选修1高中物理《光的折射》单元测试题含答案

选修1高中物理《光的折射》单元测试题含答案
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
2．一束光线从空气射向折射率为3的玻璃球面，入射角为60°，如图所示，经过界面的折射和反射，光线通过玻璃球后又射入空气.则从玻璃球射入空气的光线( )
A．与入射光线不可能相交
B．与入射光线可能反向平行
C．总共只有三条光线
D．可能有无数条光线
3．如图所示，一单色光由介质Ⅰ射入介质Ⅱ，在界面MN上发生偏折．下列说法正确的是（）
A．该光在介质Ⅰ中传播的速度大
B．该光在介质Ⅱ中传播的速度大
C．该光在介质Ⅰ中和介质Ⅱ3
D．该光在介质Ⅱ中和介质Ⅰ3
4．把用相同玻璃制成的厚度为d的正方体a和半径亦为d的半球体b，分别放在报纸上，且让半球的凸面向上．从正上方分别观察a、b中心处报纸上的字，下列的观察记录正确的是（）
A．a中的字比b中的高
B．b中的字比a中的高
C．一样高
D．a中的字较没有玻璃时高，b中的字和没有玻璃时一样
5．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v1与介质Ⅱ中波速v2满足：12
21
sin
sin
v
v
θ
θ
=
6．如图所示，一细束白光通过玻璃三棱镜折射后分为各种单光色，取其中a、b、c三种色光，下列说法正确的是（）
A．a光的频率最低
B．在真空中b光的波长最长
C．玻璃对c光的折射率最大
D．在三棱镜中c光传播速度最大
7．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n3
B
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
8．如图所示，从点光源S发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象，在光屏的ab间形成一条彩色光带。

下列说法中正确的是()
A．a侧是红光，b侧是紫光
B．在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长
C．三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率
D．在三棱镜中a侧光的速率比b侧光小
9．如图所示，O1O2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O1O2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．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ab面射入棱镜,又从ac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 3
B3C．
3
2
D
23
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．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．光线从折射率为2的介质中射向空气，如果入射角为60°，下图中光路可能的是()
A．B． C．
D．
14．光刻机是生产大规模集成电路的核心设备，光刻机的曝光波长越短，分辨率越高。

“浸没式光刻”是一种通过在光刻胶和投影物镜之间加入浸没液体，从而减小曝光波长、提高分辨率的技术。

如图所示，若浸没液体的折射率为1.44，当不加液体时光刻胶的曝光波长为193nm，则加上液体时光刻胶的曝光波长变为（）
A．161 nm B．134 nm C．93nm D．65nm
15．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
16．如图所示，等腰三角形ABC为一棱镜的横截面，顶角A为θ。

一束光线从AB边入射，从AC边射出，已知入射光线与AB边的夹角和出射光线与AC边的夹角相等，入射光线与出射光线的夹角也为θ。

则该棱镜的折射率为（）
A．
1 sin
2
θ
B．
2 sinθ
C．
1 2cos
2
θ
D．2cos
2
θ
17．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AO 1方向（O 1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 ．O 1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AO 1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
18．以往，已知材料的折射率都为正值（n>0）．现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值（n< 0），称为负折射率材料．位于空气中的这类材料，入射角i 与折射角r 依然满足
sin sin i
n r
=，但是折射线与入射线位于法线的同一侧（此时折射角取负值）．现空气中有一上下表面平行的负折射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出．若该材料对此电磁波的折射率n=−1，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是（ ）
A ．A
B ．B
C ．C
D ．D
19．圆形玻璃砖的横截面如图所示， O 点为圆心，OO′为直径MN 的垂线，足够大的光屏PQ 与直径MN 垂直并接触于N 点，已知半圆形玻璃砖的半径R=10cm ，折射率3n =，
一细束激光沿半径方向射向圆心O 点，入射光线与OO′夹角030，光屏PQ 上出现两个光
斑，则这两个光斑之间的距离为( )
A ．
203
3
cm B ．53cm
C ．
403
3
cm D ．203
20．如图所示，12O O 是半圆柱形玻璃体的对称面和纸面的交线，A 、B 是关于12O O 轴等距且平行的两束不同单色细光束，从玻璃体右方射出后的光路如图所示，MN 是垂直于12O O 放置的光屏，沿12O O 方向不断左右移动光屏，可在屏上得到一个光斑P ，根据该光路图，
下列说法正确的是（ ）
A ．该玻璃体对A 光的折射率比对
B 光的折射率小 B ．A 光的频率比B 光的频率高
C ．在该玻璃体中，A 光比B 光的波长长
D ．在真空中，A 光的波长比B 光的波长长 E.A 光从空气进入该玻璃体后，其频率变高
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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】
作出光路图如图所示．已知入射角160θ=︒，根据折射定律得：1
2
sin sin n θθ=
．可得：折射角2sin 0.5θ=．由几何关系可知3230θθ==︒．光线通过B 点反射后，再由几何关系和折射角可知，从A 点射出的光线折射角为60°．根据几何知识可知出射光线与入射光线平行，由图看出玻璃球内总共只有三条光线．综上分析，BC 正确．
3．BD 【解析】 【分析】 【详解】
AB ．由图知光在介质Ⅱ中的折射角较大，则介质Ⅱ为光疏介质，光在介质Ⅱ中传播的速度大，故A 错误，B 正确；
CD ．介质Ⅰ相对介质Ⅱ的折射率为n =sin 603sin 30︒
=︒
Ⅱ中和介质Ⅰ中传播的速
3，故C 错误，D 正确。

故选BD 。

4．AD 【解析】
如图所示，放在b 中的字反射的光线经半球体向外传播时，传播方向不变，故人看到字的
位置是字的真实位置．而放在a中的字经折射，人看到的位置比真实位置要高所以看到a 中的字比b中的字高，AD正确BC错误．
【点睛】判断光的折射现象，要对折射的定义理解清楚，光从一种透明介质斜射入另一种透明介质中时，传播方向一般会发生改变，这是光的折射，当光线垂直入射时，传播方向不改变．
5．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
θ
θ
==
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．
6．AC
【解析】
【分析】
【详解】
AB．由光路图可知，a光的偏折程度最小，则a光的折射率最小，a光的频率最低，据
c
λ
υ
=知，a光在真空中波长最长，故A项正确，B项错误；
CD．由光路图可知，c光的偏折程度最大，c光的折射率最大；根据
c
v
n
=，c光在棱镜中传播速度最小，故C项正确，D项错误。

7．AC
【解析】 【分析】 【详解】
A ．玻璃砖的折射率
sin sin 603sin 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
32cos s nL L 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 。

8．BCD 【解析】 【详解】
ABC ．由题图可以看出，a 侧光偏折得较厉害，三棱镜对a 侧光的折射率较大，所以a 侧光是紫光，波长较短，b 侧光是红光，波长较长，A 错误，BC 正确； D ．又v ＝c
n
，所以三棱镜中a 侧光的传播速率小于b 侧光的传播速率，D 正确。

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
sin
2sin2
sin45
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．B
【解析】
【分析】
【详解】
光路图如图所示：
根据几何关系得入射角30
i=，折射角303060
r=+=
由折射定律得
3
sin2
3
1
sin
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.
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
2
α
；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
sin2
sin sin
22
i
n
αθ
αα
==
故选A。

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
2
sin
i
n
r
==
有
sin1
sin
2
i
r
n
==
则
30
r=
由几何关系及对称性，有
()2
2
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．C
【解析】
【分析】
【详解】
先根据sin C ＝1/n 求出临界角为45°，由于入射角等于60°大于临界角，则必定发生全反射，因此只有反射光线而无折射光线．
思路分析：介质为光密介质，空气为光疏介质，当入射角大于临界角时会发生全反射现象 试题点评：本题考查了全反射中的临界角
14．B
【解析】
【分析】
【详解】 加上液体时光刻胶的曝光波v f λ=，光在液体中的传播速度为c v n
=，不加液体时0c λf =联立得
00193nm 134nm 1.44
v c f n c n λλλ=
=⨯==≈ 故B 正确，ACD 错误。

故选B 。

15．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 。

16．D
【解析】
【分析】
【详解】
根据题意画出光路图如图：
因为入射光线与
AB 边的夹角和出射光线与AC 边的夹角相等，则
r αβ==
三角形为等腰三角形，DF 、EF 为法线，则
2180(180)r αβθ+==︒-︒-
解得
2r θ=
又由几何关系得 222i i i r i θαβθ=-+-=-=-
所以
i θ=
所以折射率
sin sin 2cos sin 2sin 2
i n r θθθ=
== 选项D 正确，ABC 错误。

故选D 。

17．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．
18．B
【解析】
【分析】
【详解】
AD ．本题给定信息“光的折射光线和入射光线位于法线的同侧”，无论是从光从空气射入介质，还是从介质射入空气，都要符合此规律，故A 、D 错误．
BC ．折射率为-1，由光的折射定律可知，同侧的折射角等于入射角，故B 正确，C 错误． 19．C
【解析】
【分析】
光线在AB 面上发生反射和折射，在水平屏幕MN 上出现两个光斑，根据折射定律结合几何关系求出两个光斑之间的距离．
【详解】
画出如图光路图，
设折射角为r ，根据折射定律：sinr n sin θ
= 则得：3330sinr nsin sin θ==︒=
解得：60r =︒
根据几何关系，两个光斑之间的距离为：
34060301031033
L PN NQ Rtan Rtan cm =+=︒+︒==，故C 正确，ABD 错误；
【点睛】
对于几何光学，作出光路图是解答的关键的依据，要注意运用结合几何知识研究两个光斑间的距离．
20．ACD
【解析】
【详解】
ABD ．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A 、D 正确，B 错误；
C ．设同一光线在真空中的波长为λ0，在玻璃体中的波长为λ，折射率为n ，则
0c n v λλ
=
=， 得： 0n
λλ= 在真空中，A 光的波长比B 光的波长长，而玻璃体对A 光的折射率比对B 光的折射率小，由λ=λ0/n 知，在该玻璃体中，A 光比B 光的波长长．故C 正确；
E. 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．。