光的折射和全反射
(40分钟)
1.劣质的玻璃中往往含有空气泡,这些空气泡看上去比较亮,对这一现象有以下不同的解释正确的是( )
A.空气泡对光线有会聚作用,因而较亮 B.空气泡对光线有发散作用,因而较亮
C.从空气泡到达玻璃的界面处的光一部分发生全反射,因而较亮 D.从玻璃到达空气泡的界面处的光一部分发生全反射,因而较亮 答案：D 2.
频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后,其光路如图所示。下列说法正确的是( )
A.单色光1的波长小于单色光2的波长
B.在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度
C.单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间
D.单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角 解析：根据题图可知,光1的折射率较大,与光2相比,其波长较小,在玻璃中传播速度较小,临界角较小,通过玻璃的时间较大。 答案：AD
3.在测定玻璃的折射率实验中,已画好玻璃砖界面两直线aa'与bb'后,不小心误将玻璃砖向上稍平移了一点,如图甲所示,若其他操作正确,则测得的折射率将( )
A.变大 C.不变 解析： B.变小
D.变大、变小均有可能
设P1、P2、P3、P4是正确操作所得到的四枚大头针的位置,画出光路图后可知,即使玻璃砖向上平移一些,如图所示,实际的入射角没有改变。实际的折射光线是O1O1',而现在误把O2O2'作为折射光线,由于O1O1'平行于O2O2',所以折射角没有改变,折射率不变。 答案：C
4.图甲为光学实验用的长方体玻璃砖,它的 面不能用手直接接触。在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,两位同学绘出的玻璃砖和三个针孔a、b、c的位置相同,且插在c位置的针正好挡住插在a、b位置的针的像,但最后一个针孔的位置不同,分别为d、e两点,如图乙所示。计算折射率时,用 (选填“d”或“e”)点得到的值较小,用 (选填“d”或“e”)点得到的值误差较小。
甲
乙
解析：
光学面若被手接触污染,会影响观察效果,增加实验误差;分别连接cd和ce并延长到界面,与界面分别交于f、g两点,如图所示。由n= 不难得出用d点得到的折射率值较小,过c点的出
射光线应平行于ab,利用直尺比对并仔细观察,可知ec∥ab,故用e点得到的折射率值误差较小。
答案：光学 d e
5.如图所示,某同学利用方格坐标纸测定半圆形玻璃砖的折射率,OA是画在纸上的直线,他在直线OA的适当位置先后竖直插上P1、P2两枚大头针,按图甲所示放上玻璃砖(如粗黑线所示),然后插上P3、P4大头针。
(1)其中他确定P3大头针位置的方法应是 。
(2)若该同学实验操作规范准确,其记录的情况如图甲所示。该同学还用圆规做了一个以O为圆心,半径与玻璃砖相同的半圆(如图甲中虚线所示)。请算出玻璃砖的折射率n= 。 解析：(1)透过玻璃砖看,使P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像,就可以确定P3在折射光线上。
(2)如图所示,光从玻璃射入空气的入射角为θ1=∠BOC,折射角为θ2=∠DOE,根据光路可逆性和折射定律可得玻璃的折射率为n=
,设半圆玻璃砖的半径为R,由几何知识可得sin
θ1=,sin θ2=,从图中可以看出 ,代入数据联立得n=1.5。
答案：(1)透过玻璃砖看,使P3大头针挡住P1、P2两枚大头针的像 (2)1.5 6.导学号73884105如图所示,扇形AOB为透明柱状介质的横截面,圆心角∠
AOB= 0°。一束平行于角平分线OM的单色光由OA射入介质,经OA折射的光线恰平行于OB。
(1)求介质的折射率;
(2)折射光线中恰好射到M点的光线 (选填“能”或“不能”)发生全反射。 解析：(1)依题意画出光路图,如图甲所示。
由几何知识可知,入射角i= 0°,折射角r=30°,根据折射定律得n= ,代入数据解得 n= 3。
(2)如图乙所示,可知θ=30°,所以不能发生全反射。 答案：(1)n= 3 (2)不能
7.如图所示,一束激光从O点由空气射入厚度均匀的介质,经下表面反射后,从上面的A点射出。已知入射角为i,A与O相距l,介质的折射率为n,试求介质的厚度d。
解析：设折射角为r,折射定律 =n;由几何关系l=2dtan r解得d= 答案：d=8. - - l。
l
导学号73884106如图所示,在MN的下方足够大的空间是玻璃介质,其折射率
为n= 3,玻璃介质的上边界MN是屏幕。玻璃中有一正三角形空气泡,其边长l=40 cm,顶点与屏幕接触于C点,底边AB与屏幕平行。激光a垂直于AB边射向AC边的中点O,结果在屏幕MN上出现两个光斑。求两个光斑之间的距离L。
解析：
激光射向AC边,同时发生反射和折射,画出光路图如图所示。在界面AC,a光的入射角θ1= 0°,由光的折射定律有n= ,代入数据求得折射角θ2=30°。由光的反射定律得反射角θ3= 0°。
由几何关系可知,△ODC是边长为 的正三角形,△COE为等腰三角形,CE=OC= ,故两光斑之间的距离L=DC+CE=l=40 cm。 答案：40 cm 9.导学号73884107一赛艇停在平静的水面上,赛艇前端有一标记P离水面的高
度为h1=0.6 m,尾部下端Q略高于水面;赛艇正前方离赛艇前端s1=0.8 m处有一浮标,如图所示。一潜水员在浮标前方s2=3.0 m处下潜到深度为h2=4.0 m时,看到标记P刚好被浮标挡住,此处看不到艇尾端Q;继续下潜Δh=4.0 m,恰好能看见Q。求:
(1)水的折射率n;
(2)赛艇的长度l。(可用根式表示)
解析：(1)作出从P点发出的一条光线经浮标处折射进入水中,到达深度h2处的光路图。
入射角的正弦值 sin θ1=
0 0 0 =0.8
折射角的正弦值 sin θ2=
3 0 3 0 0=0.6由折射定律可得水的折射率n= 3。
(2)作出尾端Q发出的一条光线经水面折射到深度为(h2+Δh)处的光路图。根据题意可知,这条光线的折射角等于临界角C,sin C= 。再由几何知识可知sin C=
3
) ) ,代入
数据解得l=24 -3.8 m。 答案：(1) (2)24 -3.8 m
3
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