山东省桓台第二中学选修1高中物理光的折射试题(含答案)

山东省桓台第二中学选修1高中物理光的折射试题(含答案)
一、光的折射选择题
1．小明同学设计了一个用刻度尺测半圆形玻璃砖折射率的实验，如图所示，他进行的主要步骤是：
(1)用刻度尺测玻璃砖的直径AB的大小d；
(2)先把白纸固定在木板上，将玻璃砖水平放置在白纸上，用笔描出玻璃砖的边界，将玻璃砖移走，标出玻璃砖的圆心O、直径AB、AB的法线OC；
(3)将玻璃砖放回白纸的原处，长直尺MN紧靠A点并与直径AB垂直放置；
(4)调节激光器，使PO光线从玻璃砖圆弧面沿半径方向射向圆心O，并使长直尺MN的左右两侧均出现亮点，记下左侧亮点到A点的距离x1，右侧亮点到A点的距离x2。

关于上述实验，以下说法不正确的是（）
A．在∠BOC的范围内，改变入射光线PO的入射角，直尺MN上可能只出现一个亮点B．左侧亮点到A点的距离x1一定大于右侧亮点到A点的距离x2
C．左侧亮点到A点的距离x1一定小于右侧亮点到A点的距离x2
D．要使左侧亮点到A点的距离x1增大，应减小入射角
2．如图所示，光在真空和介质的界面MN上发生偏折，那么下列说法正确的是()
A．光是从真空射向介质
B．介质的折射率为1.73
C．光在介质中的传播速度为1.73×108 m/s
D．反射光线与折射光线成90°角
E.当入射角增大10°，则折射角也将增大10°
3．2019年1月31日，天空中上演了一场万众瞩目、被称为“超级满月、蓝月亮、红月亮”的月全食大戏，这次月全食历时近5小时．最精彩之处是在发生月全食阶段月亮呈现红色，下列有关月食的说法，其中正确的是______．
A．当地球处于太阳和月亮中间时才会出现月食现象
B．当月亮处于太附和地球中间时才会出现月食现象
C．月食可能是太阳光经月亮反射到地球大气层时发生全反射形成的
D．出现月食现象，是因为月亮处于地球的“影子”中
E.“红月亮”是太阳光中的红光经地球大气层折射到月球时形成的
4．关于折射率，下列说法中正确的是( )
A ．根据1
2
sin n sin θθ=可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比 B ．根据1
2
sin n sin θθ=
可知，介质的折射率与折射角的正弦成反比 C ．介质的折射率由介质本身决定，与入射角、折射角均无关 D ．根据c
n v
=
可知，介质的折射率与介质中的光速成反比 E.同一频率的光由第一种介质进入第二种介质时，折射率与波长成反比
5．有一种称为手性材料的光介质，当激光从空气射入这种材料的时候，将会分离出两种光，一种是左旋圆偏振光，其折射率为1e
L e
n n kn =+；另一种是右旋圆偏振光，其折射率
为1e
R e
n n kn =
-，其中n o 为选定材料的折射率，k 为大于零的参数（L n 和R n 大于1），则
（ ）
A ．在这种介质中左旋光的速度大于右旋光的速度
B ．入射角一定的情况下（大于零），左旋光的偏折程度比右旋光大
C ．入射角一定的情况下（大于零），k 越大，左旋光与右旋光分离的现象越明显
D ．当左、右旋光从该材料射向空气时，左旋光的临界角小于右旋光的临界角
6．如图所示为一横截面为直角三角形ABC 的玻璃棱镜，其中30A ︒∠=，D 点在AC 边上，A 、D 间距为L ，23AB L =。

一条光线平行于AB 边从D 点射入棱镜，光线垂直
BC 边射出，已知真空中的光速为c ，则（ ）
A 3
B ．光线在棱镜中传播的路程为3L
C ．光线在棱镜中传播的时间为532L
c
D ．光线在棱镜中传播的时间为
52L c
7．公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度的若干彩灯,在晚上观察不同颜色彩灯的深度和水面上被照亮的面积,下列说法正确的是( ) A ．红灯看起来较浅,红灯照亮的水面面积较小 B ．红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较小 C ．红灯看起来较浅,红灯照亮的水面面积较大 D ．红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较大
8．如图所示,玻璃棱镜的截面为等腰三角形,顶角
a 为30°．一束光线垂直于a
b 面射入棱镜,又从a
c 面射出．出射光线与入射光线之间的夹角为30°，则此棱镜材料的折射率是( )
A ．
33
B ．3
C ．
32
D ．
23
3
9．如图所示，是声波从介质Ⅰ进入介质Ⅱ的折射情况，由图判断下面说法中正确的是( )
A ．入射角大于折射角，声波在介质Ⅰ中的波速大于它在介质Ⅱ中的波速
B ．入射角大于折射角，Ⅰ可能是空气，Ⅱ可能是水
C ．入射角小于折射角，Ⅰ可能是钢铁，Ⅱ可能是空气
D ．介质Ⅰ中波速v 1与介质Ⅱ中波速v 2满足：12
21
sin sin v v θθ= 10．如图所示，红色细光束a 射到折射率为2的透明球表面，入射角为45︒，在球的内壁经过一次反射后，从球面射出的光线为b ，则入射光线a 与出射光线b 之间的夹角α为（ ）
A ．45°
B ．30°
C ．60°
D ．75°
11．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，知棱镜顶角为α，计算棱镜对该色光的折射率表达式为（ ）
A．
sin
2
sin
2
a
a
θ
+
B．
sin
2
sin
2
aθ
θ
+
C．
sin
sin()
2
a
θ
θ-D．
sin
sin()
2
a
a
θ-
12．一束红光和一束紫光以适当的角度射向玻璃砖，玻璃砖为半圆形，如图所示，红光与
紫光出射光线都由圆心
O点沿OC方向射出，则( )
A．AO是红光，它穿过玻璃砖所用的时间最少
B．AO是紫光，它穿过玻璃砖所用的时间最长
C．AO是红光，它穿过玻璃砖所用的时间最长
D．AO是紫光，它穿过玻璃砖所用的时间最少
13．如图所示，由红、绿两单色光组成的光束以入射角θ由空气射到半圆形玻璃砖表面的A处，AD是半圆的直径。

进入玻璃后分为两束，分别为AB、AC，它们从A到B和从A到C的时间分别为t1和t2，则（）
A．AB是绿光，t1<t2B．AB是绿光，t1>t2
C．AC是红光，t1>t2D．AC是红光，t1＝t2
14．已知天然材料的折射率都为正值（10
n>）。

近年来，人们针对电磁波某些频段设计的人工材料，可以使折射率为负值（20
n<），称为负折射率介质。

电磁波从正折射率介质入射到负折射介质时，符合折射定律，但折射角为负，即折射线与入射线位于界面法线同侧，如图所示。

点波源S发出的电磁波经一负折射率平板介质后，在另一侧成实像。

如图2所示，其中直线SO垂直于介质平板，则图中画出的4条折射线（标号为1、2、3、4）之中，正确的是（）
A．1 B．2 C．3 D．4
15．如图所示，实线为空气和水的分界面，一束绿光从水中的A点沿AO1方向（O1点在分界面上，图中未画出）射向空气，折射后通过空气中的B点，图中O点为A、B连线与分界面的交点．下列说法正确的是（）
A．O1点在O点的右侧
B．绿光从水中射入空气中时波长不变
C．若沿AO1方向射出的一束蓝光，则折射光线有可能通过B点正上方的C点
D．若增大入射角，可能在空气中的任何位置都看不到此绿光
16．一束单色光由某种介质射向真空时的光路如图所示，I和II为相互垂直的平面，AO、
BO、CO均为光线，各光线与I的夹角满足αγ==60°，β=45°，光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是（）
A．法线所在平面为I B．入射光线为BO
C．该种介质的折射率
6
n=D．光在该介质中的传播速度
2
v c
=
17．如图所示两细束单色光平行射到同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一个点M．则下列说法中正确的是（）
A．如果 a为蓝色光,则b可能为红色光
B．在该三棱镜中a色光的传播速率比b光的传播速率大
C．棱镜射向空气中a色光的临界角比b色光的临界角大
D．a光的折射率小于b光折射率
18．如图所示为等腰棱镜，真空中a、b两束单色光与棱镜轴线OO′等距，两束光折射后相
交于图中的P 点．以下判断正确的是（ ）
A ．在真空中的光速v a ＞v b
B ．该棱镜对光的折射率n a ＞n b
C ．通过棱镜的时间t a ＞t b
D ．a 、b 两束光从同一介质射入真空过程中，发生全反射的临界角θa ＞θb
19．如图所示为一横截面为直角三角形ABC 的玻璃棱镜，其中∠A =30°，D 点在AC 边上，A 、D 间距为L ，AB =23L 。

一条光线平行于AB 边从D 点射入棱镜，经AB 边反射后垂直BC 边射出，已知真空中的光速为c ，则（ ）
A ．玻璃对光线的折射率为3
B ．玻璃对光线的折射率为
23
C ．光线在棱镜中传播的路程为2L
D ．光线在棱镜中传播的时间为
52L c
20．如图，一横截面为直角三角形MNP 的玻璃棱镜，60M ∠=︒，此截面内，一束平行光以60︒入射角射到MN 边上，经折射后由MP 边射出，出射光束与NP 边平行，则该棱镜的折射率为（ ）
A 2
B ．1.5
C 3
D ．2
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一、光的折射 选择题
1．B 【解析】 【分析】 【详解】
A ．当入射角大于等于发生全反射的临界角时，只有反射光线没有折射光线，则直尺MN 上只出现一个亮点，故A 正确；
BC ．光从玻璃射入真空，光路图如图所示，折射角β大于入射角α，通过几何关系知
12cot cot 22
d d
x x βα=
<= 故B 错误，C 正确；
D ．减小入射角，则折射角减小β，x 1增大，故D 正确。

本题选不正确的，故选B 。

2．BCD 【解析】 【详解】
A ．光线的入射角为i =30°，折射角为r =60°，则知光线从介质进入真空。

故A 错误。

B ．根据折射定律得，
603 1.7330sinr sin n sini sin ︒=
==≈︒
故B 正确。

C ．光在介质中的传播速度
881.7310m/s 3
c v n ==≈⨯
故C 正确。

D ．反射角等于入射角，则反射角i ′=i =30°，根据几何关系得反射光线与折射光线的夹角为90°．故D 正确。

E ．因为入射角小于折射角，则当入射角增大10°，则折射角将增大大于10°，选项E 错误。

3．ADE 【解析】 【分析】
考查光的传播，光的折射。

【详解】
当太阳、地球、月球在同一直线上，地球位于太阳与月球之间时，太阳发出的沿直线传播的光被不透明的地球完全挡住，光线照不到月球上，月亮处于地球的“影子”中,在地球上完全看不到月球的现象就是月全食。

看到整个月亮是暗红的，是因为太阳光中的红光经地球大气层折射到月球；选项ADE正确，BC错误。

故选ADE.
4．CDE
【解析】
【详解】
介质的折射率是一个表明介质的光学特性的物理量，由介质本身决定，与入射角、折射角无关，故选项A、B错误，选项C正确；由于真空中光速是一个定值，故n与v成反比，这也说明折射率与光在该介质中的光速是有联系的，故选项D正确；由v＝λf，当f一定时，v正比于λ，由于n与v成反比，故折射率与波长λ也成反比，故选项E正确；故选CDE．
5．AC
【解析】
A、由左旋圆偏振光折射率和右旋圆偏振光折射率表达式可知：n L＜n R．根据
c
v
n
=知，在
这种介质中左旋光的速度大于右旋光的速度，故A正确．B、由左旋圆偏振光折射率和右旋圆偏振光折射率表达式可知n L＜n R．则右旋光的偏折比左旋光明显，故B错误．C、k越大，左旋光与右旋光的折射率相差越大，分离的现象越明显，故C正确．D、由左旋圆偏
振光折射率和右旋圆偏振光折射率表达式可知n L＜n R．根据
1
sin C
n
=知，左旋偏振光的
临界角大于右旋光的临界角，故D错误．故选AC．
【点睛】本题是信息给予题，要能读懂题意，根据已知的折射率表达式，分析它们之间的关系，掌握光速、偏折程度等等与折射率的关系，是解决本题的关键．
6．AC
【解析】
【分析】
【详解】
A．光路如下图
因为光线垂直BC边射出，有β=30°，光线在E点发生反射，有α=30°，可知r=30°，光线平行于AB边从D点射入棱镜，入射角θ=60°，由折射定律有
sin
sin θ
n r
=
=故A 正确；
B ．△ADE 为等腰三角形，由几何关系有
DE =AD =L ，2cos30EB AB L =-⋅︒
解得
3cos 2
L EF EB β=⋅=
光线在棱镜中传播的路程为
2.5s DE EF L =+=
故B 错误；
C D ．光线在棱镜中传播的速度
c v n
=
光线在棱镜中传播的时间为
2s t v c
=
=
故C 正确，D 错误。

故选AC 。

7．D 【解析】
试题分析：红灯看起来较深，因为水对红光的折射率小于对绿光的折射率，根据视深与实深的关系式h h n
=
实视，折射率越小，看起来较深．由1
sinC n
=
又由题意知，点光源照亮的水面边缘光线刚好发生全反射，由几何知识得
sinC =，折射率越小，半径越
大，
点光源照亮的水面面积为2S R π=，故红灯照亮的水面面积较大， 故选D
考点：考查了折射定律的应用
点评：题关键要知道水面边缘光线刚好发生全反射，由折射定律和几何知识结合，就能轻松解答． 8．B 【解析】 【分析】 【详解】 光路图如图所示：
根据几何关系得入射角30i = ，折射角303060r =+= 由折射定律得
3
sin 231sin 2
r n i
===
故B 正确； 故选B 。

点睛：由几何关系求出折射角和入射角,结合折射定律求出棱镜的折射率. 9．AB 【解析】 【分析】 【详解】
A ．由图示可知，入射角大于折射角，介质Ⅰ对波的折射率小于介质Ⅱ对波的折射率，由
c
n v
=可知，n 越小，波的传播速度越大，由此可知，声波在介质Ⅰ中的波速大于它在介
质Ⅱ中的波速，故A 正确；
BC ．由图示可知，入射角大于折射角，介质Ⅰ对波的折射率小于介质Ⅱ对波的折射率，Ⅰ可能是空气，Ⅱ可能是水，故B 正确，C 错误；
D ．由相对折射率公式可知，介质Ⅰ中波速1v ，与介质Ⅱ中波速2v 满足
11
22
sin sin v n v θθ=
= 故D 错误． 故选AB 。

点睛：本题考查了声波的折射现象，声波的折射与光的折射遵守相同的折射定律，分析清楚波的传播过程图，应用折射定律可以解题． 10．B 【解析】 【分析】 【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：
sin 2sin i n r
=
= 有 sin 1sin 2i r n =
= 则
030r =
由几何关系及对称性，有
()22
r i r r i α
=--=-
有 α=4r -2i=4×30°-2×45°=30°
故入射光线与出射光线间的夹角为30°，故B 正确，ACD 错误。

故选B
11．A
【解析】
【分析】
【详解】
由于出射角i '和入射角i 相等，根据对称性可知，在三棱镜中光线一定是水平的，根据几何关系可得，折射角为
2α；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+22
αθ
，如图所示
因此折射率
+sin sin 2sin sin
22i n αθαα=
= 故选A 。

12．A
【解析】
【分析】
【详解】 由图看出两光束的折射角相同，因红光的折射率较小，由折射定律
1sin sin i n r
= 故红光的入射角应大于紫光的入射角，故AO 为红光；由
c v n
= 知，红光在玻璃砖中传播较大，而在玻璃中两光的光程相等，故红光穿过玻璃砖所需时间短．故选A ．
13．D
【解析】
【分析】
【详解】
从图中可以看出玻璃砖对沿AB 传播的光的偏折大于沿AC 的光，故对沿AB 传播的光的折射率较大，故沿AB 传播的光为频率较大的光即绿光，沿AC 传播的光为频率较小的光即红光。

由几何关系可得
2sin R t c
θ= 时间只与入射角和圆半径有关，所以他们从A 到B 和从A 到C 所需时间相同，故ABC 错误，D 正确。

故选D 。

14．D
【解析】
【分析】
【详解】
ABCD ．由题，点波源S 发出的电磁波经一负折射率平板介质后，折射光线与入射光线在法线的同一侧，所以不可能是光学1或2；根据光线穿过两侧平行的介质后的特点：方向与开始时的方向相同，所以光线3出介质右侧后，根据折射光线与入射光线在法线同侧这一条件，光线将无法汇聚形成实像；光线4才能满足“同侧”+“成实像”的条件，所以折射光线4可能是正确的，光线3是错误的，由以上的分析可知，ABC 错误D 正确。

故选D 。

15．D
【分析】
光由水由射入空气时折射角大于入射角，据此大致画出光路图，确定O 1点与O 点的位置关系；水对蓝光的折射率大于绿光的折射率，则射出水的时的折射角较大据此判断折射光线有可能通过B 点上方还是下方．
【详解】
A 、光由水由射入空气时折射角大于入射角，光路图大致如下：
可以看出O 1点在O 点的左侧，故A 错误；
B 、绿光从水中射入空气中时传播速度增大，频率不变，由v f λ=，知波长变大，故B 错误；
C 、若沿AO 1方向射出一束蓝光，水对蓝光的折射率大于绿光的折射率，则射出水时的折射角较大，则蓝光的折射光线经过B 点下方，不可能经过B 点正上方的C ，故C 错误；
D 、光由光密介质（水）射入光疏介质（空气）时，当入射角增大到一定的值会发生全反射，则在空气中的任何位置都看不到绿光，故D 正确．
【点睛】
解决本题关键掌握光的反射定律、折射定律和全反射的条件，并能来用分析实际问题即可．
16．D 【解析】
【详解】
AB ．由反射定律和折射定律知，I 为界面，II 为法线，CO 为入射光线，OA 为反射光线，OB 为折射光线，故AB 错误；
C ．由折射率公式知，介质的折射率
sin 452sin 30
n =
=故C 错误；
D ．由 2c n v
=
=得 2v =
故D 正确。

17．A
【解析】
【分析】
【详解】
由图看出，a 光通过三棱镜后偏折角较大，根据折射定律得知三棱镜对a 光的折射率大于b 光折射率，若a 为蓝光，b 可能为红光．故A 正确，D 错误．由c v n
=，知a 光的折射率大于b 光折射率，则在该三棱镜中a 色光的传播速率比b 光的传播速率小，故B 错误．由临界角公式1sinC n =
分析知从棱镜射向空气中a 色光的临界角比b 色光的临界角小，故C 错误．故选A.
【点睛】
本题是光的色散问题，考查光的折射定律的应用问题；要知道在七种色光中，紫光的折射率是最大的，在同样条件下，其偏折角最大．在介质中传播速度最小，临界角最小；可结合光的色散实验结果进行记忆；
18．D
【解析】
【分析】
在真空中，不同的颜色的光传播的速度相同，通过光线的偏折程度，比较a 、b 两束光的折射率大小，再根据c n v =
比较两束光在棱镜中传播的速度，从而比较传播的时间，然后再根据1sinC n =
比较临界角的大小． 【详解】
A 、在真空中，不同的颜色的光传播的速度都相同，即a b v v =，故选项A 错误；
B 、两束光折射后相交于图中的P 点，可知b 光偏折厉害，则a 光的折射率小于b 光的折射率，所以a b n n ＜，故选项B 错误；
C 、a 光的折射率小于b 光的折射率，根据c v n
=知，a 光在棱镜中传播的速度大于b 光的传播速度，a 光在棱镜中传播的距离较小，则a 光通过棱镜的时间小于b 光通过棱镜的时间，即a b t t ＜，故选项C 错误；
D 、根据1sinC n
=，可知a 光发生全反射的临界角大于b 光发生全反射的临界角，即a b θθ＞，故选项D 正确．
【点睛】
解决本题的突破口是通过光线的偏折程度比较出折射率的大小，从而可以比较出频率、波长、在介质中的速度、临界角等大小关系．
19．A
【解析】
【分析】
【详解】
AB ．光路如图所示
因为光线垂直BC 边射出，可知
β=30°
光线在E 点发生反射，根据光的反射定律有
α=30°
根据几何关系可知
r =30°
光线平行于AB 边从D 点射入棱镜，入射角
θ=60°
由折射定律有
sin 3sin θn r
=
=故A 正确，B 错误；
C ．△ADE 为等腰三角形，由几何关系有 DE =A
D =L
又由于
2cos30EB AB L =-⋅︒
因此
cos 1.5EF EB βL =⋅=
光线在棱镜中传播的路程为 2.5s DE EF L =+=
C 错误；
D ．光线在棱镜中传播的速度
c v n
=
光线在棱镜中传播的时间为 53s L t v ==
D 错误。

故选A 。

20．C
【解析】
【分析】
【详解】
作出光路图如图所示
光线在NM 上折射时，由折射定律有
sin 60sin n θ
︒
= 光线在MP 边上折射时，由折射定律有
sin sin r n i
=
根据几何关系有 60i M θ︒+=∠=，60r ︒=
联立解得
3n =C 正确，ABD 错误。

故选C 。