内蒙古翁牛特旗乌丹第一中学选修1高中物理高考物理光的折射试题经典

内蒙古翁牛特旗乌丹第一中学选修1高中物理高考物理光的折射试题经典
一、光的折射选择题
1．胶囊型元件水平放置，由某透明材料制成，两端是半径为r的半球，中间是长度为4r
的圆柱体，中轴线是1234
O O O O。

一激光束从左侧平行中轴线水平射入，经折射、反射再
折射后又从左侧水平射出。

已知出射光线与入射光线的间距为1.6r，则该元件的折射率为（）
A．4
2
5
B．
4
3
5
C．
8
5
D．
62
2．有一束单色光从介质A射入介质B，再由介质B射入介质C，如图所示。

根据图中所给的情况判断，下列说法正确的是（）
A．介质B的折射率最大
B．介质C的折射率最大
C．光在介质B中的速度最大
D．光在介质C中的速度最大
3．如图所示，截面为等腰三角形的玻璃砖ABC置于水平地面上，一束单色光由地面上的E 点发出，射向AB边上的M点，BM=BE，经过玻璃砖折射后，从AC边上N点（图中未画出）射出，最后光斑落在地面上的F点，CF=BE，已知玻璃砖的顶角为α，两个底角为β，则以下说法中正确的是（）
A．玻璃砖的折射率为cos cos
α
β
B
．玻璃砖的折射率为
cos
2
sin
2
β
α
C．M、N两点一定位于同一水平线上
D．若只使入射光的波长增大，由AC面射出时的出射点在N点上方
4．某同学用插针法测量平行玻璃砖折射率的实验图景如图所示。

他按正确的方法插了大头针a、b、c、d。

则下列说法中正确的是（）
A．实验中，入射角应适当大些
B．该同学在插大头针d时，使d挡住a、b的像和c
C．若入射角太大，光会在玻璃砖内表面发生全反射
D．该实验方法只能测量平行玻璃砖的折射率
5．某同学做测玻璃折射率实验时，在白纸上放好上、下表面平行的玻璃砖，玻璃砖厚度为L，如图示入射光线与折射光线（CD边出射光线未画出），若入射角i＝60°，测出折射角r ＝30°，光在真空中的光速为c，则（）
A．玻璃砖的折射率n＝3
B．光在玻璃中传播的时间为23
L
C．光在玻璃中传播的时间为2L c
D．操作时误将玻璃砖向上平移一小段，则测得的折射率将偏小
6．如图所示，两单色光a、b分别沿半径方向由空气射入半圆形玻璃砖，出射光合成一束复色光P，已知单色光a、b与法线间的夹角分别为45°和30°，则a光与b光（）
A2
B
．在玻璃砖中的传播时间之比为1:2
C ．在玻璃砖中的波长之比为2:1
D ．由该玻璃砖射向真空时临界角之比为2:1
7．下列说法正确的有 （ ）
A ．观察者接近恒定频率波源时，接收到波的频率变小
B ．物体做受迫振动，当驱动力频率等于固有频率时，振幅最大
C ．雨后美丽的彩虹是光的干涉现象
D ．相对论认为时间和空间与物质的运动状态有关
8．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
9．如图所示，O 1O 2是透明介质制成的半圆柱体的对称面和纸面的交线，A 、B 是关于O 1O 2轴等距且平行的两束单色细光束，从半圆柱体右方射出的光路如图所示．根据该光路图，下列说法正确的是________．
A ．该介质对A 光的折射率比对
B 光的折射率小
B ．该介质对两束光的折射率都小于2
C ．CA 光的频率比B 光的频率高
D ．在真空中，A 光的波长比B 光的波长长
E.光从空气进入该介质后，其频率变高
10．图示两条虚线之间为一光学元件所在处，AB 为其主光轴，P 是一点光源，其傍轴光线通过此光学元件成像于Q 点。

该光学元件可能是（ ）
A ．薄凸透镜
B．薄凹透镜
C．凸球面镜
D．凹球面镜
11．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
12．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°
13．一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
14．如图所示，波长分别为λa、λb的单色光a、b，沿着AO、BO方向射入半圆形玻璃砖，出射光线都沿OC，则下列说法错误的是（）
A ．a 、b 光从玻璃砖射入空气时，均受到玻璃砖的作用力
B ．在玻璃砖内a 光的动量大于在空气中a 光的动量
C ．λa <λb ，且a 、b 光的临界角相等
D ．在玻璃砖内a 光的动量大于在玻璃砖内b 光的动量
15．如图，用插针法测定玻璃折射率的实验中，以下说法正确的是（ ）
(1)12P P 、及34P P 、之间的距离适当大些，可以提高准确度
(2)12P P 、及34P P 、之间的距离取得小些，可以提高准确度
(3)入射角1θ尽量大些，可以提高准确度
(4)入射角太大，折射光线会在玻璃砖的内表面发生全反射，使实验无法进行
(5)12P P 、的间距、入射角的大小均与实验的准确度无关
A ．(1)(3)
B ．(2)(4)
C ．(3)(5)
D ．(1)(4)
16．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t 1和t 2，则（ ）
A ．A
B 是绿光，t 1<t 2
B ．AB 是绿光，t 1>t 2
C ．AC 是红光，t 1>t 2
D ．AC 是红光，t 1＝t 2
17．已知天然材料的折射率都为正值（10n >）。

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（20n <），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
18．如图所示，P是一束含有两种单色光的光线，沿图示方向射向半圆形玻璃砖的圆心O，折射后分成a、b两束光线，则下列说法中正确的是（）
A．a光频率小于b光频率
B．在玻璃砖中传播的时间a光比b光长
C．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率
D．若让玻璃砖在纸面内绕O点逆时针转动180°，P光线保持不变，则a、b两束光线也保持不变
19．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
20．下列说法中正确的是( )
A．光速不变原理指出光在真空中传播速度在不同惯性参考系中都是相同的
B．红光在玻璃砖中的传播速度比紫光在玻璃砖中的传播速度小
C．在机械波的传播过程中，介质质点的振动速度等于波的传播速度
D．声源与观察者相对靠近时，观察者所接收的频率大于声源振动的频率
E.根据麦克斯韦的电磁理论可知，变化的电场周围一定可以产生磁场
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一、光的折射 选择题
1．A
【解析】
【分析】
【详解】
由光路的对称性与可逆性可知，激光束在胶囊元件中的光路如下图所示。

设光线在半球处的入射角为i ，折射角为γ，则由折射定律得
sin sin i n γ
= 由几何关系得 0.8sin 0.8r i r
=
= 在三角形24MO O 中，由正弦定理得 ()sin sin 5i r r
γγ-= 结合三角公式
()sin sin cos cos sin i i i γγγ-=-
联解可得 tan 1γ=
折射角
π4
γ=
折射率 425
n =
故BCD 错误，A 正确。

故选A 。

2．BC
【解析】
【分析】
【详解】
AB
．由sin sin i n r
=可知，光线由介质A 进入介质B 时，根据光路图可知，A 的折射率大于B 的折射率；光由介质B 进入介质C 时，根据光路图可知，B 的折射率小于C 的折射率，所以介质B 的折射率最小；由光路的可逆性可知，光由B 进入A 时，如果入射角为60︒，则折射角为45︒；而光由B 进入C 时，入射角为60︒，折射角为30︒，由此比较可知，介质C 的折射率最大；A 错误，B 正确；
BC ．根据c n v =，得c v n
=，则介质的折射率越大，光在该种介质中传播速度越小。

B 介质的折射率最小，则光在B 介质中传播速度最大；C 介质折射率最大，则光在C 介质中传播速度最小，故C 正确，D 错误。

故选BC 。

3．BCD
【解析】
【分析】
【详解】
光路图如图所示
AB ．由图可知
2θβ=
2r α=
入射角
2i πθ=
-
折射角为 2r πβ=
-
根据折射定律 cos sin 2sin sin 2i n r β
α=
= 故A 错误，B 正确； C ．根据对称性，可知MN ∥EF ，故M 、N 两点一定位于同一水平线上。

故C 正确； D ．根据
c f λ=
当λ增加时，f 将减小，n 减小，所以折射角r 将增大。

由AC 面射出时的出射点在N 点上方。

故D 正确。

故选BCD 。

4．AB
【解析】
【分析】
【详解】
A ．为了减小角度测量的相对误差，入射角应适当大一些．但不能太大，否则出射光线太弱，A 正确；
B ．该同学在插大头针d 时，使d 挡住a 、b 的像和c ，由此确定出射光线的方向，B 正确；
C ．由几何知识可知，光线在上表面的折射角等于下表面的入射角，根据光路可逆性原理可知，光线一定会从下表面射出，折射光线不会在玻璃砖的内表面发生全反射，C 错误；
D ．该实验方法的原理是折射定律，也能用来测量其他透明介质的折射率，D 错误。

故选AB 。

5．AC
【解析】
【分析】
【详解】
A ．玻璃砖的折射率
sin sin 60
sin sin 30i n r ︒=
==︒
A 正确；
BC ．光在玻璃中传播的速度为 c v n
=
由几何知识可知光在玻璃中传播的路程为 cos L s r
=
则光在玻璃中传播的时间为
2cos s nL L t v c r c
=
===⨯ B 错误C 正确；
D ．如右图所示
实线表示将玻璃砖向上平移后实际的光路图，而虚线是未将玻璃砖向上平移时作图时所采用的光路图，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，则由折射定律
sin sin i n r
= 得知，测得的折射率将不变，D 错误。

故选AC 。

6．BCD
【解析】
【分析】
【详解】
A ．假设两单色光a 、b 折射角为θ，则a 光折射率为
a sin sin 45n θ=
︒
则b 光折射率为 b sin sin 30n θ=
︒ 解得
a b :sin30:sin 452n n =︒︒=故A 错误；
B ．根据
c v n = x xn t v c
=
= 由于路程和光速一样，可得 a b a b ::2t t n n ==故B 正确；
C ．根据
c v n
=
v c f fn
λ== 从一种介质进入另一种介质的波，频率不变，光速一样，可得
a b b a ::n n λλ=
故C 正确；
D ．临界角公式
1sin C n
=
可得
a b b a sin :sin :C C n n =
故D 正确。

故选BCD 。

7．BD
【解析】
【详解】
A ．当波源与观察者有相对运动时，如果二者相互接近，间距变小，观察者接收的频率增大，如果二者远离，间距变大，观察者接收的频率减小，故A 错误；
B ．做受迫振动的物体，当驱动力的频率等于物体固有频率时，物体振幅最大，产生共振现象，故B 正确；
C ．彩虹是太阳光经过空气中的小水珠，发生色散形成的，色散现象属于光的折射，故C 错误；
D ．相对论认为时间和空间与物质的运动状态是相联系的，与物体的运动状态有关，故D 正确。

【点睛】
考查受迫振动的共振条件，及相对论的内容，注意波在介质中传播时，频率是不变，但是观察者所接收的频率会随两者远离或靠近而变化，另外记忆一些常见的光的干涉现象的应用，注意干涉与折射色散的区别。

8．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1sin 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．
9．ABD
【解析】
光线通过玻璃体后，A 光的偏折程度比B 光的小，则该玻璃体对A 光的折射率比对B 光的折射率小，而折射率越大，光的频率越高，说明A 光的频率比B 光的频率低，由c=λγ知，在真空中，A 光的波长比B 光的长，故AD 正确，C 错误；根据
0sin sin 45
r n r =
=<，选项B 正确；光的频率由光源决定，与介质无关，则A 光从空气进入该玻璃体后，其频率不变．故E 错误．故选ABD. 点睛：解决本题的突破口在于通过光的偏折程度比较光的折射率，知道折射率、频率、波长以及光在介质中的速度等大小关系.
10．D
【解析】
【详解】
A ．凸透镜可能成正立放大的像时，像和物在透镜的同侧，不可能在两侧，故A 错误；
B ．凹透镜，当物体为实物时，成正立、缩小的虚像，故B 错误；
C ．凸球面镜成缩小倒立的虚象，如汽车的观后镜，故C 错误；
D ．凹球面镜，当物体在焦点以内成放大正立的虚象，像和物在面镜的两侧，故D 正确； 故选D 。

11．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．
12．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
13．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 ．
14．C
【解析】
【详解】
A ．由图可知a 、b 光从玻璃砖射入空气时，均发生偏折，可知光子的动量发生变化，由动量定理可知都受到玻璃砖的作用力，A 正确；
B ．玻璃砖对a 光的折射率大于空气对a 光的折射率，根据c v n
=
可知，a 光在空气中的速度大；光子的动量 h P v
ν= 所以在玻璃砖内a 光的动量大于在空气中a 光的动量，B 正确；
C ．a 光的折射率比b 光的折射率大，则知a 光的频率比b 光的频率高，由
c v n
λν==⋅ 可知a 的波长小于b 的波长.a 的折射率大，由
1sin C n
=
可知a 的临界角小，C 错误； D ．由光路图看出，a 光的偏折角大于b 的偏折角，折射定律分析得知，a 光的折射率比b 光的折射率大，由折射率与光的频率的关系可知，a 的频率大；光子的动量
hn P c
ν= 则在玻璃中，a 光的动量大于在玻璃砖内b 光的动量，D 正确。

本题选错误的，故选C 。

15．A
【解析】
【详解】
(1)(2)折射光线是通过隔着玻璃砖观察成一条直线确定的，大头针间的距离太小，引起的角度会较大，故12P P 、及34P P 、之间的距离适当大些，可以提高准确度,故(1)正确，(2)错误；
(3)(5)入射角θ1尽量大些，折射角也会大些，折射现象较明显，角度的相对误差会减小，故
(3)正确，(5)错误；
(4)由几何知识可知，光线在上表面的折射角等于下表面的入射角，根据光路可逆性原理可知，光线一定会从下表面射出，折射光线不会在玻璃砖的内表面发生全反射，(4)错误； 综上分析可得仅(1)(3)正确，故选A 。

16．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。

17．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。

18．B
【解析】
【分析】
【详解】
AC．由图看出a光的偏折程度大于b光，所以根据折射定律得知：玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率，折射率大则频率大，则a光的频率大，AC错误；
B．根据公式
c
v
n
=可知a光的折射率较大，则在玻璃砖中，a光的速度小于b光的速度，
则在玻璃砖中传播的时间a光比b光长，B正确；
D．旋转前，发生折射过程是由玻璃射向空气中，而旋转180°后，发生的折射过程是由空气射向玻璃，故光线会发生变化，D错误。

故选B。

19．D
【解析】
【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O1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O1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 fλ
=，知波长变大，故B错误；
C、若沿AO1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．
20．ADE
【解析】
【详解】
A.根据光速不变原理是：真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的，故A正确；
B.根据
c
v
n
=，且红光在玻璃砖中的折射率小，则有红光在玻璃砖中的传播速度比紫光在
玻璃砖中的传播速度大，故B错误；
C.在机械波传播过程中，介质中质点的振动速度和波的传播速度并不相同，故C错误；
D.根据多普勒效应可知，声源与观察者相对靠近，观察者所接收的频率大于声源发出的频率,故D正确；
E.依据麦克斯韦的电磁理论可知，变化的电场也一定会产生磁场，变化的磁场会一定产生电场，故E正确；
故选ADE。