資源簡介

已7世紀
學教育資源及組卷應用平
物理光學
折射與全反射(含實驗)
考點一:光的反射與折射
例1.(2014福建)如圖,一束光由空氣射向半圓柱體玻璃磚,O點為該玻璃磚截面的圓心,如
確描述其光路的是
【練習1】光射到兩種不同介質的分界面,分析其后的傳播情形可知
折射現象的出現說明光的
要介質
發生折射現象時光沿曲線傳播
折射光
光的傳播方向總是不同的
發生折射是因為光在不同介質中的傳播速度不同
練習2】如圖所示,井口大小和深度相同的兩口井
枯井
是水井(水面在井
兩井底部各
水井中的青蛙覺得井口大些,晴天的夜晚,水井中的青蛙
更多的星
B.枯井中的青蛙覺得井口大些,晴天的夜晚,水井中的青蛙能看到更多的星星
C.水井中的青蛙覺得井口小些,晴天的夜晚,枯井中的青蛙能看到更多
D.兩只青蛙覺得井口一樣大,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
束光經玻璃三棱鏡折射后分為兩束單色光
分別為入、入
玻璃對單色光a、b的折射率分別為n
例3.(2015重慶)虹和霓是太陽光在水珠內分別經過一次和兩次反
射形成的,可利用白光照
射玻璃球來說明.兩束平行白光照射到透明玻璃球后,在水平的白色桌面上會形成MN和PQ兩條彩
帶,光路如圖所
N、P、Q點的顏色分別為(
白光
光
NP
Q
D.紫、紅、紫、紅
練習3】(多選)如圖為一矩形透明磚
兩種不同的光從上面斜射,已知兩光線與透明
表面的夾角相等,圖中的虛線為兩入射點連線的中垂線
兩束光線在玻璃磚內的交點
虛線的右側,貝
質中甲光的傳播速度大于乙光的傳播速度
兩種不同的光在真空中的傳播速度相同
將甲光線逆時針轉動
光可能不會從下表面射
光的折射率小于乙光的折射率
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練習4
孩站在寬6m的河辶
他正對面的岸邊有一距離河面高度為
樹,樹
方河底有一塊石頭,小孩
看去,同時看到樹頂和
者的像
小孩的眼睛離河面
高為
如圖所
試估算河
考點二:光的折射與全反射
例
5新課標I〕(多選)如圖,一東光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚,在玻璃磚底
的入射角為0,經折射后射出a、b兩束光線。則(
在玻璃中,a光的傳播速度小于b光的傳播速度
B.在真空中,a光的波長小于b光的波長
C.玻璃磚對a光的折射率小于對b光的折射率
D.若改變光束的入射方向使θ角逐漸變大,則折射光線a首先消
分別用a、b光
雙縫干涉實驗裝置上做實驗,a光的干涉條紋間距大于b光的干涉條紋間距中小學教育資源及組卷應用平臺
5
物理光學（一）
折射與全反射（含實驗）
考點一：光的反射與折射
例1.（2014
福建）如圖，一束光由空氣射向半圓柱體玻璃磚，點為該玻璃磚截面的圓心，如圖能正確描述其光路的是（　　）
A．
B．
C．
D．
【例1答案】A
【解析】
垂直射向玻璃時，光線不發生偏折，到達玻璃底面時，若入射角大于臨界角則發生反射，沒有折射光線。故A有可能，A正確；由空氣射向玻璃，時光疏介質射向光密介質，不可能發生全反射，沒有折射光線。故B錯誤；若光線到達玻璃的底面時入射角小于臨界角則同時發生折射和反射，但應該空氣中的折射角大于玻璃中的入射角，故C錯誤；由空氣射向玻璃時，同時發生折射和反射，但應該玻璃中的折射角小于空氣中的入射角，故D錯誤。
【練習1】光射到兩種不同介質的分界面，分析其后的傳播情形可知(　　)
A．折射現象的出現說明光的傳播需要介質
B．發生折射現象時光沿曲線傳播
C．折射光與入射光的傳播方向總是不同的
D．發生折射是因為光在不同介質中的傳播速度不同
【練習1答案】D
【解析】
光可以在真空中傳播，即介質并不是必需的，故A選項錯誤；發生折射現象時光仍沿直線傳播，只是一般情況下折射光線與入射光線方向不在同一直線上，故B選項錯誤；當光垂直射到兩種不同介質的分界面時，折射光線與入射光線的傳播方向是相同的，故C選項錯誤；當光射到兩種不同介質的分界面時會發生折射現象，這是因為不同介質對光的(絕對)折射率n＝不同，即光在不同介質中的傳播速度不同，故D選項正確．
【練習2】如圖所示，井口大小和深度相同的兩口井，一口是枯井，一口是水井(水面在井口之下)，兩井底部各有一只青蛙，則（　　）
A．水井中的青蛙覺得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
B．枯井中的青蛙覺得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
C．水井中的青蛙覺得井口小些，晴天的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星
D．兩只青蛙覺得井口一樣大，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
【練習2答案】B
【解析】
這是一道典型的視野問題，解決視野問題的關鍵是確定邊界光線和確定是誰約束了視野等．如本題中由于井口邊沿的約束，而不能看到更大的范圍，據此作出邊界光線如圖所示．
由圖可看出α＞γ，所以水井中的青蛙覺得井口小些；β＞α，所以水井中的青蛙可看到更多的星星。
例2.（2015
福建）如圖，一束光經玻璃三棱鏡折射后分為兩束單色光，波長分別為、，該玻璃對單色光的折射率分別為，則（　　）
A．
B．
C．
D．
【例2答案】B
【解析】
由光路圖可知，光的偏折程度較小，光的偏折程度較大，則光的折射率小，光的折射率大。即。折射率越大，頻率越大，波長越小，則知光的波長大，即。
例3.（2015
重慶）虹和霓是太陽光在水珠內分別經過一次和兩次反射后出射形成的，可利用白光照射玻璃球來說明．兩束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上會形成和兩條彩色光帶，光路如圖所示．點的顏色分別為（　　）
A．紫、紅、紅、紫
B．紅、紫、紅、紫
C．紅、紫、紫、紅
D．紫、紅、紫、紅
【例3答案】A
【解析】
七色光中白光中紅光的折射率最小；紫光的折射率最大；故經玻璃球折射后紅光的折射角較大；由玻璃球出來后將形成光帶，而兩端分別是紅光和紫光；根據光路圖可知說明點為紫光；點為紅光。
【練習3】（多選）如圖為一矩形透明磚，甲、乙兩種不同的光從上面斜射，已知兩光線與透明磚的上表面的夾角相等，圖中的虛線為兩入射點連線的中垂線，甲、乙兩束光線在玻璃磚內的交點位于虛線的右側，則（　　）
A．在同一介質中甲光的傳播速度大于乙光的傳播速度
B．甲、乙兩種不同的光在真空中的傳播速度相同
C．將甲光線逆時針轉動，則甲光可能不會從下表面射出
D．甲光的折射率小于乙光的折射率
【練習3答案】ABD
【解析】
由題圖看出甲光的折射角大，入射角相等，由折射定律n＝知，該透明磚對甲光的折射率小，選項D正確；又由v＝分析可知在同一介質中甲光的傳播速度大于乙光的傳播速度，選項A正確；不同頻率的光在真空中的傳播速度是相同的，選項B正確；甲光射到下表面時，入射角等于上表面的折射角，根據光路可逆性原理可知，光線一定從下表面射出，選項C錯誤．
【練習4】一小孩站在寬6
m的河邊，在他正對面的岸邊有一距離河面高度為3
m的樹，樹的正下方河底有一塊石頭，小孩向河面看去，同時看到樹頂和石頭兩者的像且重合．若小孩的眼睛離河面高為1.5
m，如圖所示，河水的折射率為，試估算河水深度．
【練習4答案】5.3
m
【解析】
光路如圖所示
根據折射定律可知n＝，由幾何關系得
1.5tan
α＋3tan
α＝6
解得
tan
α＝，sin
α＝
P點至樹所在岸邊的距離為
3tan
α＝4
m
由以上幾式解得h≈5.3
m.
考點二：光的折射與全反射
例4.（2015
新課標Ⅱ）（多選）如圖，一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚，在玻璃磚底面上的入射角為，經折射后射出、兩束光線。則（　　）
A．在玻璃中，光的傳播速度小于光的傳播速度
B．在真空中，光的波長小于光的波長
C．玻璃磚對光的折射率小于對光的折射率
D．若改變光束的入射方向使角逐漸變大，則折射光線首先消失
E．分別用、光在同一個雙縫干涉實驗裝置上做實驗，光的干涉條紋間距大于光的干涉條紋間距
【例4答案】ABD
【解析】
光線的偏折程度大，根據折射定律公式，光線的折射率大；再根據公式，光線在玻璃中的傳播速度小，故A正確，C錯誤；光線的折射率大，說明光線的頻率高，根據，光線在真空中的波長較短，故B正確；若改變光束的入射方向使角逐漸變大，則折射光線的折射角先達到90°，故先發生全反射，先消失，故D正確；光線在真空中的波長較短，根據雙縫干涉條紋間距公式，分別用、光在同一個雙縫干涉實驗裝置上做實驗，光的干涉條紋間距小于光的干涉條紋間距，故E錯誤。
例5.（2014
天津）（多選）一束由兩種頻率不同的單色光組成的復色光從空氣射入玻璃三棱鏡后，出射光分成、兩束，如圖所示，則、兩束光（　　）
A．垂直穿過同一塊平板玻璃，光所用的時間比光長
B．從同種介質射入真空發生全反射時，光臨界角比光的小
C．分別通過同一雙縫干涉裝置，光形成的相鄰亮條紋間距小
D．若照射同一金屬都能發生光電效應，光照射時逸出的光電子最大初動能大
【例5答案】AB
【解析】
由圖可知，光的偏折角大于光的偏折角，故說明光的折射率大于光的折射率；故說明光的頻率大于光的頻率，光的波長小于光，在介質中光的波速小于光；
垂直穿過同一塊玻璃時，不會發生折射，則經過的距離相同；因光的波速小；故光所用的時間長；故A正確；由可知，光的臨界角要小于光的臨界角；故B正確；由可知，光的干涉條紋小于光的干涉條紋；故C錯誤；由；由于光的頻率小，故光光子能量小，則光照射時逸出的光電子最大初動能要小；故D錯誤。
例6.（2020
江蘇）我國的光纖通信技術處于世界領先水平。光纖內芯（內層玻璃）的折射率比外套（外層玻璃）的　
　（選填“大”或“小”）。某種光纖的內芯在空氣中全反射的臨界角為43°，則該內芯的折射率為　
　。（取sin43°＝0.68，cos43°＝0.73，結果保留2位有效數字）
【例6答案】大；1.5
【解析】
光纖通信過程光從內層玻璃射向外層玻璃時要發生全反射，因此內層玻璃的折射率大于外層玻璃的折射率；根據臨界角公式可知，玻璃的折射率
【練習5】（多選）關于全反射，下列說法中正確的是（　　）
A．發生全反射時，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認為不存在折射光線而只有反射光線
B．光線從光密介質射向光疏介質時，一定會發生全反射
C．光線從光疏介質射向光密介質時，不可能發生全反射
D．水或玻璃中的氣泡看起來特別亮，是因為一部分光從水或玻璃射向氣泡時，在界面發生了全反射
【練習5答案】CD
【解析】
光從光密介質射向光疏介質時，當入射角增大到某一角度后，折射光線完全消失，只剩下反射光線的現象叫全反射，故A、B錯誤，C正確；光從水或玻璃射向氣泡時，一部分光線在界面發生了全反射，即反射光增強，透射光減弱，就使氣泡看起來特別亮，D正確．
【練習6】如圖所示為光線由空氣進入全反射玻璃棱鏡、再由棱鏡射入空氣的光路圖．下列情況可以發生的是（　　）
【練習6答案】A
【解析】
光線垂直等腰直角三角形的某直角邊射入玻璃棱鏡時，在斜邊發生全反射，故A正確．
【練習7】如圖所示，一根長為L的直光導纖維，它的折射率為n，光從它的一個端面射入，又從另一端面射出所需的最長時間為多少？(設光在真空中的速度為c)
【練習7答案】
【解析】
由題中的已知條件可知，要使光線從光導纖維的一端射入，然后從它的另一端全部射出，必須使光線在光導纖維中發生全反射現象．要使光線在光導纖維中經歷的時間最長，就必須使光線的路徑最長，即光線對光導纖維的入射角最小，光導纖維的臨界角為光在光導纖維中傳播的路程為d＝＝nL。光在光導纖維中傳播的速度為＝。所需最長時間為
tmax＝＝＝
【練習8】夏天，海面上下層空氣的溫度比上層空氣的溫度低．可以設想海面上的空氣是由折射率不同的許多水平氣層組成的．景物發出的光線由于不斷被折射，越來越偏離原來的方向，人們逆著光線看去就出現了蜃景，如圖所示．則下列說法正確的是（　　）
A．蜃景是景物由于海平面對光的反射所成的像
B．海面上上層空氣的折射率比下層空氣的折射率大
C．A是蜃景，B是景物
D．B是蜃景，A是景物
【練習8答案】C
【解析】
當大氣層比較平靜時，空氣的密度隨溫度的升高而減小，對光的折射率也隨之減小，海面上空氣的溫度比空中低，空氣的折射率下層比上層大；遠處的景物發出的光線射向空中時，不斷被折射，射向折射率較小的上一層的入射角越來越大，當光線的入射角大到臨界角時，就會發生全反射現象，在地面附近的觀察者就可以觀察到由空中射來的光線形成的虛像，這就是海市蜃樓的景象，故選C。
【練習9】酷熱的夏天，在平坦的柏油公路上你會看到一定距離之外，地面顯得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎還能看到遠處車、人的倒影，但當你靠近“水面”時，它也隨你靠近而后退，對此現象正確的解釋是（　　）
A．出現的是“海市蜃樓”，是由于光的折射造成的
B．“水面”不存在，是由于酷熱難耐，人產生的幻覺
C．太陽輻射到地面，使地表溫度升高，折射率大，發生全反射
D．太陽輻射到地面，使地表溫度升高，折射率小，發生全反射
【練習9答案】D
【解析】
酷熱的夏天地面溫度高，地表附近空氣的密度小，空氣的折射率下小上大，遠處車、人反射的太陽光由光密介質射入光疏介質發生全反射．
【全反射應用拓展】
1．全反射棱鏡的作用及應用
(1)作用：橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡，全反射棱鏡是一種特殊的棱鏡，在光學儀器中用來改變光的方向．
(2)應用：對于精密的光學儀器，如照相機、望遠鏡、顯微鏡等，就需要用全反射棱鏡代替平面鏡，以消除多余的像．
2．光導纖維
(1)光導纖維的傳播原理
光由一端進入，在兩層的界面上經過多次全反射，從另一端射出．光導纖維可以遠距離傳播光，光信號又可以轉換成電信號，進而變為聲音、圖像．如果把許多(上萬根)光導纖維合成一束，并使兩端的纖維按嚴格相同的次序排列．就可以傳播圖像．
(2)光導纖維的折射率
設光導纖維的折射率為n，當入射角為θ1時進入端面的折射光線傳到側面時恰好發生全反射，如圖所示，則有sin
C＝，n＝，C＋θ2＝90°，由以上各式可得sin
θ1＝.
由圖可知：當θ1增大時，θ2增大，而從纖維射向真空中光線的入射角θ減小，當θ1＝90°時，若θ＝C，則所有進入纖維中的光線都能發生全反射，即解得n＝，以上是光從纖維射向真空時得到的折射率，由于光導纖維包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此光導纖維折射率要比大些．
3．透明體中的氣泡看起來特別亮
光照射到透明體上時，光線絕大多數穿過透明體．若透明體中有氣泡，進入透明體中的部分光線射到空氣泡上時，由于透明體的折射率大于氣泡的折射率，若入射角大于或等于臨界角，這部分光會發生全反射，然后射入人眼，由于氣泡處反射回來的光比沒有氣泡處強得多，所以氣泡看起來特別亮．
4．海市蜃樓
(1)氣候條件：當大氣比較平靜且海面與上層空氣溫差較大時，空氣的密度隨溫度的升高而減小，對光的折射率也隨之減小．因海面上的空氣溫度比空中低，空氣的下層比上層折射率大．我們可以粗略地把空中的大氣分成許多水平的空氣層，如圖所示．
(2)光路分析：遠處的景物反射的光線射向空中時，不斷被折射，射向折射率較小的上一層的入射角越來越大，當光線的入射角增大到臨界角時，就會發生全反射現象，光線就會從高空的空氣層中通過空氣的折射逐漸返回折射率較大的下一層．
(3)虛像的形成：當光線進入人的眼睛時，人總認為光是從其反向延長線方向發射而來的，所以地面附近的觀察者就可以觀察到虛像，且虛像成像于遠處的半空中，這就是海市蜃樓．如圖所示．
5．沙漠蜃景
夏日的正午烈日當頭，沙漠表面被曬得非常熱，其溫度很快上升，由此沙漠地表處溫度很高，故大氣層下層空氣密度小而上層空氣密度逐漸增大，則從沙漠地面向上的空氣的折射率由小到大連續變化．從遠處物體或藍色天空斜射向地面的光線進入折射率逐漸減小的熱空氣層被折射后，其折射角大于入射角且折射角與入射角均逐漸增大，使傳播方向總要向上偏一些，而且入射光線可能在沙漠地面附近發生全反射．由于人眼不能看到光線的曲折，而是按直線進入人眼中的光線射來的方向看到物體，所以人看到這些光線好像是由他的前方射來的，于是人們就看到前方遠處物體的倒影或者感覺到前方的沙漠中出現了一片蔚藍發光的湖面(實際上是天空的虛像)，如圖所示這就是“沙漠蜃景”形成的光路圖．
考點三：測量折射率的實驗
例7.（2019
天津卷）某小組做測定玻璃的折射率實驗，所用器材有：玻璃磚，大頭針，刻度尺，圓規，筆，白紙．
(1)下列哪些措施能夠提高實驗準確程度________
A．選用兩光學表面間距大的玻璃磚
B．選用兩光學表面平行的玻璃磚
C．選用粗的大頭針完成實驗
D．插在玻璃磚同側的兩枚大頭針間的距離盡量大些
(2)該小組用同一套器材完成了四次實驗，記錄的玻璃磚界線和四個大頭針扎下的孔洞如圖所示，其中實驗操作正確的是________
(3)該小組選取了操作正確的實驗記錄，在白紙上畫出光線的徑跡，以入射點O為圓心作圓，與入射光線、折射光線分別交于A、B點，再過A、B點作法線NN′的垂線，垂足分別為C、D點，如圖16所示，則玻璃的折射率n＝________(用圖中線段的字母表示)
【例7答案】(1)AD；(2)D；(3)
【解析】
(1)為了作圖誤差更小，應選用兩光學表面間距大的玻璃磚，故A正確；根據折射定律可知，如果兩個光學面不平行，不影響入射角與折射角的值，所以對折射率的測定結果不產生影響，故B錯誤；為了準確測量光路圖，應選用較細的大頭針來完成實驗，選用粗的大頭針完成實驗時，容易出現觀察誤差，使光線實際并不平行，故C錯誤；插在玻璃磚同側的大頭針之間的距離適當大些時，相同的距離誤差情況下引起的角度誤差會減小，故D正確；
(2)由題圖可知，選用的玻璃磚兩光學表面平行，則入射光線應與出射光線平行，B、C錯誤；又光線在玻璃磚中與法線的夾角應小于光線在空氣中與法線的夾角，A錯誤，D正確；
(3)由折射定律可知
n＝＝＝
【練習10】某同學由于沒有量角器，他在完成了光路圖后，以O點為圓心，10
cm為半徑畫圓，分別交線段OA于A點，交線段OO′的延長線于C點，過A點作法線NN′的垂線AB交NN′于B點，過C點作法線NN′的垂線CD交NN′于D點，如圖所示．用刻度尺量得OB＝8
cm，CD＝4
cm，由此可得出玻璃的折射率n＝________
【練習10答案】1.5
【解析】
由題圖可知
sin
∠AOB＝，sin
∠DOC＝，OA＝OC＝R
根據n＝知
n＝＝＝＝1.5
【練習11】用三棱鏡做測定玻璃的折射率的實驗，先在白紙上放好三棱鏡，在棱鏡的一側插上兩枚大頭針P1和P2，然后在棱鏡的另一側觀察，調整視線使P1的像被P2的像擋住，接著在眼睛所在的一側插上兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3和P1、P2的像，在紙上標出的大頭針的位置和三棱鏡輪廓如圖所示．
(1)在本題的圖上畫出所需的光路；
(2)為了測出棱鏡玻璃的折射率，需要測量的量是________________，在圖上標出它們；
(3)計算折射率的公式是n＝________
【練習11答案】(1)
；(2)
量角器量出i和r；(3)
【解析】
(1)光路圖如圖所示，畫出通過P1、P2的入射光線，交AC面于O，畫出通過P3、P4的出射光線交AB面于O′，連接O、O′，則光線OO′就是入射光線P1P2在三棱鏡中的折射光線．
(2)在所畫的圖上注明入射角i和折射角r，并畫出虛線部分，用量角器量出i和r(或用直尺測出線段EF、OE、GH、OG的長度)．
(3)根據折射定律可知n＝(或因為sin
i＝，sin
r＝，則n＝＝)．
【練習12】在用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中，甲、乙兩位同學在紙上畫出的界面aa′、bb′與玻璃磚位置的關系分別如圖中①、②所示，其中甲同學用的是矩形玻璃磚，乙同學用的是梯形玻璃磚．他們的其他操作均正確，且均以aa′、bb′為界面畫光路圖．則：
(1)甲同學測得的折射率與真實值相比________(填“偏大”“偏小”或“不變”)．
(2)乙同學測得的折射率與真實值相比________(填“偏大”“偏小”或“不變”)．
【練習12答案】(1)偏小；(2)不變
【解析】
(1)甲同學測量的光路圖如圖甲所示，真實值n＝，測量值n′＝，因r′>r，故n>n′，所以甲同學測得的折射率與真實值相比偏小；
(2)乙同學測量的光路圖如圖乙所示，測量值n＝，與真實值相等．
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5
物理光學（一）
折射與全反射（含實驗）
考點一：光的反射與折射
例1.（2014
福建）如圖，一束光由空氣射向半圓柱體玻璃磚，點為該玻璃磚截面的圓心，如圖能正確描述其光路的是（　　）
A．
B．
C．
D．
【練習1】光射到兩種不同介質的分界面，分析其后的傳播情形可知(　　)
A．折射現象的出現說明光的傳播需要介質
B．發生折射現象時光沿曲線傳播
C．折射光與入射光的傳播方向總是不同的
D．發生折射是因為光在不同介質中的傳播速度不同
【練習2】如圖所示，井口大小和深度相同的兩口井，一口是枯井，一口是水井(水面在井口之下)，兩井底部各有一只青蛙，則（　　）
A．水井中的青蛙覺得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
B．枯井中的青蛙覺得井口大些，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
C．水井中的青蛙覺得井口小些，晴天的夜晚，枯井中的青蛙能看到更多的星星
D．兩只青蛙覺得井口一樣大，晴天的夜晚，水井中的青蛙能看到更多的星星
例2.（2015
福建）如圖，一束光經玻璃三棱鏡折射后分為兩束單色光，波長分別為、，該玻璃對單色光的折射率分別為，則（　　）
A．
B．
C．
D．
例3.（2015
重慶）虹和霓是太陽光在水珠內分別經過一次和兩次反射后出射形成的，可利用白光照射玻璃球來說明．兩束平行白光照射到透明玻璃球后，在水平的白色桌面上會形成和兩條彩色光帶，光路如圖所示．點的顏色分別為（　　）
A．紫、紅、紅、紫
B．紅、紫、紅、紫
C．紅、紫、紫、紅
D．紫、紅、紫、紅
【練習3】（多選）如圖為一矩形透明磚，甲、乙兩種不同的光從上面斜射，已知兩光線與透明磚的上表面的夾角相等，圖中的虛線為兩入射點連線的中垂線，甲、乙兩束光線在玻璃磚內的交點位于虛線的右側，則（　　）
A．在同一介質中甲光的傳播速度大于乙光的傳播速度
B．甲、乙兩種不同的光在真空中的傳播速度相同
C．將甲光線逆時針轉動，則甲光可能不會從下表面射出
D．甲光的折射率小于乙光的折射率
【練習4】一小孩站在寬6
m的河邊，在他正對面的岸邊有一距離河面高度為3
m的樹，樹的正下方河底有一塊石頭，小孩向河面看去，同時看到樹頂和石頭兩者的像且重合．若小孩的眼睛離河面高為1.5
m，如圖所示，河水的折射率為，試估算河水深度．
考點二：光的折射與全反射
例4.（2015
新課標Ⅱ）（多選）如圖，一束光沿半徑方向射向一塊半圓柱形玻璃磚，在玻璃磚底面上的入射角為，經折射后射出、兩束光線。則（　　）
A．在玻璃中，光的傳播速度小于光的傳播速度
B．在真空中，光的波長小于光的波長
C．玻璃磚對光的折射率小于對光的折射率
D．若改變光束的入射方向使角逐漸變大，則折射光線首先消失
E．分別用、光在同一個雙縫干涉實驗裝置上做實驗，光的干涉條紋間距大于光的干涉條紋間距
例5.（2014
天津）（多選）一束由兩種頻率不同的單色光組成的復色光從空氣射入玻璃三棱鏡后，出射光分成、兩束，如圖所示，則、兩束光（　　）
A．垂直穿過同一塊平板玻璃，光所用的時間比光長
B．從同種介質射入真空發生全反射時，光臨界角比光的小
C．分別通過同一雙縫干涉裝置，光形成的相鄰亮條紋間距小
D．若照射同一金屬都能發生光電效應，光照射時逸出的光電子最大初動能大
例6.（2020
江蘇）我國的光纖通信技術處于世界領先水平。光纖內芯（內層玻璃）的折射率比外套（外層玻璃）的　
　（選填“大”或“小”）。某種光纖的內芯在空氣中全反射的臨界角為43°，則該內芯的折射率為　
　。（取sin43°＝0.68，cos43°＝0.73，結果保留2位有效數字）
【練習5】（多選）關于全反射，下列說法中正確的是（　　）
A．發生全反射時，仍有折射光線，只是折射光線非常弱，因此可以認為不存在折射光線而只有反射光線
B．光線從光密介質射向光疏介質時，一定會發生全反射
C．光線從光疏介質射向光密介質時，不可能發生全反射
D．水或玻璃中的氣泡看起來特別亮，是因為一部分光從水或玻璃射向氣泡時，在界面發生了全反射
【練習6】如圖所示為光線由空氣進入全反射玻璃棱鏡、再由棱鏡射入空氣的光路圖．下列情況可以發生的是（　　）
【練習7】如圖所示，一根長為L的直光導纖維，它的折射率為n，光從它的一個端面射入，又從另一端面射出所需的最長時間為多少？(設光在真空中的速度為c)
【練習8】夏天，海面上下層空氣的溫度比上層空氣的溫度低．可以設想海面上的空氣是由折射率不同的許多水平氣層組成的．景物發出的光線由于不斷被折射，越來越偏離原來的方向，人們逆著光線看去就出現了蜃景，如圖所示．則下列說法正確的是（　　）
A．蜃景是景物由于海平面對光的反射所成的像
B．海面上上層空氣的折射率比下層空氣的折射率大
C．A是蜃景，B是景物
D．B是蜃景，A是景物
【練習9】酷熱的夏天，在平坦的柏油公路上你會看到一定距離之外，地面顯得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎還能看到遠處車、人的倒影，但當你靠近“水面”時，它也隨你靠近而后退，對此現象正確的解釋是（　　）
A．出現的是“海市蜃樓”，是由于光的折射造成的
B．“水面”不存在，是由于酷熱難耐，人產生的幻覺
C．太陽輻射到地面，使地表溫度升高，折射率大，發生全反射
D．太陽輻射到地面，使地表溫度升高，折射率小，發生全反射
【全反射應用拓展】
1．全反射棱鏡的作用及應用
(1)作用：橫截面是等腰直角三角形的棱鏡叫全反射棱鏡，全反射棱鏡是一種特殊的棱鏡，在光學儀器中用來改變光的方向．
(2)應用：對于精密的光學儀器，如照相機、望遠鏡、顯微鏡等，就需要用全反射棱鏡代替平面鏡，以消除多余的像．
2．光導纖維
(1)光導纖維的傳播原理
光由一端進入，在兩層的界面上經過多次全反射，從另一端射出．光導纖維可以遠距離傳播光，光信號又可以轉換成電信號，進而變為聲音、圖像．如果把許多(上萬根)光導纖維合成一束，并使兩端的纖維按嚴格相同的次序排列．就可以傳播圖像．
(2)光導纖維的折射率
設光導纖維的折射率為n，當入射角為θ1時進入端面的折射光線傳到側面時恰好發生全反射，如圖所示，則有sin
C＝，n＝，C＋θ2＝90°，由以上各式可得sin
θ1＝.
由圖可知：當θ1增大時，θ2增大，而從纖維射向真空中光線的入射角θ減小，當θ1＝90°時，若θ＝C，則所有進入纖維中的光線都能發生全反射，即解得n＝，以上是光從纖維射向真空時得到的折射率，由于光導纖維包有外套，外套的折射率比真空的折射率大，因此光導纖維折射率要比大些．
3．透明體中的氣泡看起來特別亮
光照射到透明體上時，光線絕大多數穿過透明體．若透明體中有氣泡，進入透明體中的部分光線射到空氣泡上時，由于透明體的折射率大于氣泡的折射率，若入射角大于或等于臨界角，這部分光會發生全反射，然后射入人眼，由于氣泡處反射回來的光比沒有氣泡處強得多，所以氣泡看起來特別亮．
4．海市蜃樓
(1)氣候條件：當大氣比較平靜且海面與上層空氣溫差較大時，空氣的密度隨溫度的升高而減小，對光的折射率也隨之減小．因海面上的空氣溫度比空中低，空氣的下層比上層折射率大．我們可以粗略地把空中的大氣分成許多水平的空氣層，如圖所示．
(2)光路分析：遠處的景物反射的光線射向空中時，不斷被折射，射向折射率較小的上一層的入射角越來越大，當光線的入射角增大到臨界角時，就會發生全反射現象，光線就會從高空的空氣層中通過空氣的折射逐漸返回折射率較大的下一層．
(3)虛像的形成：當光線進入人的眼睛時，人總認為光是從其反向延長線方向發射而來的，所以地面附近的觀察者就可以觀察到虛像，且虛像成像于遠處的半空中，這就是海市蜃樓．如圖所示．
5．沙漠蜃景
夏日的正午烈日當頭，沙漠表面被曬得非常熱，其溫度很快上升，由此沙漠地表處溫度很高，故大氣層下層空氣密度小而上層空氣密度逐漸增大，則從沙漠地面向上的空氣的折射率由小到大連續變化．從遠處物體或藍色天空斜射向地面的光線進入折射率逐漸減小的熱空氣層被折射后，其折射角大于入射角且折射角與入射角均逐漸增大，使傳播方向總要向上偏一些，而且入射光線可能在沙漠地面附近發生全反射．由于人眼不能看到光線的曲折，而是按直線進入人眼中的光線射來的方向看到物體，所以人看到這些光線好像是由他的前方射來的，于是人們就看到前方遠處物體的倒影或者感覺到前方的沙漠中出現了一片蔚藍發光的湖面(實際上是天空的虛像)，如圖所示這就是“沙漠蜃景”形成的光路圖．
考點三：測量折射率的實驗
例7.（2019
天津卷）某小組做測定玻璃的折射率實驗，所用器材有：玻璃磚，大頭針，刻度尺，圓規，筆，白紙．
(1)下列哪些措施能夠提高實驗準確程度________
A．選用兩光學表面間距大的玻璃磚
B．選用兩光學表面平行的玻璃磚
C．選用粗的大頭針完成實驗
D．插在玻璃磚同側的兩枚大頭針間的距離盡量大些
(2)該小組用同一套器材完成了四次實驗，記錄的玻璃磚界線和四個大頭針扎下的孔洞如圖所示，其中實驗操作正確的是________
(3)該小組選取了操作正確的實驗記錄，在白紙上畫出光線的徑跡，以入射點O為圓心作圓，與入射光線、折射光線分別交于A、B點，再過A、B點作法線NN′的垂線，垂足分別為C、D點，如圖16所示，則玻璃的折射率n＝________(用圖中線段的字母表示)
【練習10】某同學由于沒有量角器，他在完成了光路圖后，以O點為圓心，10
cm為半徑畫圓，分別交線段OA于A點，交線段OO′的延長線于C點，過A點作法線NN′的垂線AB交NN′于B點，過C點作法線NN′的垂線CD交NN′于D點，如圖所示．用刻度尺量得OB＝8
cm，CD＝4
cm，由此可得出玻璃的折射率n＝________
【練習11】用三棱鏡做測定玻璃的折射率的實驗，先在白紙上放好三棱鏡，在棱鏡的一側插上兩枚大頭針P1和P2，然后在棱鏡的另一側觀察，調整視線使P1的像被P2的像擋住，接著在眼睛所在的一側插上兩枚大頭針P3、P4，使P3擋住P1、P2的像，P4擋住P3和P1、P2的像，在紙上標出的大頭針的位置和三棱鏡輪廓如圖所示．
(1)在本題的圖上畫出所需的光路；
(2)為了測出棱鏡玻璃的折射率，需要測量的量是________________，在圖上標出它們；
(3)計算折射率的公式是n＝________
【練習12】在用插針法測定玻璃磚折射率的實驗中，甲、乙兩位同學在紙上畫出的界面aa′、bb′與玻璃磚位置的關系分別如圖中①、②所示，其中甲同學用的是矩形玻璃磚，乙同學用的是梯形玻璃磚．他們的其他操作均正確，且均以aa′、bb′為界面畫光路圖．則：
(1)甲同學測得的折射率與真實值相比________(填“偏大”“偏小”或“不變”)．
(2)乙同學測得的折射率與真實值相比________(填“偏大”“偏小”或“不變”)．
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精品試卷·第
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