A.白光不是光B.光的传播速度是变化的C.不同色光的折射率不同D.光具有波动性二、多项选择题（下列各题至少有两个选项符合题意，请将正确选项的字母填在题后的括号内。每小题4分，共20分。漏选、错选不得分）11.下列说法中，正确的是（）A.光的反射是可逆的B.光的折射是可逆的C.全反射是可逆的D.光的色散是不可逆的12.下列现象中，与光的折射有关的是（）A.海市蜃楼B.潜望镜C.凸透镜成像D.光纤通信13.光从光密介质射入光疏介质时，下列说法正确的是（）A.折射角小于入射角B.折射角大于入射角C.光速变小D.折射率变小14.下列说法中，正确的是（）A.棱镜能够使光发生色散B.棱镜能够使光发生全反射C.棱镜能够改变光的传播方向D.棱镜对红光的折射率比紫光的大15.下列说法中，正确的是（）A.光的反射现象中，光路是可逆的B.光的折射现象中，光路是可逆的C.全反射现象中，光路是不可逆的D.光的色散现象中，光路是可逆的三、填空题（每空2分，共20分）16.光从空气射入水中，传播速度将______（选填“变大”、“变小”或“不变”），水的折射率是1.33，表示水的光密程度比空气______（选填“强”或“弱”）。17.光从水中射入空气时，发生全反射的条件是入射角______（选填“大于”、“小于”或“等于”）水的临界角。18.一束白光通过三棱镜后，紫光的偏折角______（选填“大于”或“小于”）红光的偏折角。19.潜水员在水中看岸上的物体，他看到的物体位置比实际位置______（选填“高”或“低”）。20.光纤通信利用______原理传输信号，可以避免信号衰减，并且可以同时传输多路信号。四、计算题（共30分）21.（10分）一束光线从空气以30°的入射角射入水中，水的折射率是1.33。求：（1）折射角的大小；（2）光线在水中传播的速度（光在真空中的速度是3×10⁸m/s）。22.（10分）一个点光源放在凸透镜前20cm处，凸透镜的焦距是10cm。求：（1）像的位置；（2）像的性质（实像或虚像，倒立或正立，放大或缩小）。23.（10分）一束光线从空气射入玻璃砖，入射角是45°，折射光线与反射光线恰好垂直。求：（1）折射角的大小；（2）玻璃砖的折射率。24.（10分）一个三棱镜的顶角是30°，一束包含红光和紫光的光线垂直于其中一个侧面入射，然后从另一个侧面射出。已知棱镜对红光的折射率是1.5，对紫光的折射率是1.516。求：（1）红光和紫光从另一个侧面射出时的偏向角；（2）哪种色光的偏向角更大？试卷答案一、单项选择题1.A*解析：根据折射定律，n₁sin(i)=n₂sin(r)。当n₁<n₂时（空气射入水中），sin(i)>sin(r)，即入射角大于折射角。入射角增大，sin(i)增大，则sin(r)也增大，因为sin(r)=(n₁/n₂)sin(i)，所以折射角也增大。2.D*解析：全反射发生的条件是：光从光密介质射入光疏介质，且入射角大于或等于临界角。光疏介质是指折射率较小的介质。光从水（n₂=1.33）射入空气（n₁=1.0）时，n₁<n₂，空气是光疏介质，水是光密介质，满足全反射的条件。临界角C满足sin(C)=n₁/n₂，n₁越小，临界角C越大，发生全反射的条件越容易满足。3.B*解析：白光通过三棱镜发生色散，是因为不同色光的折射率不同。紫光的折射率最大，红光的折射率最小。根据折射定律，n=sin(i)/sin(r)，当入射角i相同时，n越大，sin(r)越小，即偏折角越大。所以紫光的偏折角最大。4.A*解析：光从空气射入水中时发生折射，折射角小于入射角。潜水员在水中看岸上的物体A，物体A发出的光（或反射的光）从空气射入水中发生折射，折射光线向法线偏折，进入潜水员的眼睛。潜水员沿折射光线的反向延长线看去，感觉物体A的位置在A'处，A'位于A的上方。5.B*解析：光纤通信利用光的全反射原理。光纤必须是核心材料（如石英）完全透明，但内部可能存在缺陷或杂质，这些都会导致光信号衰减。光信号在光纤中传播时，由于全反射，能量几乎不向外辐射，衰减很小，比在自由空间中传播（易被吸收、散射）衰减慢。光纤的直径必须远大于光的波长，以避免发生明显的衍射现象，保证光主要沿光纤传输。光纤通信利用不同波长（颜色）的光在同一根光纤中传输时，由于模式耦合等原因，信号会相互干扰，需要采用波分复用技术来克服。6.A*解析：凸透镜成像规律：u>2f，成倒立缩小的实像；f<u<2f，成倒立放大的实像；u=f，不成像；u<f，成正立放大的虚像。点光源放在凸透镜前，即物距u始终大于0。将透镜逐渐远离光源，即物距u逐渐增大。当u>2f时，成倒立缩小的实像；当u=2f时，成倒立等大的实像；当2f>u>f时，成倒立放大的实像。无论u如何增大，只要u>0，成的像始终是倒立的实像。7.B*解析：小孔成像是由光的直线传播形成的；镜中成像是由光的反射形成的；日食是光的直线传播形成的。水中筷子看起来变弯是由于光从水射入空气发生折射，折射光线相对于法线发生偏折，人眼逆着折射光线看去，看到的像比实际位置偏高（或偏低），导致筷子看起来变弯。8.B*解析：光线从空气斜射入玻璃砖，如果入射角为0°（垂直入射），则传播方向不变，没有偏折。如果入射角不为0°，光线会发生偏折，折射角小于入射角。根据v=c/n，玻璃的折射率n大于1，所以光在玻璃中的传播速度v小于在空气中的传播速度c。光线的传播方向是否发生偏折取决于入射角是否为0°。入射角增大，根据折射定律，折射角也增大。9.A,D*解析：凹面镜对光线有会聚作用；凸面镜对光线有发散作用；凹透镜对光线有发散作用；凸透镜对光线有会聚作用。10.C*解析：光的色散现象是指白光通过棱镜等介质后分解成各种色光的现象。这说明白光是由多种色光组成的。不同色光在同一介质中的折射率不同，导致它们偏折的角度不同。光的传播速度在同一介质中与频率有关，不同色光频率不同，速度也不同，但这不是色散的本质。光的色散是光的波动性的表现之一，但此题问的是色散现象说明什么，最直接的是说明白光组成和不同色光折射率不同。二、多项选择题11.A,B,C*解析：光的反射和折射都遵循光的反射定律和折射定律，这些定律本身是可逆的，即如果光线沿某路径传播，那么沿该路径的反方向传播时，也会遵循同样的定律。全反射是光从光密介质射入光疏介质时发生的一种现象，其发生条件（n₁>n₂,i≥C）和光路都是可逆的。光的色散是不同色光折射率不同导致的现象，本身不具有可逆性。12.A,C,D*解析：海市蜃楼是光在不同密度的空气层中发生折射（有时也伴随全反射）形成的。潜望镜利用两面平行平面镜的反射来改变光路。凸透镜成像利用光的折射。光纤通信利用光的全反射原理。所以与光的折射有关的是海市蜃楼和凸透镜成像。与全反射有关的是光纤通信。13.A,B,D*解析：光从光密介质（n₂）射入光疏介质（n₁），即n₁>n₂。根据折射定律n₁sin(i)=n₂sin(r)，因为n₁>n₂且sin(i)≥0，所以sin(r)=(n₁/n₂)sin(i)≥(n₁/n₂)*0=0。又因为n₁>n₂，所以n₁/n₂>1，因此sin(r)≤sin(i)。这意味着对于同一个入射角i，折射角的正弦值小于或等于入射角的正弦值，所以折射角r小于或等于入射角i。当i=0时，r=0。当i>0时，r<i。光速v=c/n，因为n₁>n₂，所以v₁（光在光密介质中的速度）<v₂（光在光疏介质中的速度）。折射率n是描述光在介质中偏折程度（或光密程度）的物理量，光密介质的折射率大于光疏介质。14.A,C*解析：三棱镜能够使不同色光发生不同程度的偏折，这就是光的色散现象。三棱镜可以改变光的传播方向，例如使平行光线发散或会聚（取决于入射方式）。棱镜对红光的折射率小于对紫光的折射率。15.A,B,D*解析：光的反射定律和折射定律都表明光路是可逆的。全反射现象的光路也是可逆的（只要满足条件）。光的色散现象本身描述的是不同色光偏折程度不同，其涉及的光路如果是折射，则可逆；如果是全反射，则可逆。但通常认为色散现象作为一个整体过程，其物理机制（不同折射率）决定了光路可逆性。三、填空题16.变小；强*解析：光从空气（n₁≈1）射入水（n₂=1.33）时，介质折射率增大，根据v=c/n，光速变小。折射率是描述介质光学性质的物理量，数值越大，表示介质对光的偏折能力越强，即光密程度越强。17.大于*解析：光从光密介质（水）射入光疏介质（空气）时，发生全反射的条件是入射角i大于或等于临界角C。即i≥C。18.大于*解析：同第3题解析，紫光的折射率大于红光的折射率，通过三棱镜时，紫光的偏折角大于红光的偏折角。19.高*解析：同第4题解析，潜水员在水中看岸上物体，物体位置比实际位置高。20.全反射*解析：同第5题解析，光纤通信利用全反射原理。四、计算题21.解：(1)根据折射定律：n₁sin(i)=n₂sin(r)空气折射率n₁≈1，水折射率n₂=1.33，入射角i=30°1*sin(30°)=1.33*sin(r)sin(r)=sin(30°)/1.33=0.5/1.33≈0.376r=arcsin(0.376)≈22.2°折射角约为22.2°。(2)光在水中传播速度v=c/n₂c=3×10⁸m/sn₂=1.33v=(3×10⁸m/s)/1.33≈2.26×10⁸m/s光线在水中传播的速度约为2.26×10⁸m/s。22.解：(1)根据凸透镜成像公式：1/f=1/u+1/v物距u=20cm，焦距f=10cm1/10=1/20+1/v1/v=1/10-1/20=2/20-1/20=1/20v=20cm像的位置在凸透镜后20cm处。(2)物距u=20cm，焦距f=10cm因为u>2f(20cm>2*10cm)根据凸透镜成像规律，成倒立、缩小的实像。23.解：(1)设折射角为r，反射角为i'。根据题意，折射光线与反射光线垂直，即反射角与折射角之和为90°。i'+r=90°根据光的反射定律，反射角等于入射角，所以入射角i=i'。i+r=90°i=r代入上式，得到i=r=45°/2=22.5°折射角为22.5°。(2)根据折射定律：