光的折射(较难)

一．选择题（共1小题）1．光从空气中斜射到一块水平透明玻璃板上，设入射角为α，反射光线跟折射光线之间的夹角为β．则下列说法正确的是（ ）A．β随α的减小而增大B．β随α的增大而增大C．当α=30°时，β在120°到150°之间D．当α=30°时，β可能大于150°二．填空题（共2小题）2．如图所示，人在a点看到b处似乎有一条鱼，如果他要在a处用手电筒的光照亮水里的鱼则手电筒的光应朝向 处．（先填b、c、e、d）3．小王在河边玩耍看见清澈的河底部有一个黑色的鹅卵石，他想用手中的激光手电筒去照亮鹅卵石，则激光束应对着鹅卵石的 照射（选填：上方、下方、正对方向）．三．解答题（共8小题）4．海市蜃楼和海滋同现蓬莱5月7日在我市蓬莱海域上空出现了极为罕见的海市蜃楼和海滋奇观．两种幻景同现为历史首次，约有10万市民和游客有幸目睹了这一奇观．由于不明白产生这种奇观的科学原因，古人认为是蜃（蛟龙）所吐之气形成的．实际上，海市蜃楼和海滋都是光学现象，只不过前者是来之万里之外的异地景色，而后者多是本地景色．我们知道，通常情况下，空气的密度随高度的增加而减小．当光线穿过不同高度的空气层时，会引起折射现象，但这种折射在我们日常生活中已经习惯了，所以不觉得有什么异常，可是当空气层温度变化发生反常时，由于空气是热的不良导体，温度的显著变化会引起空气层密度发生显著差异，从而导致与通常不同的折射和全反射，这就会产生海市蜃楼．空气密度差异情况不同，海市蜃楼的形式也不同，最常见的为上现蜃景和下现蜃景．无论哪种蜃景都出现在炎热无风的天气，如果大风刮起，这些景色就会消失的无影无踪．阅读上文，回答下列问题：（1）概括指出海市蜃楼是一种什么光学现象；（2）文中提到“空气密度差异情况不同，海市蜃楼的形式也不同”．请你选择文中两种形式中的一种来说明空气密度的变化情况及原因．5．小明喜欢看星星，听奶奶讲“牛郎织女”的故事．有一天晚上，小明突然想：星星为什么老是眨呀眨的呢？难道它们能一会儿发光，一会儿不发光？不可能！那又是为什么呢？为了研究这个问题，小明收集了下面这些光现象，或许可以从中找到原因．（1）在野外围着篝火烧烤，隔着篝火会看到对面的人好像在晃动．（2）在哈哈镜前会看到自己大变样．（3）夏天，可以看到柏油路上好像有一股水汽在上升，隔着水汽看到对面的东西好像在晃动．问题一：你觉得小明收集的这些现象当中，有哪些与星星眨眼问题相似？你觉得它们的相似点在哪里？问题二：你现在知道为什么星星会眨眼睛了吗？请你想一下，在月球上看到的星星会眨眼吗？为什么？问题三：美国的哈勃天文望远镜是科学家们花费了很大的力气才送上天去的．然后通过无线电波把图象传回地球，它无论是制造还是维护都非常昂贵，科学家们为什么要把天文望远镜送到天上去？这样做有什么好处？6．已知鱼缸里只有一条金鱼，某同学从鱼缸的一角（∠C的角平分线方向）观察，却看到了如图所示的景象．（1）为了方便说明产生上述景象的原因，请你针对如图抽象出便于解决问题的物理模型（用图表示）；（2）金鱼的实际位置大约是在A处、B处或是在∠C的角平分线上？（3）利用你所抽象出的物理模型，用简单的光路图说明上述景象的成因（可用文字加以补充说明）．7．小明同学在做光的反射和折射的实验时，他在第一次实验中，将一束光从空气斜射入玻璃，并将入射光线、反射光线和折射光线的位置画出来；第二次，他将同样的一束光沿第一次反射光线的位置反向射向玻璃，发现此时的反射光线与第一次反画的入射光线重合，这个现象说明： ；第三次，他将同样的一束光沿第一次折射光线的反方向由玻璃射向空气，发现此时的折射光线与第一次所画的 光线重合，这说明： ．8．在探究“光从空气斜射入水和油时，哪种液体对光的偏折本领较大”的实验中，小明提出如下实验方案：先让一束入射光从空气直接斜射入透明的空水槽中，记录下光斑位置（如图所示）；接着分别倒入水和油，记录对应的光斑位置，再通过分析就可得到实验结论．经讨论，同学们认为这一方案是可行的，于是进行了探究实验．（1）要实现探究目标，他们应选择图中的 （选填字母序号）两图示实验；（2）实验时，同学们在水槽底部贴上一把自制纸质刻度尺，这样做的目的是为了 ．（3）某小组同学正确实验后，所记录的三次光斑的相对位置如图所示，经分析可知：光从空气斜射入水和油时， 对光的偏折本领较大．9．阅读短文，回答问题．彩虹彩虹是大气中一种光学现象，当阳光照射都半空中的水珠时，光线被折射和反射，在天空形成彩带．研究光线经过水珠的传播规律，可揭示彩虹形成的原因，如图甲所示，光线从点C进入半径为R的水珠，经点D反射，再从点E射出，AB是通过水珠球心O且与入射太阳光平行的直线，用x表示进入水珠的光线距AB的距离，α表示射出光线与AB的夹角，画出过入射点和球心O的直线（即该入射点的法线），进一步研究可以得出α与x的关系如图乙所示，入射的太阳光分布是均匀的，但射出的光线分布是不均匀的，在α最大时强度最大，能被地面上的人观察到．牛顿发现，太阳光通过三棱镜后被分解成七种单色光．当太阳光进入水珠时，也产生类似效果．从同一点进入水珠的不同色光在水珠中沿不同路径传播，致使不同色光的α的最大值略有不同．由于不同色光的α最大值略有不同，对某一水珠来讲只能有一种颜色的光被地面上的人看到，进入人眼的不同颜色的光来自内外不同弧线的水珠，所以人眼看到的彩虹由外圈至内圈呈红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色．1．在图甲中，如果连接OD，则∠CDO （＞/=/＜）∠ODE．2．根据图乙可知，x从0增加到R的过程中，α的变化情况是 ．A．增大 B．先增大后减小 C．减小 D．先减小后增大3．如图甲所示，光线从空气进入水珠的折射角随x增大而 ．4．图乙给出的是红色的α﹣x图象，其α最大值是42°，则紫光的α最大值 （大于/等于/小于）42°．5．图丙中画出了红光通过小水珠时α最大值的光路．请在图丁中画出红光通过大水珠（虚线圈）时α最大值的光路．（图丁中已画出小水珠的光路）10．请画出图中，在水中A点看到空中飞机S的像S′的光路图．11．如图，A是水中的一个发光点，从A发出一条光线经平面镜反射后，反射光线通过B点，并在水面处发生折射．请画出入射光线、反射光线和折射光线的大致方向．一．选择题（共1小题）1．（2004•河北）光从空气中斜射到一块水平透明玻璃板上，设入射角为α，反射光线跟折射光线之间的夹角为β．则下列说法正确的是（ ）A．β随α的减小而增大B．β随α的增大而增大C．当α=30°时，β在120°到150°之间D．当α=30°时，β可能大于150°【解答】解：根据题意画出光路图．由图知，当α减小时，反射角和折射角都会减小，所以反射光线和折射光线都会靠近法线，因此反射光线和折射光线的夹角会增大．所以A说法正确．当α增大时，反射角和折射角都会增大，所以反射光线和折射光线都会远离法线，因此反射光线和折射光线的夹角将会减小，所以B说法错误．当α=30°时，而反射角等于入射角为30°，所以反射光线与玻璃表面的夹角是90°﹣30°=60°．而折射角要小于入射角，所以折射角小于30°但大于0°，因此折射光线与玻璃面的夹角大于60°但小于90°．所以反射光线与折射光线的夹角大于60°+60°=120°，而小于60°+90°=150°．所以C正确，D错误．故选A、C．二．填空题（共2小题）2．（2012秋•五常市校级期中）如图所示，人在a点看到b处似乎有一条鱼，如果他要在a处用手电筒的光照亮水里的鱼则手电筒的光应朝向　b　处．（先填b、c、e、d）【解答】解：看到水中的鱼，是鱼身上的光折射入人眼，所以根据光路是可逆的，要用手电筒照鱼的话，直接对准所看到的鱼照射，即b处．故答案为：b．3．小王在河边玩耍看见清澈的河底部有一个黑色的鹅卵石，他想用手中的激光手电筒去照亮鹅卵石，则激光束应对着鹅卵石的　正对方向　照射（选填：上方、下方、正对方向）．【解答】解：连接AB，过折射点做法线，根据光从空气斜射入水中，折射角小于入射角画出折射光线的位置，虽然人看到的B点是鹅卵石的虚像，鹅卵石的实际位置在B点的正下方，因为激光在进入水的时候也会发生折射，所以照着B点，激光也就刚好落在鹅卵石上了．如图所示：故答案为：正对方向．三．解答题（共8小题）4．（2006•烟台）海市蜃楼和海滋同现蓬莱5月7日在我市蓬莱海域上空出现了极为罕见的海市蜃楼和海滋奇观．两种幻景同现为历史首次，约有10万市民和游客有幸目睹了这一奇观．由于不明白产生这种奇观的科学原因，古人认为是蜃（蛟龙）所吐之气形成的．实际上，海市蜃楼和海滋都是光学现象，只不过前者是来之万里之外的异地景色，而后者多是本地景色．我们知道，通常情况下，空气的密度随高度的增加而减小．当光线穿过不同高度的空气层时，会引起折射现象，但这种折射在我们日常生活中已经习惯了，所以不觉得有什么异常，可是当空气层温度变化发生反常时，由于空气是热的不良导体，温度的显著变化会引起空气层密度发生显著差异，从而导致与通常不同的折射和全反射，这就会产生海市蜃楼．空气密度差异情况不同，海市蜃楼的形式也不同，最常见的为上现蜃景和下现蜃景．无论哪种蜃景都出现在炎热无风的天气，如果大风刮起，这些景色就会消失的无影无踪．阅读上文，回答下列问题：（1）概括指出海市蜃楼是一种什么光学现象；（2）文中提到“空气密度差异情况不同，海市蜃楼的形式也不同”．请你选择文中两种形式中的一种来说明空气密度的变化情况及原因．【解答】解：（1）由短文可知：海市蜃楼是光的折射和全反射现象（2）空气密度差异情况不同，海市蜃楼的形式也不同：①上现蜃景：通常空气的密度随高度的增加而减小，又由于水的比热较大，在同样受热的情况下海水温度较低，那么靠近海面的空气温度也低．再由于空气是热的不良导体，因而会出现空气层温度下面低上面高现象而且差别很大，导致空气密度下面大上面小而且差异显著；②下现蜃景：通常空气的密度随高度的增大而减小，可是在沙漠地区由于泥沙的比热小，在同样受热；情况下升温快，那么靠近沙漠的空气温度高．又由于空气是热的不良导体，因而会出现空气层温度下面高上面低现象，导致空气密度下面小上面大．5．小明喜欢看星星，听奶奶讲“牛郎织女”的故事．有一天晚上，小明突然想：星星为什么老是眨呀眨的呢？难道它们能一会儿发光，一会儿不发光？不可能！那又是为什么呢？为了研究这个问题，小明收集了下面这些光现象，或许可以从中找到原因．（1）在野外围着篝火烧烤，隔着篝火会看到对面的人好像在晃动．（2）在哈哈镜前会看到自己大变样．（3）夏天，可以看到柏油路上好像有一股水汽在上升，隔着水汽看到对面的东西好像在晃动．问题一：你觉得小明收集的这些现象当中，有哪些与星星眨眼问题相似？你觉得它们的相似点在哪里？问题二：你现在知道为什么星星会眨眼睛了吗？请你想一下，在月球上看到的星星会眨眼吗？为什么？问题三：美国的哈勃天文望远镜是科学家们花费了很大的力气才送上天去的．然后通过无线电波把图象传回地球，它无论是制造还是维护都非常昂贵，科学家们为什么要把天文望远镜送到天上去？这样做有什么好处？【解答】解：问题一：我们看到的星星大多是恒星，它们都能发光发热，恒星发来的光穿过大气层的时候，由于各个不同高度的大气层密度不同，也会发生折射．同时，又由于各个地方大气的密度都在不断变化，这就使得星光偏折的方向不是一定的，而是在不断变化，一会儿左，一会儿右，一会儿前，一会儿后．这样，到达你眼睛的星光就会一会儿强，一会儿弱．你就觉得恒星的光忽明忽暗，成了一闪一闪的了．而（1）与（3）也是由于空气密度不均匀，光的折射形成的．而（2）是由于哈哈镜的表面凹凸不平，反射面不平而造成的现象．故答案为：（1）（3）与星星眨眼相似，相似点就是因为空气的密度不均匀，光的折射形成．问题二：因为光的折射就是指光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折，但因为月球表面没有空气，所以就不存在光从一种介质斜射入另一种介质现象．故答案为：不会，因为月球表面没有空气问题三：因为光的折射现象，更准确地观察太空中的星星，“天上”真空环境下没有光的折射影响．故答案为：利用哈勃望远镜在太空中对外太空进行观察时，可以避免空气的干扰，好处是更准确．6．已知鱼缸里只有一条金鱼，某同学从鱼缸的一角（∠C的角平分线方向）观察，却看到了如图所示的景象．（1）为了方便说明产生上述景象的原因，请你针对如图抽象出便于解决问题的物理模型（用图表示）；（2）金鱼的实际位置大约是在A处、B处或是在∠C的角平分线上？（3）利用你所抽象出的物理模型，用简单的光路图说明上述景象的成因（可用文字加以补充说明）．【解答】解：（1）某同学从鱼缸的﹣角（∠C的角平分线方向）观察，却看到了两条金鱼，为了方便说明产生上述景象的原因，抽象出便于解决问题的物理模型，如下图所示：（2）当金鱼位于鱼缸两玻璃侧面夹角平分线附近一定范围内时，光从水分别通过两玻璃侧面进入空气，发生光的折射，根据光从光疏物质传播到光密物质时，折射光线偏向法线，分别成像，这两个像分别向两侧面靠近，而通过两个侧面的折射光线都能进入人眼，如下图所示．这时就会看到两条金鱼，由图可知，金鱼的实际位置大约是在∠C的角平分线上．答：金鱼的实际位置大约是在∠C的角平分线上．（3）一个是经水面折射成虚像；一个是经侧壁折射成虚像由于空气和水的折射率不一样，所以你看到两个图象，光的传播虽然不需要介质，但在不同条件下，传播的速度也就不同，如真空中光速为：299792458m/s，但在空气中，速度为真空中的4/5；在水中，为真空中的3/4；在玻璃中，速度为真空中的2/3．因为不同条件下光速不同，所以光传播的路径会发生改变，即折射．折射的强弱与不同条件下的折射率有关!如果是浅水，物体也会在水面从下往上成像，所以鱼看到两个影像．就和镜子面前的你看到两个自己一样．7．小明同学在做光的反射和折射的实验时，他在第一次实验中，将一束光从空气斜射入玻璃，并将入射光线、反射光线和折射光线的位置画出来；第二次，他将同样的一束光沿第一次反射光线的位置反向射向玻璃，发现此时的反射光线与第一次反画的入射光线重合，这个现象说明：　在反射现象中光路是可逆的　；第三次，他将同样的一束光沿第一次折射光线的反方向由玻璃射向空气，发现此时的折射光线与第一次所画的　入射光线　光线重合，这说明：　在折射现象中光路也是可逆的　．【解答】解：在第一次实验中，将一束光从空气斜射入玻璃，并将入射光线、反射光线和折射光线的位置画出来；第二次，他将同样的一束光沿第一次反射光线的位置反向射向玻璃，发现此时的反射光线与第一次反画的入射光线重合，这个现象说明：在反射现象中光路是可逆的；第三次，他将同样的一束光沿第一次折射光线的反方向由玻璃射向空气，发现此时的折射光线与第一次所画的入射光线重合，说明在折射现象中光路也是可逆的．故答案为：在反射现象中光路是可逆的；入射光线；在折射现象中光路也是可逆的．8．（2011•三明）在探究“光从空气斜射入水和油时，哪种液体对光的偏折本领较大”的实验中，小明提出如下实验方案：先让一束入射光从空气直接斜射入透明的空水槽中，记录下光斑位置（如图所示）；接着分别倒入水和油，记录对应的光斑位置，再通过分析就可得到实验结论．经讨论，同学们认为这一方案是可行的，于是进行了探究实验．（1）要实现探究目标，他们应选择图中的　B、D　（选填字母序号）两图示实验；（2）实验时，同学们在水槽底部贴上一把自制纸质刻度尺，这样做的目的是为了　记录每一次光斑的位置　．（3）某小组同学正确实验后，所记录的三次光斑的相对位置如图所示，经分析可知：光从空气斜射入水和油时，　油　对光的偏折本领较大．【解答】解：（1）根据控制变量法的思想，要探究水和油对光的偏折本领大小，必须控制入射角和液面的高度相同，符合条件的有B、D两图；（2）在水槽底部贴上一把自制纸质刻度尺，目的是为了记录液体对光的偏折的光斑的位置，比较液体对光的偏折程度，体现了转换法的思想；（3）根据记录，油中光斑的位置距离空气比较远，因此油对光线的偏折程度大，对光的偏折本领较大．故答案为：（1）B、D；（2）记录每一次光斑的位置；（3）油．9．（2013•盐城）阅读短文，回答问题．彩虹彩虹是大气中一种光学现象，当阳光照射都半空中的水珠时，光线被折射和反射，在天空形成彩带．研究光线经过水珠的传播规律，可揭示彩虹形成的原因，如图甲所示，光线从点C进入半径为R的水珠，经点D反射，再从点E射出，AB是通过水珠球心O且与入射太阳光平行的直线，用x表示进入水珠的光线距AB的距离，α表示射出光线与AB的夹角，画出过入射点和球心O的直线（即该入射点的法线），进一步研究可以得出α与x的关系如图乙所示，入射的太阳光分布是均匀的，但射出的光线分布是不均匀的，在α最大时强度最大，能被地面上的人观察到．牛顿发现，太阳光通过三棱镜后被分解成七种单色光．当太阳光进入水珠时，也产生类似效果．从同一点进入水珠的不同色光在水珠中沿不同路径传播，致使不同色光的α的最大值略有不同．由于不同色光的α最大值略有不同，对某一水珠来讲只能有一种颜色的光被地面上的人看到，进入人眼的不同颜色的光来自内外不同弧线的水珠，所以人眼看到的彩虹由外圈至内圈呈红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色．1．在图甲中，如果连接OD，则∠CDO　=　（＞/=/＜）∠ODE．2．根据图乙可知，x从0增加到R的过程中，α的变化情况是　B　．A．增大 B．先增大后减小 C．减小 D．先减小后增大3．如图甲所示，光线从空气进入水珠的折射角随x增大而　增大　．4．图乙给出的是红色的α﹣x图象，其α最大值是42°，则紫光的α最大值　小于　（大于/等于/小于）42°．5．图丙中画出了红光通过小水珠时α最大值的光路．请在图丁中画出红光通过大水珠（虚线圈）时α最大值的光路．（图丁中已画出小水珠的光路）【解答】解：1．因为O是小水珠的球心，所以如果连接OD，则OD即为法线，则则∠CDO=∠ODE．2．由图象可知，x从0增加到R的过程中，α的变化情况是先增大后减小．3．由光的折射规律结合图甲可知，光线从空气进入水珠的折射角随x增大而增大．4．由于不同色光的α最大值略有不同，对某一水珠来讲只能有一种颜色的光被地面上的人看到，进入人眼的不同颜色的光来自内外不同弧线的水珠，所以人眼看到的彩虹由外圈至内圈呈红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色．所以当红色的α﹣x图象，其α最大值是42°，则紫光的α最大值应小于42°．5．图丁中已画出小水珠的光路，然后根据光的反射和折射定律，画出红光通过大水珠（虚线圈）时α最大值的光路，如下图所示：故答案为：1．=；2B；3．增大；4．小于；5．见下图10．（2012•河南模拟）请画出图中，在水中A点看到空中飞机S的像S′的光路图．【解答】解：从S发出的光线在水面发生折射，射向A点，且折射角小于入射角，将折射光线反向延长，在S的正上方即为飞机S的像S′，如图所示：11．（2011•抚顺）如图，A是水中的一个发光点，从A发出一条光线经平面镜反射后，反射光线通过B点，并在水面处发生折射．请画出入射光线、反射光线和折射光线的大致方向．【解答】解：（1）作出发光点A关于平面镜的对称点，即为像点A′，连接A′B点交平面镜于点O，沿OB画出反射光线，连接AO画出入射光线，如图所示；（2）OB又斜射到空气和水的界面时，根据光的折射定律：折射光线、入射光线和法线在同一平面内，折射光线与入射光线分居法线两侧，从水斜射入空气中，折射角大于入射角．作图如下：。