新人教版高中物理选修34同步练习光的反射和折射.docx
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新人教版高中物理选修34同步练习光的反射和折射
第1课时 光的反射和折射
[对点训练]
知识点一·反射定律和折射定律
1.在某地的观察者看见太阳刚从地平线升起时,关于太阳实际位置的下列叙述中正确的是( )
A.太阳位于地平线上方
B.太阳位于地平线下方
C.太阳位于地平线上
D.大气密度未知,无法判断
答案 B
解析 空气的折射率随高度变化,高度越大的地方,n小,故B正确。
2.人看到沉在水底的硬币,其实看到的是( )
A.硬币的实像,其位置比实际位置浅
B.硬币的实像,其位置即硬币的位置
C.硬币的虚像,其位置比实际位置浅
D.硬币的虚像,其位置比实际位置深
答案 C
解析 由光路图可知,C正确。
3.(多选)若某一介质的折射率较大,那么( )
A.光由空气射入该介质时折射角较大
B.光由空气射入该介质时折射角较小
C.光在该介质中的速度较大
D.光在该介质中的速度较小
答案 BD
解析 由=n,且n>1,可得sinθ2=·sinθ1,即θ1>θ2。
又因为n=,得v=。
故v<c。
故B、D正确。
4.(多选)光从某种介质中射入空气中,入射角θ1从零开始增大时,折射角θ2也随之增大,下列说法正确的是( )
A.比值不变
B.比值不变
C.比值是一个大于1的常数
D.比值是一个小于1的常数
答案 BD
解析 根据折射定律,光由一种介质进入另一种介质中,=常数,可知B正确。
由光路的可逆定理可知=n,且n>1,故=<1,D正确。
5.如图所示,在房间内靠近墙角的天花板上有一面平面镜,在房间地板上的B点放一点光源S,通过平面镜的反射在竖直墙壁上出现一个光斑。
若要使墙壁上光斑的面积增大一些,下面的方法中可行的是( )
A.保持光源的位置不变,将平面镜绕过平面镜O点且垂直纸面的轴,沿顺时针方向转动一个小角度
B.将光源沿地面向左移动一小段距离
C.将光源沿地面向右移动一小段距离
D.将光源竖直向上移动一小段距离
答案 B
解析
如图所示,利用平面镜成像的对称特点,找出光源S通过平面镜所成的像S′,作出过平面镜边缘的入射光线BE和反射光线EF,则OF表示光斑的大小。
将平面镜沿顺时针方向转动一个小角度,光源通过平面镜所成的像的位置下移,F点上移,会使光斑变小,故A错误;减小了入射角和反射角,从而使F点下移,光斑变大,故B正确;同理分析C错误;将光源竖直向上移动一小段距离,则像点下移,使F点上移,会使光斑变小,故D错误。
6.一条光线以40°的入射角从真空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可能是( )
A.小于40°
B.在50°~100°之间
C.在100°~140°之间
D.大于140°
答案 C
解析 由=n>1,折射角θ2<θ1=40°,由反射定律θ3=θ1=40°,如图所示,故折射光线与反射光线的夹角φ=180°-θ3-θ2=140°-θ2,所以100°<φ<140°,故C正确。
7.如图所示,为了观察门外情况,可在门上开一小圆孔,将一块圆柱形玻璃嵌入其中,圆柱体轴线与门面垂直。
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为视场角。
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.arcsinB.arcsin
C.arcsinD.arcsin
答案 B
解析 设折射光线与轴线间的夹角为θ2,则sinθ2=,由n=,得sinθ1=nsinθ2=,θ1=arcsin,B正确。
8.一束光线从空气射向折射率为1.5的玻璃内,入射角为45°,下面光路图中正确的是( )
答案 C
解析 光在两介质的界面上通常同时发生反射和折射,所以A错误;由反射定律知反射角为45°,根据折射定律n=得θ1>θ2,故B错误;画光线时必须带箭头,D不是光路图,D错误。
知识点二·绝对折射率和相对折射率
9.一等腰三角形玻璃砖放在某液体中,其截面如图所示,三个顶点分别为A、B、C。
∠ABC=∠ACB=75°,AC面镀一层反光膜。
CB的延长线上有一D点,从D点发射一束光线射到AB面上的E点,从E点进入玻璃砖的光在AC面经过第一次反射后沿原路返回。
已知∠EDB=45°,求液体相对于玻璃砖的折射率。
答案
解析 过E点作AB的垂线,交AC于F点,设折射光线射到AC面上的G点,因折射进玻璃砖的光在AC面经过第一次反射后原路返回。
则可得到折射光线与AC面垂直。
可得折射角∠GEF=30°,
由几何关系得到入射角:
θ=60°。
根据光路可逆知:
液体相对于玻璃砖的折射率n==。
知识点三·测定玻璃的折射率
10.学校开展研究性学习,某研究小组的同学根据所学的光学知识,设计了一个测量液体折射率的仪器,如图所示。
在一圆盘上,过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF,在半径OA上,垂直盘面插下两枚大头针P1、P2并保持P1、P2位置不变,每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中,而且总使得与直径BC相平,EF作为界面的法线,而后在图中右上方区域观察P1、P2的像,并在圆周上插上大头针P3,使P3正好挡住P1、P2的像,同学们通过计算,预先在圆周EC部分刻好了折射率的值,这样只要根据P3所插的位置,就可直接读出液体折射率的值,则:
(1)若∠AOF=30°,OP3与OC的夹角为30°,则P3处所对应的折射率的值为________。
(2)图中P3、P4两位置中________(填“P3”或“P4”)处所对应的折射率大。
(3)作AO的延长线交圆周于K,K处所对应的折射率值应为________。
(4)若保持∠AOF=30°不变,用该装置能测量的最大折射率的值不超过________。
答案
(1)
(2)P4 (3)1 (4)2
解析
(1)由折射率公式n=,i=60°,r=30°,n==。
(2)光线出射方向通过P4的折射角大于通过P3的折射角,所以通过P4位置的光线折射率较大。
(3)若光线沿OK射出,入射光线和折射光线是一条直线,则折射率为1。
(3)若保持∠AOF=30°不变,当光线发生全反射时,折射率是最大的(即折射角∠EOC=90°),n===2。
11.用圆弧状玻璃砖做测定玻璃折射率的实验时,先在白纸上放好圆弧状玻璃砖,在玻璃砖的一侧竖直插上两枚大头针P1、P2,然后在玻璃砖的另一侧观察,调整视线使P1的像被P2的像挡住,接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3和P4,使P3挡住P1和P2的像,P4挡住P3以及P1和P2的像,在纸上标出大头针位置和圆弧状玻璃砖轮廓如图甲所示(O为两圆弧圆心,图中已画出经过P1、P2点的入射光线)。
(1)在图上补画出所需的光路。
(2)为了测出玻璃的折射率,需要测量入射角θ1和折射角θ2,请在图中的AB分界面上画出这两个角。
(3)多次改变入射角,测得几组入射角和折射角,根据测得的入射角和折射角的正弦值,画出了如图乙所示的图象,由图象可知该玻璃的折射率n=________。
答案
(1)如解析图所示
(2)如解析图中θ1、θ2所示 (3)1.5
解析
(1)连接P3、P4与CD交于一点,此交点即为光线从玻璃砖中射出的位置,又由于P1、P2的连线与AB的交点即为光线进入玻璃砖的位置,连接两点即可作出玻璃砖中的光线,如图所示。
(2)连接O点与光线在AB上的入射点即为法线,作出入射角和折射角如图中θ1、θ2所示。
(3)图象的斜率k==n,由题图乙可知斜率为1.5,即玻璃的折射率为1.5。
易错点·测玻璃折射率实验的误差分析
12.某同学做测定玻璃的折射率的实验,操作时将玻璃砖的界线aa′、bb′画好后误用了另一块宽度稍窄的玻璃砖,如图所示。
实验中除仍用原界线外,其他操作都正确。
则测得玻璃的折射率将( )
A.偏大B.偏小
C.不影响结果D.不能确定
易错分析 不清楚该实验是利用插针法确定入射和折射光线,从而找出入射角与折射角,入射光线与玻璃砖的交点为入射点,出射光线与玻璃砖的交点为出射点,入射点与出射点连线为光在玻璃砖内的传播光线。
易忽视实际边界与所画边界的不同而出现错误。
答案 B
解析 如图所示,由于所画玻璃砖的宽度比实际宽度大,使入射点向左移,折射点向右移,使得所画折射角比实际折射角大,故测得的折射率偏小,故B正确。
[提升训练]
一、选择题
1.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
答案 B
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。
故B正确,A、C、D错误。
2.光在某种玻璃中的传播速度是×108m/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°
答案 A
解析 依题意作出光路图如图所示,折射角:
θ2=90°-θ1′=90°-θ1。
玻璃折射率n===。
由折射定律知:
nsinθ1=sinθ2=sin(90°-θ1)=cosθ1,即tanθ1==,得θ1=30°,故A正确。
3.(多选)某同学做测定玻璃折射率实验时,用他测得的多组入射角与折射角作出sinθ1sinθ2图象如图所示,若θ1为入射角,θ2为折射角,则下列判断中正确的是( )
A.光线是从空气射入玻璃中
B.玻璃的折射率约为1.49
C.玻璃的折射率为0.67
D.光线是从玻璃射入空气的
答案 AB
解析 由n===1.49,B正确,C错误;由于sinθ1>sinθ2,故光线是从空气射入玻璃中,A正确,D错误。
4.如图所示,井口大小和深度相同的两口井,一口是枯井,一口是水井(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
答案 B
解析 枯井中光线沿直线传播,水井中光线发生折射进入青蛙眼中。
青蛙感觉井口的大小与它的视角有关,它看到的星星的多少,跟它的视野有关。
作出两口井的光路图如图所示,从图中可知,枯井中青蛙的视角α比水井中青蛙的视角β要大,所以枯井中青蛙觉得井口大些;而看到井外的范围是在两条实线所示光线的范围内,所以水井中青蛙的视野要大些。
可判断B正确。
5.如图,一束单色光射入一玻璃球体,入射角为60°。
已知光线在玻璃球内经一次反射后,再次折射回到空气中时与入射光线平行。
此玻璃的折射率为( )
A.B.1.5C.D.2
答案 C
解析 根据题述和对称性画出光路图如图所示。
由图可知,光在玻璃球中折射角为r=30°,由折射定律可得玻璃折射率n==,所以C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.B.
C.D.
答案 A
解析 当出射角i′和入射角i相等时,由几何知识,作角A的平分线,角平分线过入射光线的延长线和出射光线的反向延长线的交点、两法线的交点,如图所示。
可知∠1=∠2=,∠4=∠3=
而i=∠1+∠4=+
由折射率公式n==,A正确。
7.如图所示,P、Q是两种透明材料制成的两块直角梯形的棱镜,叠合在一起组成一个长方体。
某单色光沿与P的上表面成θ角的方向斜射向P
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- 新人 高中物理 选修 34 同步 练习 反射 折射