2017高中物理第十三章光1光的反射和折射课时训练

光的反射和折射

题组一 反射定律和折射定律

1.一束单色光经由空气射入玻璃,这束光的( )

A.速度变慢,波长变短 B.速度不变,波长变短 C.频率增高,波长变长 D.频率不变,波长变长

解析:根据光的折射特点,在折射过程中频率不变,由公式v=,玻璃的折射率比空气的大。所以由空气进入玻璃时,速度变慢,由λ=可知光的波长变短,所以选项A正确。 答案:A

2.(多选)如图中虚线表示两种介质的界面及其法线,实线表示一条光线斜射向界面后发生反射与折射的光线,以下说法正确的是 ( )

A.bO不是入射光线 B.aO是入射光线 C.cO是入射光线 D.Ob是反射光线

解析:由题图可知只有aO和bO关于MN对称,所以Ob是反射光线,A正确;aO是入射光线,B正确;Oc是折射光线,C错误,D正确。 答案:ABD

3.(多选)关于光的折射,正确的说法是( )

A.折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内 B.入射光线和法线与折射光线不一定在一个平面内 C.入射角总大于折射角

D.光线从空气斜射入玻璃时,入射角大于折射角

解析:由光的折射定律知,折射光线一定在法线和入射光线所确定的平面内,A正确,B错误。入射角不一定大于折射角,C错误。光线从空气斜射入玻璃时,入射角大于折射角,D正确。 答案:AD

题组二 折射率

4.(多选)关于折射率,下列说法正确的是( )

A.某种介质的折射率等于光在介质中传播速度v和光在真空中的传播速度c的比值 B.折射角和入射角的大小决定着折射率的大小 C.两种介质相比较,折射率小的介质称为光疏介质 D.任何介质的折射率都大于1

解析:某种介质的折射率等于光在真空中的传播速度c与光在介质中传播速度v的比值,A不对。折射率与折射角和入射角的大小无关,B不对。 答案:CD 5.

如图所示,有玻璃三棱镜ABC,顶角A为30°,一束光线垂直于AB射入棱镜,从AC射出进入空气,测出出射光线与入射光线夹角为30°,则棱镜的折射率为( ) A. B. C. D.

解析:顶角∠A=30°,则光从AC面射出时,在玻璃中的入射角θ1=30°。由于入射光线和出射光线的夹角为30°,所以折射角θ2=60°,由光路可逆和折射率的定义可知n=,选项C正确。

1

答案:C

6.空中有一只小鸟,距水面3 m,其下方距水面4 m深处的水中有一条鱼。已知水的折射率为,则鸟看水中的鱼离它 m,鱼看天上的鸟离它 m。 解析:

首先作出鸟看鱼的光路图,如图所示。由于是在竖直方向上看,所以入射角很小,即图中的θ1和θ2均很小,故有tan θ1=

sin θ1,tan θ2=sin θ2。由图可得

h1tan θ2=h'tan θ1 h'==4× m=3 m

则鸟看水中的鱼离它:H1=(3+3) m=6 m 同理可得鱼看鸟时:h″=nh2=3× m=4 m 则H2=(4+4) m=8 m。 答案:6 8

题组三 测定玻璃的折射率

7.两个同学测玻璃的折射率时各设计一个表格记录数据,而且都已完成了计算,你认为正确的是 (选填“甲”或“乙”)。 甲设计的表格是

次θsin sin θ2 n 数 1 θ1 θ2 30.520.0.31.51 0 00 9 22 52 40.730.0.41.51.52 5 07 5 61 33 42 60.838.0.51.53 0 66 0 62 41 乙设计的表格是

次角平正弦1 2 3 n 数 均值 值 0.70θ1 30 45 60 45 7 1.520.30.38.0.4568 θ2 29.8 9 5 0 1 解析:由n=可知,n的测量值应为每次测量的入射角的正弦与折射角的正弦比值的平均值,而不是每次测量的入射角的平均值的正弦与折射角的平均值的正弦之比,故甲正确。 答案:甲 8.

2

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,10.00 cm 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=8.00 cm,CD=4.00 cm,由此可得出玻璃的折射率n= 。

解析:由光路图以及几何关系可知

n==1.5。 答案:1.5

(建议用时:30分钟)

1.如图所示,一条光线由空气射到半圆玻璃砖表面的圆心处,玻璃砖的半圆表面上(反射面)镀有银,则图示几个光路图中,能正确、完整地表示光线行进过程的是( )

解析:在圆心处发生折射和反射,进入半圆表面后沿原路返回,光从玻璃射向空气中时在界面上发生反射和折射。 答案:D

2.如图所示,落山的太阳看上去正好在地平线上,但实际上太阳已处于地平线以下,观察者的视觉误差大小取决于当地大气的状况。造成这种现象的原因是( )

A.光的反射 B.光的折射 C.光的直线传播 D.小孔成像

解析:太阳光线进入大气层发生折射,使传播方向改变,而使人感觉太阳的位置比实际位置偏高。 答案:B

3.(多选)如果光线以大小相等的入射角,从真空射入不同介质,若介质的折射率越大,则( ) A.折射角越大,说明折射光线偏离原来方向的程度越大 B.折射角越大,说明折射光线偏离原来方向的程度越小 C.折射角越小,说明折射光线偏离原来方向的程度越大 D.折射角越小,说明折射光线偏离原来方向的程度越小

解析:根据折射定律,=n,当光以相等的入射角从真空向介质入射时,sin θ1一定,n越大,sin θ2就越小,sin θ2越小说明光偏离原来的程度就越大,故B、C正确。 答案:BC 4.

井口大小和深度相同的两口井,一口是枯井,一口是水井(如图所示,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

3

解析:根据边界作出光路图如图所示,由图可知,视角α大于视角β,所以枯井中的青蛙觉得井口大些;因为α<γ,所以水井中的青蛙视野更大些,晴天的晚上,水井中的青蛙看到的星星也更多一些,所以只有B项正确,A、C、D三项均错误。 答案:B

8

5.光在某种玻璃中的传播速度是×10 m/s,要使光由玻璃射入空气时折射光线与反射光线成90°夹角,则入射角应是( ) A.30° B.60° C.45° D.90° 解析:

依题意作出光路图如图所示。折射角:θ2=90°-θ'=90°-θ1,玻璃的折射率:n=。由折射定律知:nsin θ1=sin θ2=sin(90°-θ1)=cos θ1,即tan θ1=,得θ1=30°。故答案为A。 答案:A 6.

半径为R的玻璃半圆柱体,截面如图所示,圆心为O,两束平行单色光沿截面射向圆柱面,方向与底面垂直,∠AOB=60°,若玻璃对此单色光的折射率 n=,则两条光线经柱面和底面折射后的交点与O点的距离为( ) A. B. C. D.R 解析:

如图所示,光线A过圆心传播方向不变。光线B经过柱面时,折射角为θ1,由折射定律得

n=,sin θ1=sin 60°=,得θ1=30° 由几何知识可得OE=

光线BE从E点射入空气,折射角θ2=60° 由几何知识得OD=。故选项B是正确的。 答案:B

4

7.现代高速公路上的标志牌都使用“回归反光膜”制成,夜间行车时,它能把车灯射出的光逆向反射,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10 μm的细玻璃珠,所用玻璃的折射率为,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° 解析:

已知入射光线和出射光线平行,所以光在三个界面上改变了传播方向,光线在玻璃珠的内表面反射时具有对称性,由此可作出光路图如图所示。

由几何关系可知i=2r, ① 根据折射定律有n=, ② 由①②可得i=60°。 答案:D

8.为了观察门外情况,有人在门上开一小圆孔,将一块圆柱形玻璃嵌入其中,圆柱体轴线与门面垂直,如图所示。从圆柱底面中心看出去,可以看到的门外入射光线与轴线间的最大夹角称作视场角。已知该玻璃的折射率为n,圆柱长为l,底面半径为r。则视场角是( ) A.arcsin B.arcsin C.arcsin D.arcsin

解析:光路如图所示,依题意可得sin θ2=,由n=,得θ1=arcsin。

答案:B

9.“测定玻璃的折射率”实验中,在玻璃砖的一侧竖直插两个大头针A、B,在另一侧再竖直插两个大头针C、D。在插入第四个大头针D时,要使它 。如图是在白纸上留下的实验痕迹,其中直线a、a'是描在纸上的玻璃砖的两个边。根据该图可算得玻璃的折射率n= (计算结果保留两位有效数字)。

解析:进行测定玻璃折射率的实验时,是利用插针法确定入射光与出射光的光路的。利用插大头针A、B得到进入玻璃的入射光线的光路,在另一侧插一枚大头针C使其挡住A、B的像,插入另一枚大头针D使其挡住C及A、B的像,从而确定出射光路。根据入射点和出射点的连线确定玻璃中的折射光路,并作出法线,用量角器量出入射角θ1和折射角θ2,利用折射定律 n=确定玻璃的折射率。 答案:挡住C及A、B的像 1.8(1.6~1.9都算对)

5

10.如图所示,一玻璃球体的半径为R,O为球心,AB为直径。来自B点的光线BM在M点射出,出射光线平行于AB,另一光线BN恰好在N点发生全反射。已知∠ABM=30°,求: (1)玻璃的折射率;

(2)球心O到BN的距离。

解析:(1)设光线BM在M点的入射角为i,折射角为r,由几何知识可知i=30°,r=60°,根据折射定律得n=①

代入数据得 n=。 ②

(2)光线BN恰好在N点发生全反射,则∠BNO为临界角C sin C= ③

设球心到BN的距离为d,由几何知识可知 d=Rsin C ④

联立②③④式得d=R。 答案:(1) (2)R

6

10.如图所示,一玻璃球体的半径为R,O为球心,AB为直径。来自B点的光线BM在M点射出,出射光线平行于AB,另一光线BN恰好在N点发生全反射。已知∠ABM=30°,求: (1)玻璃的折射率;

(2)球心O到BN的距离。

解析:(1)设光线BM在M点的入射角为i,折射角为r,由几何知识可知i=30°,r=60°,根据折射定律得n=①

代入数据得 n=。 ②

(2)光线BN恰好在N点发生全反射,则∠BNO为临界角C sin C= ③

设球心到BN的距离为d,由几何知识可知 d=Rsin C ④

联立②③④式得d=R。 答案:(1) (2)R

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