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周末作业7　光的折射、全反射
(总分:60分)
1.(5分)如图所示，一均质的冰块中含有一长方体空气柱。现有一束红、绿复合激光在冰块中从空气柱左边射入，从右边射出。则下列选项中光路图正确的是 (　B　)
解析：冰相对于空气来说是光密介质，光从冰射入空气折射时，折射角大于入射角，所以光线向上偏折，光路向上平移;又因为绿光比红光的折射率大，因此绿光比红光偏折得更厉害。故选B。
2.(5分)图甲为太阳光穿过转动的六角形冰晶形成“幻日”的示意图，图乙为太阳光穿过六角形冰晶的过程，a、b是其中两种单色光的光路，则在冰晶中 (　B　)
A.a的折射率比b的大
B.a的临界角比b的大
C.a的传播速度比b的小
D.a的波长比b的小
解析：由题图可知a的偏折程度比b小，可知a的折射率比b的小，故A错误;根据sin C=可知，a的临界角比b的大，故B正确;根据v=可知，a的传播速度比b的大，故C错误;a的频率较小，则a的波长比b的大，故D错误。
3.(5分)光纤通信中信号传播的关键载体是光导纤维。如图所示，某单色光进入长为L的光导纤维中传播，内芯材料的折射率为n1，外套材料的折射率为n2。已知光在真空中速度为c，下列说法正确的是 (　D　)
A.n1B.光在光导纤维中传播的速度为
C.光在光导纤维中传播的最短时间为
D.光在光导纤维中传播的最短时间为
解析：发生全反射的条件之一为从光密介质射向光疏介质，故n1>n2，故A错误;当光线在内芯中沿直线传播时，距离最短，此时光在光导纤维中传播的时间最短，传播的速度v=，最短时间为tmin==，故B、C错误，D正确。
4.(5分)沙漠中地面附近的空气温度变化明显，导致空气密度的分布不均，光线传播过程中可能发生折射与全反射现象，从而出现海市蜃楼的奇景。如图所示，在光线从实物到人眼的传播过程中，下列说法正确的是 (　D　)
A.空气对光的折射率逐渐增大
B.空气对光的折射率先增大后减小
C.光的频率先增大后减小
D.光的传播速度先增大后减小
解析：光线下行过程中，折射角逐渐增大，上行过程中，折射角逐渐减小，则空气对光的折射率先减小后增大，故A、B错误;光的频率由光源决定，光发生折射时，光的频率不变，故C错误;根据v=，光线传播过程中，光的传播速度先增大后减小，故D正确。
5.(5分)如图，一透明圆柱体轴线上有一点光源向下底面发射红光，下底面恰好有一半的面积有光透出。不考虑二次反射，则下列做法可以使下底面透出光的面积变大的是 (　A　)
A.将点光源向上移动
B.将点光源向下移动
C.将点光源向左移动
D.将点光源发出的光改为绿光
解析：设光线在底面A点刚好发生全反射，如图甲所示，
将点光源向上移动，由于全反射临界角不变，则刚好发生全反射的底面A点向左移动，即底面透出光的圆形半径变大，则底面透出光的面积变大，故A正确;将点光源向下移动，由于全反射临界角不变，则刚好发生全反射的底面A点向右移动，即底面透出光的圆形半径变小，则底面透出光的面积变小，故B错误;将点光源向左移动，则图乙中透出光的圆形向左移动，不会使底面透出光的面积变大，故C错误;将点光源发出的光改为绿光，由于绿光的频率大于红光的频率，圆柱体对绿光的折射率大于对红光的折射率，根据全反射临界角公式sin C=，可知绿光发生全反射的临界角小于红光发生全反射的临界角，则底面透出光的圆形半径变小，底面透出光的面积变小，故D错误。
6.(5分)图甲为由细小玻璃珠及反射层制成的玻璃微珠反光膜，它能将射向它的部分光逆向照回(反射光线和入射光线方向相反)，常被用于无光源的道路标志线、标志牌中，以增强反光效果。图乙为一光线照射到半径为R的玻璃微珠后被逆向照回的光路图，已知所用玻璃的折射率n=，光在真空中的传播速度为c，则该光在玻璃微珠中的传播时间为 (　D　)
A. B.
C. D.
解析：如图所示，光线从球面上的A点射入，入射角为α，折射角为β，根据折射定律有n=，由几何关系知α=2β，解得β=30°，α=60°，光在玻璃微珠中的传播路程s=4Rcos 30°=2R，光在玻璃微珠中的传播速度v=，光在玻璃微珠中的传播时间t==，故选D。
7.(5分)(多选)如图所示，彩虹在水中的倒影十分清晰。关于彩虹的成因及倒影，下列说法正确的是 (　BD　)
A.彩虹的成因是光的反射
B.彩虹的成因是光的折射
C.彩虹的倒影是由光的折射引起的
D.彩虹的倒影是由光的反射引起的
解析：彩虹的成因是光的折射，故A错误，B正确;倒影的形成是因为光在水面上发生了反射，故C错误，D正确。
8.(5分)(多选)如图所示，将激光对准瓶上的喷水口水平照射，在偏下位置形成光斑。激光束沿水流方向发生了弯曲，光被完全限制在水流内，出现了“水流导光”现象。为更容易发生“水流导光”现象，可以 (　BD　)
A.减小喷出的水流速度
B.增大喷出的水流速度
C.改用折射率小的液体
D.改用折射率大的液体
解析：为了更容易发生“水流导光”现象，需要增大入射角，可以通过增大喷出的水流速度，水流射程增大，即增大了激光射出水流时的入射角。也可以减小液体的临界角，根据sin C=可得，可以改用折射率大的液体。故选B、D。
9.(8分)如图甲所示，用插针法测定玻璃砖折射率:
(1)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度大(选填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。
(2)在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图乙所示，从图线可知玻璃砖的折射率是1.5。
(3)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丙中①、②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偏小(选填“偏大”“偏小”或“不变”);乙同学测得的折射率与真实值相比不变(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
解析：(1)为了减小折射角的测量误差，应使折射光线适当长些，即应选用宽度大的玻璃砖来测量。
(2)根据折射率n=，可知图像斜率的倒数等于n，即n===1.5。
(3)甲同学所作折射光线(虚线)与实际折射光线(实线)如图所示，此时所测折射角比实际折射角偏大，所以甲同学测得的折射率与真实值相比偏小。虽然乙同学所用的是梯形玻璃砖，但在操作正确的情况下不影响入射角和折射角的测量，所以乙同学测得的折射率与真实值相比不变。
10.(12分)如图甲所示，倒挂的彩虹被叫作“天空的微笑”，实际上它不是彩虹，而是日晕，又称“环天顶弧”，是由薄而均匀的卷云里面大量扁平的六角片状冰晶(如图乙)折射形成，因为大量六角片状冰晶的随机旋转而形成“环天顶弧”。如图丙所示，从O点与上表面成α=30°角入射的一束绿光从M点射出，已知O点到右侧面的距离为L=5 cm，冰晶厚度为d=5 cm。已知光在真空中传播的速度为c=3.0×108 m/s。求:
(1)该冰晶对绿光的折射率n0;
(2)该绿光在冰晶里的运动的时间t。
答案：(1)　(2)×10-9 s
解析：(1)由几何关系可知，折射角的正弦值sin θ==，入射角90°-α=60°，
折射率n0==。
(2)绿光在冰晶中的传播速度v==×108 m/s，运动时间t==×10-9 s。(共24张PPT)
第四章　光
周末作业7　光的折射、全反射
1.(5分)如图所示，一均质的冰块中含有一长方体空气柱。现有一束红、绿复合激光在冰块中从空气柱左边射入，从右边射出。则下列选项中光路图正确的是 (　 　)
解析：冰相对于空气来说是光密介质，光从冰射入空气折射时，折射角大于入射角，所以光线向上偏折，光路向上平移;又因为绿光比红光的折射率大，因此绿光比红光偏折得更厉害。故选B。
B
2.(5分)图甲为太阳光穿过转动的六角形冰晶形成“幻日”的示意图，图乙为太阳光穿过六角形冰晶的过程，a、b是其中两种单色光的光路，则在冰晶中 (　 　)
A.a的折射率比b的大
B.a的临界角比b的大
C.a的传播速度比b的小
D.a的波长比b的小
B
解析：由题图可知a的偏折程度比b小，可知a的折射率比b的小，故A错误;根据sin C=可知，a的临界角比b的大，故B正确;根据v=可知，a的传播速度比b的大，故C错误;a的频率较小，则a的波长比b的大，故D错误。
3.(5分)光纤通信中信号传播的关键载体是光导纤维。如图所示，某单色光进入长为L的光导纤维中传播，内芯材料的折射率为n1，外套材料的折射率为n2。已知光在真空中速度为c，下列说法正确的是 (　 　)
A.n1B.光在光导纤维中传播的速度为
C.光在光导纤维中传播的最短时间为
D.光在光导纤维中传播的最短时间为
D
解析：发生全反射的条件之一为从光密介质射向光疏介质，故n1>n2，故A错误;当光线在内芯中沿直线传播时，距离最短，此时光在光导纤维中传播的时间最短，传播的速度v=，最短时间为tmin==，故B、C错误，D正确。
4.(5分)沙漠中地面附近的空气温度变化明显，导致空气密度的分布不均，光线传播过程中可能发生折射与全反射现象，从而出现海市蜃楼的奇景。如图所示，在光线从实物到人眼的传播过程中，下列说法正确的是 (　 　)
A.空气对光的折射率逐渐增大
B.空气对光的折射率先增大后减小
C.光的频率先增大后减小
D.光的传播速度先增大后减小
D
解析：光线下行过程中，折射角逐渐增大，上行过程中，折射角逐渐减小，则空气对光的折射率先减小后增大，故A、B错误;光的频率由光源决定，光发生折射时，光的频率不变，故C错误;根据v=，光线传播过程中，光的传播速度先增大后减小，故D正确。
5.(5分)如图，一透明圆柱体轴线上有一点光源向下底面发射红光，下底面恰好有一半的面积有光透出。不考虑二次反射，则下列做法可以使下底面透出光的面积变大的是 (　 　)
A.将点光源向上移动
B.将点光源向下移动
C.将点光源向左移动
D.将点光源发出的光改为绿光
A
解析：设光线在底面A点刚好发生全反射，如图甲所示，
将点光源向上移动，由于全反射临界角不变，则刚好发生全反射的底面A点向左移动，即底面透出光的圆形半径变大，则底面透出光的面积变大，故A正确;将点光源向下移动，由于全反射临界角不变，则刚好发生全反射的底面A点向右移动，即底面透出光的圆形半径变小，则底面透出光的面积变小，故B错误;将点光源向左移动，
则图乙中透出光的圆形向左移动，不会使底面透出光的面积变大，故C错误;将点光源发出的光改为绿光，由于绿光的频率大于红光的频率，圆柱体对绿光的折射率大于对红光的折射率，根据全反射临界角公式
sin C=，可知绿光发生全反射的临界角小于红光发生全反射的临界角，则底面透出光的圆形半径变小，底面透出光的面积变小，故D错误。
6.(5分)图甲为由细小玻璃珠及反射层制成的玻璃微珠反光膜，它能将射向它的部分光逆向照回(反射光线和入射光线方向相反)，常被用于无光源的道路标志线、标志牌中，以增强反光效果。图乙为一光线照射到半径为R的玻璃微珠后被逆向照回的光路图，已知所用玻璃的折射率n=，光在真空中的传播速度为c，则该光在玻璃微珠中的传播时间为(　 　)
A. B.
C. D.
D
解析：如图所示，光线从球面上的A点射入，入射角为α，折射角为β，根据折射定律有n=，由几何关系知α=2β，解得β=30°，α=60°，光在玻璃微珠中的传播路程s=4Rcos 30°=2R，光在玻璃微珠中的传播速度v=，光在玻璃微珠中的传播时间t==，故选D。
7.(5分)(多选)如图所示，彩虹在水中的倒影十分清晰。关于彩虹的成因及倒影，下列说法正确的是 (　 　)
A.彩虹的成因是光的反射
B.彩虹的成因是光的折射
C.彩虹的倒影是由光的折射引起的
D.彩虹的倒影是由光的反射引起的
解析：彩虹的成因是光的折射，故A错误，B正确;倒影的形成是因为光在水面上发生了反射，故C错误，D正确。
BD
8.(5分)(多选)如图所示，将激光对准瓶上的喷水口水平照射，在偏下位置形成光斑。激光束沿水流方向发生了弯曲，光被完全限制在水流内，出现了“水流导光”现象。为更容易发生“水流导光”现象，可以 (　 　)
A.减小喷出的水流速度
B.增大喷出的水流速度
C.改用折射率小的液体
D.改用折射率大的液体
BD
解析：为了更容易发生“水流导光”现象，需要增大入射角，可以通过增大喷出的水流速度，水流射程增大，即增大了激光射出水流时的入射角。也可以减小液体的临界角，根据sin C=可得，可以改用折射率大的液体。故选B、D。
9.(8分)如图甲所示，用插针法测定玻璃砖折射率:
(1)如果有几块宽度大小不同的平行玻璃砖可供选择，为了减小误差，应选用宽度大(选填“大”或“小”)的玻璃砖来测量。
(2)在该实验中，光线是由空气射入玻璃砖，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图乙所示，从图线可知玻璃砖的折射率是1.5。
大
1.5
解析：(1)为了减小折射角的测量误差，应使折射光线适当长些，即应选用宽度大的玻璃砖来测量。
(2)根据折射率n=，可知图像斜率的倒数等于n，即n===1.5。
(3)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丙中①、②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偏小(选填“偏大”“偏小”或“不变”);乙同学测得的折射率与真实值相比不变(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。

偏小
不变
解析：(3)甲同学所作折射光线(虚线)与实际折射光线(实线)如图所示，此时所测折射角比实际折射角偏大，所以甲同学测得的折射率与真实值相比偏小。虽然乙同学所用的是梯形玻璃砖，但在操作正确的情况下不影响入射角和折射角的测量，所以乙同学测得的折射率与真实值相比不变。
10.(12分)如图甲所示，倒挂的彩虹被叫作“天空的微笑”，实际上它不是彩虹，而是日晕，又称“环天顶弧”，是由薄而均匀的卷云里面大量扁平的六角片状冰晶(如图乙)折射形成，因为大量六角片状冰晶的随机旋转而形成“环天顶弧”。如图丙所示，从O点与上表面成α=30°角入射的一束绿光从M点射出，已知O点到右侧面的距离为L=5 cm，冰晶厚度为d=5 cm。已知光在真空中传播的速度为c=3.0×108 m/s。求:
(1)该冰晶对绿光的折射率n0;
答案：(1)　
解析：(1)由几何关系可知，折射角的正弦值sin θ==，入射角90°-α=60°，折射率n0==。
(2)该绿光在冰晶里的运动的时间t。
答案：(2)×10-9 s
解析：(2)绿光在冰晶中的传播速度v==×108 m/s，运动时间t==×10-9 s。
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