2024版高中同步新教材选择性必修第一册人教物理备课资源第1节第1课时 光的折射.docx

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1、2024版高中同步新教材选择性必修第一册人教物理备课资源第四章光1光的折射第1课时光的折射基础过关练题组一光的折射的理解1.下列说法正确的是()A.光从一种介质进入另一种介质时,一定会发生偏折B.光从空气进入其他介质时,折射角大于入射角C.光从空气进入其他介质时,速度要减小D.折射是指光的传播方向发生改变的现象2.(2022江苏海安学业质量监测)一束光从空气射到水面上,下列光路图中可能正确的是()题组二折射率、折射定律的理解3.关于折射率,下列说法中不正确的是()A.根据n=sin1sin2可知,介质的折射率与入射角的正弦成正比B.根据n=sin1sin2可知,介质的折射率与折射角的正弦成反比

2、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n=cv可知,介质中的光速与介质的折射率成反比4.(2023重庆八中月考)如图所示,一束单色光从介质1射入介质2,在介质1、2中的速度分别为v1、v2,频率分别为f1、f2,则()A.v1v2C.f1v2,A错误,B正确。故选B、D。5.C在入射角i相同的情况下,介质丙中光的折射角r最小,由n=sinisinr可知,介质丙对光的折射率最大,由n=cv可知,在介质丙中光的传播速度最小。故选C。6.B由于内侧面与外侧面平行,每个侧面相当于一块平行玻璃砖,穿过平行玻璃砖后光线与入射光线平行,但会发生侧移,B正确,A、C、D错误。7.B设光

3、线在P点的折射角为,由折射定律得n=sin0sin=3,解得=30,由几何知识可知光线在玻璃球中路径的长度为L=2R cos =3R,光线在玻璃球中的速度为v=cn=33c,光线在玻璃球中的传播时间为t=Lv=3Rc。故选B。8.B由光路图可知折射角大于入射角,所以光是从介质射向真空的,根据折射定律可得介质的折射率为n=sin60sin30=3=1.73,根据n=cv,解得光在介质中的传播速度为v=cn=31083 m/s=1.73108 m/s,由几何关系知,反射光线与折射光线成90角。综上分析可知,正确的组合是。故选B。易混易错折射率的定义式n=sin1sin2中1为真空中的光线与法线的夹

4、角,不一定是入射角;2为介质中的光线与法线的夹角,不一定是折射角。9.答案(1)30(2)510-7 m解析(1)由折射定律得n=sinisin,解得sin =12,则=30。(2)由n=cv和=vf,代入数据解得=510-7 m。10.答案(1)2(2)2Lc解析画出光路图,标出入射角及折射角,如图所示:(1)由光的折射定律得,棱镜的折射率n=sinisinr=sin45sin30=2(2)光在玻璃中的传播速度为v=cn由图可知光从进入棱镜到它第一次从BC边射入空气的路程为s=L2+L2=L经历的时间t=sv=Lnc=2Lc11.答案(1)3(2)2dc解题关键画出光路图,作出光射到各界面时

5、的法线,标出入射角及折射角,根据几何关系、折射定律等求解。解析(1)设光线在玻璃砖中的折射角为,第一次从玻璃砖中射出时在玻璃砖中经过的路程为s,如图由几何关系有s=dcos,x=ssin (-),解得=30根据折射定律可得n=sinsin=3(2)该光线第一次从玻璃砖中射出时在玻璃砖中传播的时间t=sv,又v=cn联立可得t=2dc能力提升练1.B2.B4.D5.A6.BD7.A8.D1.B池底的两个泳镜反射的光线由水射到空气,发生折射现象,折射角大于入射角,折射光线进入人眼,人眼逆着折射光线的方向看去,两泳镜看起来都比实际位置高,D错误;由于水对红光的折射率小于对蓝光的折射率,当池底的两个泳

6、镜反射的光线由水中射到空气中发生折射现象时,蓝光的折射角大一些,则蓝色泳镜看起来距离水面较近,A、C错误,B正确。故选B。2.B军事设施内的人从内壁左侧能最大范围观察右边的目标,光路如图所示。由几何关系有sin r=LL2+d2=12,解得r=30;根据折射定律有sinisinr=n,解得i=45,则最大张角为=2i=90,故A、C、D错误,B正确。3.答案(1)455(2)2.5 m解析(1)电灯发光恰好照射到水池底部左侧拐角P点的光路图如图所示。入射角的正弦sin i=ll2+02=45由几何关系得LOB=(H-h) tan i=4 m,LOA=L-LOB=2 m折射角的正弦sin r=L

7、OA2+LOA2=55透明液体的折射率n=sinisinr=455(2)若池内装满透明液体,电灯发光照射到水池底最右侧光路如图中虚线所示则照射到水池底区域宽度x=L-H tan r解得x=2.5 m4.D由折射光路可知,a光的偏折程度较小,则玻璃砖对a光的折射率较小,a光的频率较小,由=cf可知a光的波长较大,A、B错误;设光在玻璃砖的上表面的入射角为i、折射角为r,在下表面的入射角为i、折射角为r,由几何关系知r=i,则由折射率公式n=sinisinr=sinrsini,得i=r,说明两束光从玻璃砖下表面射出时平行,不会相交,C错误;玻璃砖对a光的折射率较小,根据n=cv可知,在该玻璃砖中a

8、光的传播速度比b光的大,D正确。故选D。5.A蓝光的频率比红光的大,则三棱镜对蓝光的折射率比对红光的折射率大,光路如图所示。故选A。6.BD同一介质对不同频率的光折射率不同,折射率随频率的增大而增大,即玻璃对紫光的折射率比对红光的折射率大,紫光在玻璃中的偏折程度较大,从B点射出的是紫光,A错误,B正确;在不同介质中光的频率不变,由于紫光在玻璃中的传播速度小于在真空中的传播速度,根据v=f可知,紫光在玻璃中的波长比其在真空中的波长小,C错误;光路如图所示:设任一束光的入射角为i,折射角为r,光在玻璃中的传播路程为s,半圆柱体玻璃的横截面半径为R,光在玻璃中的传播速度为v=cn,s=2R sin

9、r,则光在玻璃中的传播时间为t=sv=2Rnsinrc,由折射定律可知n sin r=sin i,即t=2Rsinic,两束光的入射角相同,所以两束光分别在OB、OC段传播时所用的时间相等,D正确。故选B、D。7.A由几何关系可得,光线在E点的入射角为=60,由题知,光线在E点的折射角为=30,由折射定律可得n=sinsin=3,光的传播路径如图所示:由几何关系可得,E点的折射光线和BC垂直,光在M点的入射角为30。光线在该透明均匀介质中的传播速度v=cn=c3,光线在该透明均匀介质中传播的路程为s=EM=2R sin 60=3R,所以光线在该透明均匀介质中传播的时间为t=sv=3Rc,故选A

10、。8.D如图所示,根据光的折射定律有sinisin=v1v2,由几何关系知sin =d2d22+2,以上两式联立可解得h=d10081sin2i18sini,D正确。9.答案(1)4dc(2)433d解析(1)根据题意,由折射定律画出光路图,如图所示光从空气射入玻璃砖,由折射定律有n=sin60sinr=3,解得sin r=12,即r=30由几何关系,光在玻璃砖内传播的距离为s=2dcosr=433d光在玻璃砖内传播速度为v=cn=33c则光束通过玻璃砖的时间为t=sv=4dc(2)根据几何关系,由图可知,P点与P点的距离等于M、N之间的距离。则x=ON-OM=2d tan 60-2d tan

11、 30=433d10.答案(1)3(2)rc解析(1)由题意作出光路图,如图所示:由CQ=32r,得CQO=30,所以i=60由几何知识得=60=i由光路的可逆性,得=,又因为PDO=QOC=60,+=PDO,所以=30玻璃对该光的折射率n=sinsin=3(2)由几何知识可知,光在玻璃中传播的路程为s=PQ=OCcos=33r由n=cv,可得光在玻璃中的传播速度v=33c该光穿过玻璃砖所用的时间t=sv=rc11.答案(1)45(2)2410-10 s(3)424 nm解析(1)画出光路图如图所示:由几何关系知光线从透明球体中射出时的折射角=15+30=45(2)因为OB=OC=R,所以=由

12、折射定律可得i=45则BOM=i=45由几何关系可得+=COP+BOM=60则=30由折射定律可得n=sinisin=2在OBC中,BC=2R cos 30=62 cm又v=cn=31082 m/s所以光在透明球体中的传播时间t=BCv=410-10 s(3)n=cv=0,所以=0n=424 nm第四章光1光的折射第2课时实验:测量玻璃的折射率基础过关练题组一实验步骤与注意事项1.(2022河南郑州期末)如图所示,在“测定玻璃的折射率”的实验中,下列说法正确的是()A.用手拿起玻璃砖时,应拿“光学面”B.使用玻璃砖的BC、CD两个侧面,加以合理操作,也可测得折射率C.选用粗的大头针完成实验会减

13、小实验误差D.仅用毫米刻度尺也能计算玻璃的折射率2.(2023黑龙江哈师大附中期末)在做“测定玻璃的折射率”的实验中,先在白纸上放好玻璃砖,如图所示,aa和bb分别是玻璃砖与空气的两个界面,用“+”表示大头针的位置。(1)在玻璃砖的一侧垂直于纸面插上大头针P1和P2,然后在另一侧透过玻璃砖观察,插上大头针P3、P4,实验时应使P3挡住,P4应挡住。(2)图中AO表示经过大头针P1和P2的光线,该光线与界面aa交于O点,MN表示法线。请将光路图画完整,并在图中标出光线进入玻璃砖发生折射现象时的入射角1和折射角2。(3)该玻璃砖的折射率可表示为n=。(用1和2表示)(4)在实验中,几个同学发生了争

14、论,他们的意见如下,其中正确的是。A.为了提高测量精确度,P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大一些B.为了提高测量精确度,入射角应适当大些C.P1、P2之间距离的大小跟测量精确度无关题组二实验数据处理及误差分析3.(2023湖南长郡中学月考)某同学做“测玻璃折射率”实验时,在白纸上放好前、后表面平行的玻璃砖,玻璃砖厚度为L,得到如图所示的入射光线与折射光线(CD边出射光线未画出),若测出入射角i=60,折射角r=30,光在真空中的速度为c,则()A.玻璃砖的折射率n=3B.光在玻璃中传播的时间为2LcC.光在玻璃中传播的时间为23L3cD.若实验时误将玻璃砖沿CA方向平移了一小段距离,其他

15、操作无误,则测得的折射率将偏大4.(2023江苏阜宁中学期中)在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,甲、乙二位同学在纸上画出的界面aa、bb与玻璃砖位置的关系分别如图甲、乙所示,其中甲同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖。他们的其他操作均正确,且均以aa、bb为界面画光路图。则甲同学测得的折射率与真实值相比(选填“偏大”“偏小”“不变”或“三种情况都有可能出现”),乙同学测得的折射率与真实值相比(选填“偏大”“偏小”“不变”或“三种情况都有可能出现”)。能力提升练题组一测量其他形状玻璃砖的折射率1.如图所示,某同学用插针法测定一半圆形玻璃砖的折射率。先把半圆形玻璃砖放在平铺的白纸上,用铅

16、笔画出直径所在的位置MN、圆心O以及玻璃砖圆弧线(图中半圆实线);再垂直纸面插入大头针P1、P2确定入射光线,并让入射光线过圆心O;最后在玻璃砖圆弧线另一侧垂直纸面插大头针P3,使P3挡住P1、P2的像。移走玻璃砖,作出与圆弧线关于MN对称的半圆虚线,过O点作垂直于MN的直线作为法线;连接O、P2、P1,交半圆虚线于B点,过B点作法线的垂线交法线于A点;连接O、P3,交半圆实线于C点,过C点作法线的垂线交法线于D点。(1)测得AB的长度为l1,AO的长度为l2,CD的长度为l3,DO的长度为l4。计算玻璃砖折射率n的公式是n=(选用l1、l2、l3或l4表示)。(2)该同学在插大头针P3前,不

17、小心将玻璃砖以O为轴顺时针转过一个小角度,该同学测得的玻璃砖的折射率将(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。题组二数据处理与创新实验设计2.(2023重庆南开中学期末)长方体形状的玻璃砖有一个表面镀银(光线不能透过),现利用“插针法”测定此玻璃砖的折射率。如图甲所示,实验时,先将玻璃砖平放到水平面内的白纸上,镀银面与纸面垂直。贴着玻璃砖前后两个面在纸上画出直线m1m2和k1k2,其中m1m2侧为镀银面。然后在白纸上竖直插上两枚大头针P1、P2。(1)准备插第三枚大头针时,应在侧观察(选填“m1m2”或“k1k2”)。(2)插第三枚大头针时,这枚大头针应。A.只挡住P1的像B.只挡住P2的像C.同

18、时挡住P1和P2的像(3)插完所需大头针,在图甲上补全光路的示意图。图乙为光路的一部分,A1、B1均为光路上的点,分别过A1、B1作直线k1k2的垂线,垂足分别为A2、B2,已知图中A1O=B1O,则玻璃砖的折射率可表示为。A.A2OB2OB.B2OA2OC.A1A2B1B2D.B1B2A1A23.(2023河南新郑高级中学期末)如图所示,一个学生用广口瓶和刻度尺测定水的折射率,填写下述实验步骤中的空白。(1)用游标卡尺测出广口瓶瓶口内径d。(2)在瓶内装满水。(3)将刻度尺沿瓶口边缘插入水中。(4)沿广口瓶边缘向水中刻度尺正面看去,恰能看到刻度尺的0刻度线(即图中A点),同时看到水面上B刻度

19、线的像B恰与A点的像重合,如图。(5)若水面恰与刻度尺的C刻度线相平,读出和的长度。(6)由题中所给条件,可以计算水的折射率为。4.(2022重庆巴蜀中学期中)某同学在做“测定玻璃的折射率”的实验时已经画好了部分图线,如图甲所示,并在入射光线AO上插上大头针P1、P2,现需在玻璃砖另一侧插上大头针P3和P4,便能确定从玻璃砖射出的光线。(1)确定P3位置的方法正确的是;A.透过玻璃砖,P3挡住P2的像B.先插上P4大头针,在靠近玻璃砖一侧使P3挡住P4的位置C.透过玻璃砖观察,使P3挡住P1、P2的像(2)作出光线在玻璃砖中和出射后的光路图,并画出玻璃砖中光线的折射角2;(3)经过多次测量,作

20、出sin 1-sin 2的图像如图乙,玻璃的折射率为;(保留3位有效数字)(4)若该同学在确定P4位置时,被旁边同学碰了一下,不小心把P4位置画得偏左了一些,则测出来的折射率;(填“偏大”“偏小”或“不变”)(5)该同学突发奇想用两块同样的玻璃直角棱镜ABC来做实验,两者的AC面是平行的,大头针P1、P2的连线垂直于AB面,若操作无误,则在图中右边的大头针应该是。A.P3、P6B.P3、P8C.P5、P6D.P7、P85.(2023浙江效实中学期中)小明同学为了测量某长方体透明物质的折射率,用黑纸制作了一个顶角为60的圆锥形纸筒,在顶点内侧固定一发光二极管(可看成点光源),用支架悬挂在桌面上方

21、,如图甲所示。然后进行了如下操作:A.用游标卡尺测量出待测长方体的厚度d;B.在桌面上铺一张白纸,接通电源使二极管发光,用铅笔描出在白纸上被照亮的圆形光斑的边缘;C.把被测长方体平放在白纸上,调整支架使圆锥纸筒上下移动,直到照在白纸上的光斑再次充满已经描下的区域,测量出圆锥纸筒移动的距离,记为h;D.计算出该材料的折射率n;E.改变初始时圆锥纸筒距离白纸的高度,重复步骤B、C、D,求出折射率的平均值。根据上述实验过程,回答下列问题:(1)用游标卡尺测量厚度时,示数如图乙所示,则透明长方体的厚度为d=cm。(2)在步骤C中,为了达到实验要求,应该向(选填“上”或“下”)调整圆锥纸筒。(3)多次测

22、量后小明发现h=12d,则该长方体透明物质的折射率n为。(结果可用根式表示)答案与分层梯度式解析第四章光1光的折射第2课时实验:测量玻璃的折射率基础过关练1.BD玻璃砖的光学面不能用手直接接触,否则会影响接触面的平整,影响折射率的测定,A错误;使用玻璃砖的BC、CD两个侧面,用同样的方法确定入射光线和折射光线,也能测得折射率,故B正确;选用粗的大头针完成实验时,容易导致测量光线和实际光线有偏差,增大实验误差,C错误;在测量数据时,仅用毫米刻度尺,根据三角形的边角关系,也能得到入射角与折射角的正弦值,从而计算折射率,D正确。2.答案(1)P1、P2的像P3和P1、P2的像(2)见解析(3)sin

23、1sin2(4)AB解析(1)根据实验原理,实验时应使P3挡住P1、P2的像,P4应挡住P3和P1、P2的像。(2)依题意,作出光路图如图所示(3)根据光路图,由折射定律可得该玻璃砖的折射率为n=sin1sin2(4)根据实验原理,大头针间的距离太小,会引起较大的角度误差,故P1、P2及P3、P4之间的距离应适当大些,可以提高实验精确度,A正确,C错误;入射角适当大些,折射角也会大些,折射现象较明显,角度的相对误差会减小,B正确。故选A、B。3.AB由折射定律,玻璃砖的折射率n=sinisinr=sin60sin30=3,A正确;光在玻璃中传播的距离为s=Lcosr=Lcos30=233L,光

24、在玻璃中传播的速度为v=cn=3c3,光在玻璃中传播的时间为t=sv=233L3c3=2Lc,B正确,C错误;若实验时误将玻璃砖沿CA方向平移了一小段距离,如图所示由图可知,i=i,r=r,测得的折射率将等于真实值,D错误。故选A、B。4.答案偏小不变解析如图甲,甲同学作出的折射光线为2,而实际折射光线为1,可见测出的折射角r偏大,则由折射定律n=sinisinr可知,甲同学测得的折射率与真实值相比偏小。乙同学测折射率时,只要操作正确,测得的折射率就等于真实值,测量的结果与玻璃砖的形状无关。能力提升练1.答案(1)l1l3(2)偏大解析(1)设圆的半径为R,由几何知识得入射角的正弦为sin i

25、=sin AOB=ABBO=l1R折射角的正弦为sin r=sin DOC=DCOC=l3R根据折射定律n=sinisinr=l1l3。(2)该同学在插大头针P3前不小心将玻璃砖以O为轴顺时针转过一个小角度,折射光线将顺时针转动,而作图时其边界和法线不变,则入射角不变,折射角减小,由折射率公式可知,测得的玻璃砖的折射率将偏大。2.答案(1)k1k2(2)C(3)A解析(1)由于m1m2表面镀银,光线不能透过,要得到折射光线,只能利用m1m2面将光反射,使光线再次在k1k2面上发生折射,此时折射光线从k1k2面射出,则准备插第三枚大头针时,应在k1k2侧观察。(2)插第三枚大头针时,这枚大头针应

26、同时挡住P1和P2的像,故选C。(3)插好大头针P3、P4后,画出折射光线,找到折射光线与k1k2的交点O,初始的入射光线与k1k2交点记为O,找到OO的中点M,作直线MNm1m2,垂足为N,则ON、NO为光线在玻璃砖中的光路。完整光路的示意图如图1所示。光线在k1k2面入射时,角度关系如图2所示。根据折射定律可得n=sinisinr=A2OA1OB2OB1O=A2OB2O,故选A。3.答案(3)竖直(5)ACAB(或BC)(6)d2+AC2d2+(ABAC)2或d2+AC2d2+BC2解题关键在光路图中画出法线,标出各个角,利用几何关系和折射定律求解。解析(3)将刻度尺沿瓶口边缘竖直插入水中

27、。(5)若水面恰与刻度尺的C刻度线相平,读出AC和AB(或BC)的长度。(6)设从A点发出的光线射到广口瓶边缘水面处的入射角为i,折射角为r,根据数学知识可知sin i=dd2+AC2,sin r=dd2+BC2水的折射率为n=sinrsini根据对称性有BC=BC=AB-AC联立得n=d2+AC2d2+(ABAC)2或d2+AC2d2+BC24.答案(1)C(2)图见解析(3)1.49(4)偏小(5)C解析(1)确定P3位置的方法是:透过玻璃砖观察,使P3挡住P1、P2的像,故选C;(2)光路如图所示:(3)根据n=sin1sin2可知,sin 1- sin 2图线的斜率等于折射率,所以玻璃

28、的折射率为n=10.67=1.49;(4)若把P4位置画得偏左了一些,则P4、P3的连线与bb的交点偏右,测得的折射角2会偏大,根据n=sin1sin2可知,测出的折射率偏小;(5)光路图如图所示:根据光路图可知,右边的大头针应该是P5、P6,故选C。5.答案(1)1.230(2)上(3)132解析(1)透明长方体的厚度为d=12 mm+60.05 mm=12.30 mm=1.230 cm(2)因为透明物质的折射率大于空气的折射率,所以光线发生折射,圆形光斑区域变小,为了达到步骤C的要求,应该向上调整圆锥纸筒。(3)如图所示,由题可知圆锥形纸筒的顶角为60,所以=30,ACB=60,AB=h=d2,BF=d,由几何关系可得DE=DF-FE=dtan60-d2tan60=36d则sin DCE=DEDC=36dd2+36d2=1313根据折射定律得n=sinsinDCE=132