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已7世纪
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物理光学
折射与全反射(含实验)
考点一:光的反射与折射
例1.(2014福建)如图,一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖,O点为该玻璃砖截面的圆心,如
确描述其光路的是
【练习1】光射到两种不同介质的分界面,分析其后的传播情形可知
折射现象的出现说明光的
要介质
发生折射现象时光沿曲线传播
折射光
光的传播方向总是不同的
发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同
练习2】如图所示,井口大小和深度相同的两口井
枯井
是水井(水面在井
两井底部各
水井中的青蛙觉得井口大些,晴天的夜晚,水井中的青蛙
更多的星
B.枯井中的青蛙觉得井口大些,晴天的夜晚,水井中的青蛙能看到更多的星星
C.水井中的青蛙觉得井口小些,晴天的夜晚,枯井中的青蛙能看到更多
D.两只青蛙觉得井口一样大,晴天的夜晚,水井中的青蛙能看到更多的
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例2.(2015福建)如
束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光
分别为入、入
玻璃对单色光a、b的折射率分别为n
例3.(2015重庆)虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反
射形成的,可利用白光照
射玻璃球来说明.两束平行白光照射到透明玻璃球后,在水平的白色桌面上会形成MN和PQ两条彩
带,光路如图所
N、P、Q点的颜色分别为(
白光
光
NP
Q
D.紫、红、紫、红
练习3】(多选)如图为一矩形透明砖
两种不同的光从上面斜射,已知两光线与透明
表面的夹角相等,图中的虚线为两入射点连线的中垂线
两束光线在玻璃砖内的交点
虚线的右侧,贝
质中甲光的传播速度大于乙光的传播速度
两种不同的光在真空中的传播速度相同
将甲光线逆时针转动
光可能不会从下表面射
光的折射率小于乙光的折射率
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练习4
孩站在宽6m的河辶
他正对面的岸边有一距离河面高度为
树,树
方河底有一块石头,小孩
看去,同时看到树顶和
者的像
小孩的眼睛离河面
高为
如图所
试估算河
考点二:光的折射与全反射
例
5新课标I〕(多选)如图,一東光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖,在玻璃砖底
的入射角为0,经折射后射出a、b两束光线。则(
在玻璃中,a光的传播速度小于b光的传播速度
B.在真空中,a光的波长小于b光的波长
C.玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率
D.若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大,则折射光线a首先消
分别用a、b光
双缝干涉实验装置上做实验,a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距中小学教育资源及组卷应用平台
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物理光学（一）
折射与全反射（含实验）
考点一：光的反射与折射
例1.（2014
福建）如图，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，点为该玻璃砖截面的圆心，如图能正确描述其光路的是（　　）
A．
B．
C．
D．
【例1答案】A
【解析】
垂直射向玻璃时，光线不发生偏折，到达玻璃底面时，若入射角大于临界角则发生反射，没有折射光线。故A有可能，A正确；由空气射向玻璃，时光疏介质射向光密介质，不可能发生全反射，没有折射光线。故B错误；若光线到达玻璃的底面时入射角小于临界角则同时发生折射和反射，但应该空气中的折射角大于玻璃中的入射角，故C错误；由空气射向玻璃时，同时发生折射和反射，但应该玻璃中的折射角小于空气中的入射角，故D错误。
【练习1】光射到两种不同介质的分界面，分析其后的传播情形可知(　　)
A．折射现象的出现说明光的传播需要介质
B．发生折射现象时光沿曲线传播
C．折射光与入射光的传播方向总是不同的
D．发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同
【练习1答案】D
【解析】
光可以在真空中传播，即介质并不是必需的，故A选项错误；发生折射现象时光仍沿直线传播，只是一般情况下折射光线与入射光线方向不在同一直线上，故B选项错误；当光垂直射到两种不同介质的分界面时，折射光线与入射光线的传播方向是相同的，故C选项错误；当光射到两种不同介质的分界面时会发生折射现象，这是因为不同介质对光的(绝对)折射率n＝不同，即光在不同介质中的传播速度不同，故D选项正确．
【练习2】如图所示，井口大小和深度相同的两口井，一口是枯井，一口是水井(水面在井口之下)，两井底部各有一只青蛙，则（　　）
A．水井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
B．枯井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
C．水井中的青蛙觉得井口小些，晴天的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星
D．两只青蛙觉得井口一样大，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
【练习2答案】B
【解析】
这是一道典型的视野问题，解决视野问题的关键是确定边界光线和确定是谁约束了视野等．如本题中由于井口边沿的约束，而不能看到更大的范围，据此作出边界光线如图所示．
由图可看出α＞γ，所以水井中的青蛙觉得井口小些；β＞α，所以水井中的青蛙可看到更多的星星。
例2.（2015
福建）如图，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光，波长分别为、，该玻璃对单色光的折射率分别为，则（　　）
A．
B．
C．
D．
【例2答案】B
【解析】
由光路图可知，光的偏折程度较小，光的偏折程度较大，则光的折射率小，光的折射率大。即。折射率越大，频率越大，波长越小，则知光的波长大，即。
例3.（2015
重庆）虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可利用白光照射玻璃球来说明．两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成和两条彩色光带，光路如图所示．点的颜色分别为（　　）
A．紫、红、红、紫
B．红、紫、红、紫
C．红、紫、紫、红
D．紫、红、紫、红
【例3答案】A
【解析】
七色光中白光中红光的折射率最小；紫光的折射率最大；故经玻璃球折射后红光的折射角较大；由玻璃球出来后将形成光带，而两端分别是红光和紫光；根据光路图可知说明点为紫光；点为红光。
【练习3】（多选）如图为一矩形透明砖，甲、乙两种不同的光从上面斜射，已知两光线与透明砖的上表面的夹角相等，图中的虚线为两入射点连线的中垂线，甲、乙两束光线在玻璃砖内的交点位于虚线的右侧，则（　　）
A．在同一介质中甲光的传播速度大于乙光的传播速度
B．甲、乙两种不同的光在真空中的传播速度相同
C．将甲光线逆时针转动，则甲光可能不会从下表面射出
D．甲光的折射率小于乙光的折射率
【练习3答案】ABD
【解析】
由题图看出甲光的折射角大，入射角相等，由折射定律n＝知，该透明砖对甲光的折射率小，选项D正确；又由v＝分析可知在同一介质中甲光的传播速度大于乙光的传播速度，选项A正确；不同频率的光在真空中的传播速度是相同的，选项B正确；甲光射到下表面时，入射角等于上表面的折射角，根据光路可逆性原理可知，光线一定从下表面射出，选项C错误．
【练习4】一小孩站在宽6
m的河边，在他正对面的岸边有一距离河面高度为3
m的树，树的正下方河底有一块石头，小孩向河面看去，同时看到树顶和石头两者的像且重合．若小孩的眼睛离河面高为1.5
m，如图所示，河水的折射率为，试估算河水深度．
【练习4答案】5.3
m
【解析】
光路如图所示
根据折射定律可知n＝，由几何关系得
1.5tan
α＋3tan
α＝6
解得
tan
α＝，sin
α＝
P点至树所在岸边的距离为
3tan
α＝4
m
由以上几式解得h≈5.3
m.
考点二：光的折射与全反射
例4.（2015
新课标Ⅱ）（多选）如图，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为，经折射后射出、两束光线。则（　　）
A．在玻璃中，光的传播速度小于光的传播速度
B．在真空中，光的波长小于光的波长
C．玻璃砖对光的折射率小于对光的折射率
D．若改变光束的入射方向使角逐渐变大，则折射光线首先消失
E．分别用、光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，光的干涉条纹间距大于光的干涉条纹间距
【例4答案】ABD
【解析】
光线的偏折程度大，根据折射定律公式，光线的折射率大；再根据公式，光线在玻璃中的传播速度小，故A正确，C错误；光线的折射率大，说明光线的频率高，根据，光线在真空中的波长较短，故B正确；若改变光束的入射方向使角逐渐变大，则折射光线的折射角先达到90°，故先发生全反射，先消失，故D正确；光线在真空中的波长较短，根据双缝干涉条纹间距公式，分别用、光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，光的干涉条纹间距小于光的干涉条纹间距，故E错误。
例5.（2014
天津）（多选）一束由两种频率不同的单色光组成的复色光从空气射入玻璃三棱镜后，出射光分成、两束，如图所示，则、两束光（　　）
A．垂直穿过同一块平板玻璃，光所用的时间比光长
B．从同种介质射入真空发生全反射时，光临界角比光的小
C．分别通过同一双缝干涉装置，光形成的相邻亮条纹间距小
D．若照射同一金属都能发生光电效应，光照射时逸出的光电子最大初动能大
【例5答案】AB
【解析】
由图可知，光的偏折角大于光的偏折角，故说明光的折射率大于光的折射率；故说明光的频率大于光的频率，光的波长小于光，在介质中光的波速小于光；
垂直穿过同一块玻璃时，不会发生折射，则经过的距离相同；因光的波速小；故光所用的时间长；故A正确；由可知，光的临界角要小于光的临界角；故B正确；由可知，光的干涉条纹小于光的干涉条纹；故C错误；由；由于光的频率小，故光光子能量小，则光照射时逸出的光电子最大初动能要小；故D错误。
例6.（2020
江苏）我国的光纤通信技术处于世界领先水平。光纤内芯（内层玻璃）的折射率比外套（外层玻璃）的　
　（选填“大”或“小”）。某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为43°，则该内芯的折射率为　
　。（取sin43°＝0.68，cos43°＝0.73，结果保留2位有效数字）
【例6答案】大；1.5
【解析】
光纤通信过程光从内层玻璃射向外层玻璃时要发生全反射，因此内层玻璃的折射率大于外层玻璃的折射率；根据临界角公式可知，玻璃的折射率
【练习5】（多选）关于全反射，下列说法中正确的是（　　）
A．发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线
B．光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射
C．光线从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射
D．水或玻璃中的气泡看起来特别亮，是因为一部分光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生了全反射
【练习5答案】CD
【解析】
光从光密介质射向光疏介质时，当入射角增大到某一角度后，折射光线完全消失，只剩下反射光线的现象叫全反射，故A、B错误，C正确；光从水或玻璃射向气泡时，一部分光线在界面发生了全反射，即反射光增强，透射光减弱，就使气泡看起来特别亮，D正确．
【练习6】如图所示为光线由空气进入全反射玻璃棱镜、再由棱镜射入空气的光路图．下列情况可以发生的是（　　）
【练习6答案】A
【解析】
光线垂直等腰直角三角形的某直角边射入玻璃棱镜时，在斜边发生全反射，故A正确．
【练习7】如图所示，一根长为L的直光导纤维，它的折射率为n，光从它的一个端面射入，又从另一端面射出所需的最长时间为多少？(设光在真空中的速度为c)
【练习7答案】
【解析】
由题中的已知条件可知，要使光线从光导纤维的一端射入，然后从它的另一端全部射出，必须使光线在光导纤维中发生全反射现象．要使光线在光导纤维中经历的时间最长，就必须使光线的路径最长，即光线对光导纤维的入射角最小，光导纤维的临界角为光在光导纤维中传播的路程为d＝＝nL。光在光导纤维中传播的速度为＝。所需最长时间为
tmax＝＝＝
【练习8】夏天，海面上下层空气的温度比上层空气的温度低．可以设想海面上的空气是由折射率不同的许多水平气层组成的．景物发出的光线由于不断被折射，越来越偏离原来的方向，人们逆着光线看去就出现了蜃景，如图所示．则下列说法正确的是（　　）
A．蜃景是景物由于海平面对光的反射所成的像
B．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率大
C．A是蜃景，B是景物
D．B是蜃景，A是景物
【练习8答案】C
【解析】
当大气层比较平静时，空气的密度随温度的升高而减小，对光的折射率也随之减小，海面上空气的温度比空中低，空气的折射率下层比上层大；远处的景物发出的光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较小的上一层的入射角越来越大，当光线的入射角大到临界角时，就会发生全反射现象，在地面附近的观察者就可以观察到由空中射来的光线形成的虚像，这就是海市蜃楼的景象，故选C。
【练习9】酷热的夏天，在平坦的柏油公路上你会看到一定距离之外，地面显得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎还能看到远处车、人的倒影，但当你靠近“水面”时，它也随你靠近而后退，对此现象正确的解释是（　　）
A．出现的是“海市蜃楼”，是由于光的折射造成的
B．“水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉
C．太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率大，发生全反射
D．太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率小，发生全反射
【练习9答案】D
【解析】
酷热的夏天地面温度高，地表附近空气的密度小，空气的折射率下小上大，远处车、人反射的太阳光由光密介质射入光疏介质发生全反射．
【全反射应用拓展】
1．全反射棱镜的作用及应用
(1)作用：横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜，全反射棱镜是一种特殊的棱镜，在光学仪器中用来改变光的方向．
(2)应用：对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜等，就需要用全反射棱镜代替平面镜，以消除多余的像．
2．光导纤维
(1)光导纤维的传播原理
光由一端进入，在两层的界面上经过多次全反射，从另一端射出．光导纤维可以远距离传播光，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像．如果把许多(上万根)光导纤维合成一束，并使两端的纤维按严格相同的次序排列．就可以传播图像．
(2)光导纤维的折射率
设光导纤维的折射率为n，当入射角为θ1时进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图所示，则有sin
C＝，n＝，C＋θ2＝90°，由以上各式可得sin
θ1＝.
由图可知：当θ1增大时，θ2增大，而从纤维射向真空中光线的入射角θ减小，当θ1＝90°时，若θ＝C，则所有进入纤维中的光线都能发生全反射，即解得n＝，以上是光从纤维射向真空时得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此光导纤维折射率要比大些．
3．透明体中的气泡看起来特别亮
光照射到透明体上时，光线绝大多数穿过透明体．若透明体中有气泡，进入透明体中的部分光线射到空气泡上时，由于透明体的折射率大于气泡的折射率，若入射角大于或等于临界角，这部分光会发生全反射，然后射入人眼，由于气泡处反射回来的光比没有气泡处强得多，所以气泡看起来特别亮．
4．海市蜃楼
(1)气候条件：当大气比较平静且海面与上层空气温差较大时，空气的密度随温度的升高而减小，对光的折射率也随之减小．因海面上的空气温度比空中低，空气的下层比上层折射率大．我们可以粗略地把空中的大气分成许多水平的空气层，如图所示．
(2)光路分析：远处的景物反射的光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较小的上一层的入射角越来越大，当光线的入射角增大到临界角时，就会发生全反射现象，光线就会从高空的空气层中通过空气的折射逐渐返回折射率较大的下一层．
(3)虚像的形成：当光线进入人的眼睛时，人总认为光是从其反向延长线方向发射而来的，所以地面附近的观察者就可以观察到虚像，且虚像成像于远处的半空中，这就是海市蜃楼．如图所示．
5．沙漠蜃景
夏日的正午烈日当头，沙漠表面被晒得非常热，其温度很快上升，由此沙漠地表处温度很高，故大气层下层空气密度小而上层空气密度逐渐增大，则从沙漠地面向上的空气的折射率由小到大连续变化．从远处物体或蓝色天空斜射向地面的光线进入折射率逐渐减小的热空气层被折射后，其折射角大于入射角且折射角与入射角均逐渐增大，使传播方向总要向上偏一些，而且入射光线可能在沙漠地面附近发生全反射．由于人眼不能看到光线的曲折，而是按直线进入人眼中的光线射来的方向看到物体，所以人看到这些光线好像是由他的前方射来的，于是人们就看到前方远处物体的倒影或者感觉到前方的沙漠中出现了一片蔚蓝发光的湖面(实际上是天空的虚像)，如图所示这就是“沙漠蜃景”形成的光路图．
考点三：测量折射率的实验
例7.（2019
天津卷）某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸．
(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度________
A．选用两光学表面间距大的玻璃砖
B．选用两光学表面平行的玻璃砖
C．选用粗的大头针完成实验
D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如图所示，其中实验操作正确的是________
(3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图16所示，则玻璃的折射率n＝________(用图中线段的字母表示)
【例7答案】(1)AD；(2)D；(3)
【解析】
(1)为了作图误差更小，应选用两光学表面间距大的玻璃砖，故A正确；根据折射定律可知，如果两个光学面不平行，不影响入射角与折射角的值，所以对折射率的测定结果不产生影响，故B错误；为了准确测量光路图，应选用较细的大头针来完成实验，选用粗的大头针完成实验时，容易出现观察误差，使光线实际并不平行，故C错误；插在玻璃砖同侧的大头针之间的距离适当大些时，相同的距离误差情况下引起的角度误差会减小，故D正确；
(2)由题图可知，选用的玻璃砖两光学表面平行，则入射光线应与出射光线平行，B、C错误；又光线在玻璃砖中与法线的夹角应小于光线在空气中与法线的夹角，A错误，D正确；
(3)由折射定律可知
n＝＝＝
【练习10】某同学由于没有量角器，他在完成了光路图后，以O点为圆心，10
cm为半径画圆，分别交线段OA于A点，交线段OO′的延长线于C点，过A点作法线NN′的垂线AB交NN′于B点，过C点作法线NN′的垂线CD交NN′于D点，如图所示．用刻度尺量得OB＝8
cm，CD＝4
cm，由此可得出玻璃的折射率n＝________
【练习10答案】1.5
【解析】
由题图可知
sin
∠AOB＝，sin
∠DOC＝，OA＝OC＝R
根据n＝知
n＝＝＝＝1.5
【练习11】用三棱镜做测定玻璃的折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出的大头针的位置和三棱镜轮廓如图所示．
(1)在本题的图上画出所需的光路；
(2)为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是________________，在图上标出它们；
(3)计算折射率的公式是n＝________
【练习11答案】(1)
；(2)
量角器量出i和r；(3)
【解析】
(1)光路图如图所示，画出通过P1、P2的入射光线，交AC面于O，画出通过P3、P4的出射光线交AB面于O′，连接O、O′，则光线OO′就是入射光线P1P2在三棱镜中的折射光线．
(2)在所画的图上注明入射角i和折射角r，并画出虚线部分，用量角器量出i和r(或用直尺测出线段EF、OE、GH、OG的长度)．
(3)根据折射定律可知n＝(或因为sin
i＝，sin
r＝，则n＝＝)．
【练习12】在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙两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：
(1)甲同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．
(2)乙同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．
【练习12答案】(1)偏小；(2)不变
【解析】
(1)甲同学测量的光路图如图甲所示，真实值n＝，测量值n′＝，因r′>r，故n>n′，所以甲同学测得的折射率与真实值相比偏小；
(2)乙同学测量的光路图如图乙所示，测量值n＝，与真实值相等．
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精品试卷·第
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物理光学（一）
折射与全反射（含实验）
考点一：光的反射与折射
例1.（2014
福建）如图，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，点为该玻璃砖截面的圆心，如图能正确描述其光路的是（　　）
A．
B．
C．
D．
【练习1】光射到两种不同介质的分界面，分析其后的传播情形可知(　　)
A．折射现象的出现说明光的传播需要介质
B．发生折射现象时光沿曲线传播
C．折射光与入射光的传播方向总是不同的
D．发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同
【练习2】如图所示，井口大小和深度相同的两口井，一口是枯井，一口是水井(水面在井口之下)，两井底部各有一只青蛙，则（　　）
A．水井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
B．枯井中的青蛙觉得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
C．水井中的青蛙觉得井口小些，晴天的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星
D．两只青蛙觉得井口一样大，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
例2.（2015
福建）如图，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光，波长分别为、，该玻璃对单色光的折射率分别为，则（　　）
A．
B．
C．
D．
例3.（2015
重庆）虹和霓是太阳光在水珠内分别经过一次和两次反射后出射形成的，可利用白光照射玻璃球来说明．两束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上会形成和两条彩色光带，光路如图所示．点的颜色分别为（　　）
A．紫、红、红、紫
B．红、紫、红、紫
C．红、紫、紫、红
D．紫、红、紫、红
【练习3】（多选）如图为一矩形透明砖，甲、乙两种不同的光从上面斜射，已知两光线与透明砖的上表面的夹角相等，图中的虚线为两入射点连线的中垂线，甲、乙两束光线在玻璃砖内的交点位于虚线的右侧，则（　　）
A．在同一介质中甲光的传播速度大于乙光的传播速度
B．甲、乙两种不同的光在真空中的传播速度相同
C．将甲光线逆时针转动，则甲光可能不会从下表面射出
D．甲光的折射率小于乙光的折射率
【练习4】一小孩站在宽6
m的河边，在他正对面的岸边有一距离河面高度为3
m的树，树的正下方河底有一块石头，小孩向河面看去，同时看到树顶和石头两者的像且重合．若小孩的眼睛离河面高为1.5
m，如图所示，河水的折射率为，试估算河水深度．
考点二：光的折射与全反射
例4.（2015
新课标Ⅱ）（多选）如图，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为，经折射后射出、两束光线。则（　　）
A．在玻璃中，光的传播速度小于光的传播速度
B．在真空中，光的波长小于光的波长
C．玻璃砖对光的折射率小于对光的折射率
D．若改变光束的入射方向使角逐渐变大，则折射光线首先消失
E．分别用、光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，光的干涉条纹间距大于光的干涉条纹间距
例5.（2014
天津）（多选）一束由两种频率不同的单色光组成的复色光从空气射入玻璃三棱镜后，出射光分成、两束，如图所示，则、两束光（　　）
A．垂直穿过同一块平板玻璃，光所用的时间比光长
B．从同种介质射入真空发生全反射时，光临界角比光的小
C．分别通过同一双缝干涉装置，光形成的相邻亮条纹间距小
D．若照射同一金属都能发生光电效应，光照射时逸出的光电子最大初动能大
例6.（2020
江苏）我国的光纤通信技术处于世界领先水平。光纤内芯（内层玻璃）的折射率比外套（外层玻璃）的　
　（选填“大”或“小”）。某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为43°，则该内芯的折射率为　
　。（取sin43°＝0.68，cos43°＝0.73，结果保留2位有效数字）
【练习5】（多选）关于全反射，下列说法中正确的是（　　）
A．发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线
B．光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射
C．光线从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射
D．水或玻璃中的气泡看起来特别亮，是因为一部分光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生了全反射
【练习6】如图所示为光线由空气进入全反射玻璃棱镜、再由棱镜射入空气的光路图．下列情况可以发生的是（　　）
【练习7】如图所示，一根长为L的直光导纤维，它的折射率为n，光从它的一个端面射入，又从另一端面射出所需的最长时间为多少？(设光在真空中的速度为c)
【练习8】夏天，海面上下层空气的温度比上层空气的温度低．可以设想海面上的空气是由折射率不同的许多水平气层组成的．景物发出的光线由于不断被折射，越来越偏离原来的方向，人们逆着光线看去就出现了蜃景，如图所示．则下列说法正确的是（　　）
A．蜃景是景物由于海平面对光的反射所成的像
B．海面上上层空气的折射率比下层空气的折射率大
C．A是蜃景，B是景物
D．B是蜃景，A是景物
【练习9】酷热的夏天，在平坦的柏油公路上你会看到一定距离之外，地面显得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎还能看到远处车、人的倒影，但当你靠近“水面”时，它也随你靠近而后退，对此现象正确的解释是（　　）
A．出现的是“海市蜃楼”，是由于光的折射造成的
B．“水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉
C．太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率大，发生全反射
D．太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率小，发生全反射
【全反射应用拓展】
1．全反射棱镜的作用及应用
(1)作用：横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜，全反射棱镜是一种特殊的棱镜，在光学仪器中用来改变光的方向．
(2)应用：对于精密的光学仪器，如照相机、望远镜、显微镜等，就需要用全反射棱镜代替平面镜，以消除多余的像．
2．光导纤维
(1)光导纤维的传播原理
光由一端进入，在两层的界面上经过多次全反射，从另一端射出．光导纤维可以远距离传播光，光信号又可以转换成电信号，进而变为声音、图像．如果把许多(上万根)光导纤维合成一束，并使两端的纤维按严格相同的次序排列．就可以传播图像．
(2)光导纤维的折射率
设光导纤维的折射率为n，当入射角为θ1时进入端面的折射光线传到侧面时恰好发生全反射，如图所示，则有sin
C＝，n＝，C＋θ2＝90°，由以上各式可得sin
θ1＝.
由图可知：当θ1增大时，θ2增大，而从纤维射向真空中光线的入射角θ减小，当θ1＝90°时，若θ＝C，则所有进入纤维中的光线都能发生全反射，即解得n＝，以上是光从纤维射向真空时得到的折射率，由于光导纤维包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此光导纤维折射率要比大些．
3．透明体中的气泡看起来特别亮
光照射到透明体上时，光线绝大多数穿过透明体．若透明体中有气泡，进入透明体中的部分光线射到空气泡上时，由于透明体的折射率大于气泡的折射率，若入射角大于或等于临界角，这部分光会发生全反射，然后射入人眼，由于气泡处反射回来的光比没有气泡处强得多，所以气泡看起来特别亮．
4．海市蜃楼
(1)气候条件：当大气比较平静且海面与上层空气温差较大时，空气的密度随温度的升高而减小，对光的折射率也随之减小．因海面上的空气温度比空中低，空气的下层比上层折射率大．我们可以粗略地把空中的大气分成许多水平的空气层，如图所示．
(2)光路分析：远处的景物反射的光线射向空中时，不断被折射，射向折射率较小的上一层的入射角越来越大，当光线的入射角增大到临界角时，就会发生全反射现象，光线就会从高空的空气层中通过空气的折射逐渐返回折射率较大的下一层．
(3)虚像的形成：当光线进入人的眼睛时，人总认为光是从其反向延长线方向发射而来的，所以地面附近的观察者就可以观察到虚像，且虚像成像于远处的半空中，这就是海市蜃楼．如图所示．
5．沙漠蜃景
夏日的正午烈日当头，沙漠表面被晒得非常热，其温度很快上升，由此沙漠地表处温度很高，故大气层下层空气密度小而上层空气密度逐渐增大，则从沙漠地面向上的空气的折射率由小到大连续变化．从远处物体或蓝色天空斜射向地面的光线进入折射率逐渐减小的热空气层被折射后，其折射角大于入射角且折射角与入射角均逐渐增大，使传播方向总要向上偏一些，而且入射光线可能在沙漠地面附近发生全反射．由于人眼不能看到光线的曲折，而是按直线进入人眼中的光线射来的方向看到物体，所以人看到这些光线好像是由他的前方射来的，于是人们就看到前方远处物体的倒影或者感觉到前方的沙漠中出现了一片蔚蓝发光的湖面(实际上是天空的虚像)，如图所示这就是“沙漠蜃景”形成的光路图．
考点三：测量折射率的实验
例7.（2019
天津卷）某小组做测定玻璃的折射率实验，所用器材有：玻璃砖，大头针，刻度尺，圆规，笔，白纸．
(1)下列哪些措施能够提高实验准确程度________
A．选用两光学表面间距大的玻璃砖
B．选用两光学表面平行的玻璃砖
C．选用粗的大头针完成实验
D．插在玻璃砖同侧的两枚大头针间的距离尽量大些
(2)该小组用同一套器材完成了四次实验，记录的玻璃砖界线和四个大头针扎下的孔洞如图所示，其中实验操作正确的是________
(3)该小组选取了操作正确的实验记录，在白纸上画出光线的径迹，以入射点O为圆心作圆，与入射光线、折射光线分别交于A、B点，再过A、B点作法线NN′的垂线，垂足分别为C、D点，如图16所示，则玻璃的折射率n＝________(用图中线段的字母表示)
【练习10】某同学由于没有量角器，他在完成了光路图后，以O点为圆心，10
cm为半径画圆，分别交线段OA于A点，交线段OO′的延长线于C点，过A点作法线NN′的垂线AB交NN′于B点，过C点作法线NN′的垂线CD交NN′于D点，如图所示．用刻度尺量得OB＝8
cm，CD＝4
cm，由此可得出玻璃的折射率n＝________
【练习11】用三棱镜做测定玻璃的折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出的大头针的位置和三棱镜轮廓如图所示．
(1)在本题的图上画出所需的光路；
(2)为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是________________，在图上标出它们；
(3)计算折射率的公式是n＝________
【练习12】在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中，甲、乙两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：
(1)甲同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．
(2)乙同学测得的折射率与真实值相比________(填“偏大”“偏小”或“不变”)．
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精品试卷·第
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