2019-2020年物理粤教版选修3-4课后集训：第四章第一节光的折射定律 Word版含解析.doc

2019-2020年物理粤教版选修3-4课后集训：第四章第一节光的折射定律 Word版含解析基础过关1.光线从空气射到某种介质的表面上,一部分发生反射,一部分发生折射.已知入射角为30,介质的折射率为1.5,则反射光线与法线的夹角为_,折射光线与法线的夹角为_.解析：由反射定律可知反射角为30,由折射定律可知折射角为arcsin.答案：30 arcsin2.有人在游泳池边上竖直向下观察池水的深度,看到池水的深度约为h,已知水的折射率n=4/3,那么,水的实际深度约为多少?解析：设水池的实际深度为H,水的视深为h,从正上方沿竖直向下的方向观察池底S时,由于光的折射现象,其视深位置在S处,观察光路如图4-1-3所示.图4-1-3由几何关系和折射定律可知：sini=nsinO1O2=htani=Htan考虑到从正上方观察时,角度i和均很小,所以有：sinitanisintan因此H=答案：3.某单色光在真空中的波长为,波速为c,它在折射率为n的介质中的速率为( )A.c/n B.c/n C.nc D.c答案：A4.一条光线从空气射入折射率为的介质中,入射角为45,在界面上入射光的一部分被反射,另一部分被折射,则反射光线和折射光线的夹角是( )A.75 B.90 C.105 D.120解析：如图4-1-4所示,根据折射定律,则sinr=,r=30,反射光线与折射光线的夹角=180-45-30=105,C正确.图4-1-4答案：C5.设有一圆柱形容器高20 cm,底面直径15 cm,人眼在容器旁边某处向内观察,能看到的最深点P的深度是11.25 cm,若在该容器内注满某种液体,则人恰好可看到容器的底部Q,那么注入液体的折射率为_.解析：如图4-1-5所示,则有：图4-1-5sini=,sinr=,根据折射定律n=.答案：6.假设地球表面不存在大气层,那么人们观察到的日出时刻与实际存在大气层的情况相比( )A.将提前 B.将延后C.在某些地区将提前,在另一些地区将延后 D.不变解析：如图4-1-6所示,假设地球表面不存在大气层,则地球上M处的人只能等到太阳运动到S处才看见日出,而地球表面存在大气层时,太阳运动到S处,阳光经大气层折射后即射至M点,故M点观察到的日出时刻比不存在大气层时要提前.正确选项为B.图4-1-6答案：B综合运用7.如图4-1-7中,一玻璃柱体的横截面为半圆形.细的单色光束从空气射向柱体的O点（半圆的圆心),产生反射光束1和折射光束2.已知玻璃折射率为,入射角为45（相应的折射角为24).现保持入射光不变,将半圆柱绕O点在图示平面内顺时针转过15,如图中虚线所示,则( )图4-1-7A.光束1转过15 B.光束1转过30C.光束2转过的角度小于15 D.光束2转过的角度大于15解析：转动前,光束1（反射光)与入射光线间的夹角为A=452=90,光束2（折射光)与入射光线间的夹角为B=45+（180-24)=201.转动后,反射光与入射光的夹角A=602=120，据折射定律,得r=30,则折射光与入射光间的夹角为B=60+（180-30)=210.因为A=A-A=30,B=B-B=9,故B、C项正确.答案：BC8.如图4-1-8所示,人站在距槽边D为L=1.2 m处,刚好能看到槽底B的位置,人眼睛距地面高度H=1.6 m.槽中注满某种透明液体时,人刚好能看到槽底中央O点处.求：（1)这种液体的折射率.（2)光在该液体中的传播速度.图4-1-8解析：连接人眼与B点,延长CD为法线,从图中可知入射角2=CDB.连接D与O点,则折射角1=CDO.这样由公式,即可求出液体的折射率n和光在此液体中的传播速度.因为sin2=sinCDB=又因为sin1=由sin2=得BD=CD=代入得CD=sin1=故液体折射率n=1.71,光在该液体中速度：v=1.71108 m/s.答案：（1)1.71 （2)1.75108 m/s9.如图4-1-9所示,一个人发现水中S处有一溺水者,溺水者离岸的距离SB=10 m,而发现者在A处,距B点的距离为20 m,此人在岸上跑动的速度为5 m/s,而在水中的速度为1 m/s,发现者为尽快到达溺水者处,他应在何处下水?图4-1-9解析：这是一个运动学问题,但与光的折射现象有相似之处,发现者为了尽快到达S处,假设他从P处下水.（BP=x),就相当于入射光的入射角为i=90,sini/sinr=5,因为sinr=,所以=5,解得x=m=2.04 m.即发现者应从距B点2.04 m处下水.答案：2.04 m10.一长直杆长1.5 m,垂直立于底部平坦、水面平静无波的游泳池中，露出水面部分高0.3 m,当阳光以与水面成37的夹角入射时,杆在游泳池底部所成的影长为多少?已知水的折射率n=.解析：依题意作图如图4-1-10所示,依据折射定律图4-1-10n=,得sinr=,r=37,影长s=0.3tan53 m+1.2tan37 m=0.3m+1.2m=1.3 m.答案：1.3 m11.在折射率为n、厚度为d的玻璃平板上方的空气中有一点光源S,从S发出的光线SA以角度入射到玻璃板上表面,经过玻璃板后从下表面射出,如图4-1-11所示.若沿此光线传播的光从光源到玻璃板上表面的传播时间与在玻璃板中的传播时间相等,点光源S到玻璃上表面的垂直距离L应是多少?图4-1-11解析：设光线在玻璃中的折射角为r,则光线从S到玻璃板上表面的传播距离为,光线从S到玻璃板上表面的传播时间为，其中c是真空中的光速,光在玻璃板中的传播距离为,光在玻璃中的传播时间为由折射定律：sin=nsin根据题意得：联立解得：L=答案：12.如图4-1-12所示,光线投射到折射率为的玻璃球上,入射角为60,射入球体的光线经过一次反射后,再经过一次折射从球体射出,则射出光线与入射光线之间的夹角为_.图4-1-12解析：光路图如图4-1-13根据折射定律：图4-1-13=30,COD=60,根据折射光路的可逆性=60,OCD=60,在COD中,ODC=60,EAFC,两光线的夹角为180.答案：18013.光线以60的入射角从空气射入玻璃中,折射光线与反射光线恰好垂直.（真空中的光速c=3.0108 m/s)（1)画出折射光路图;（2)求出玻璃的折射率和光在玻璃中的传播速度;（3)当入射角变为45时,折射角等于多大;（4)当入射角增大或减小时,玻璃的折射率是否变化?说明理由.解答：先画出玻璃与空气的界面.再过入射点作出界面的垂线即为法线,然后根据光的反射定律和折射定律作出入射光线、反射光线和折射光线；求出折射角r后，据n=求出n，当入射角变化时，这一比值保持不变即玻璃的折射率并不改变，据n=求出v.（1)由题意知入射角i=60,反射角=60,折射角r=180-60-90=30,折射光路如图4-1-14所示.图4-1-14（2)n=,据n=得v=m/s,v=1.7108 m/s.（3)据n=得sinr=,代sini=sin45=及n=入上式,可求得：sinr=,r=arcsin.（4)折射率不会变化,折射率由介质和入射光的频率决定,而跟入射角的大小无关.附送：2019-2020年物理粤教版选修3-4课后集训：第四章第七节激光 Word版含解析基础过关1.下列说法正确的是( )A.激光可用于测距B.激光能量十分集中，只可用于加工金属材料C.外科研制的“激光刀”可以有效地减少细菌的感染D.激光可用于全息照相，有独特的特点答案：ABCD2.激光的主要特点有：（1)_；（2)_；（3) _.答案：（1)相干性好 （2)平行度好 （3)亮度高3.下列说法正确的是( )A.两支铅笔靠在一起，自然光从笔缝中通过后就成了偏振光B.偏振光可以是横波，也可以是纵波C.因为激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象D.激光可以像刀了一样切除肿瘤解析：两支普通铅笔靠在一起，中间的缝远远地大于光的波长，因此，光从中通过时不会成为偏振光；光是横波，偏振光也是横波；激光也是光，因此激光就具有光波的特性，能够发生衍射现象；激光有很多用途，其中包括做手术，切除肿瘤.答案：D综合运用4.简要介绍全息照相技术.简答：普通照相技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息照相技术还可记录光波的相位信息.同一束激光被分为两部分，一部分直接照射到底片上（称为参考光），另一部分通过被拍摄物反射后再到达底片（称为物光）.参考光和物在光在底片上相遇时会发生干涉，形成复杂的干涉条级.底片上某点的明暗程度反映了两束光叠加后到达这点时光波的强弱.5.下列应用激光的事例中错误的是( )A.利用激光进行长距离精确测量B.利用激光进行通信C.利用激光进行室内照明D.利用激光加工坚硬材料解析：激光的单向性好，不利于室内照明，并且大功率的激光要靠专门的激光器产生，成本太高，且由于激光的能量集中，会对人体产生伤害，因此选项C所述激光的应用是错误的.答案：C6.激光发光功率为P，发出的激光在折射率为n的介质中波长为，c表示光在真空中的速度，下列说法中正确的是( )A.该光在真空中的波长为nB.该光在真空中的波长为/nC.该光的频率为c/D.该光的频率为c/n解析：注意光从一种介质进入另一种介质时，频率不会发生变化，对激光也是一样，由于速度变化的原因、波长会相应变化，对同一频率的光它在真空中的波长应大于介质中的波长.答案：AD7.一般认为激光器发出的是频率为v的“单色光”，实际上它的频率并不是真正单一的，激光频率v是它的中心频率，它所包含的频率范围是v（也称频率宽度）.让单色光照射到薄膜表面，一部分从前表面反射回来（这部分称为甲光），其余的进入薄膜内部，其中的一小部分从薄膜后表面反射回来，并从前表面射出（这部分称为乙光）.甲、乙这两部分光叠加而发生干涉，称为薄膜干涉.乙光与甲光相比，要多在薄膜中传播一小段时间t.理论和实践都证明，能观察到明显的干涉现象的条件是：t的最大值tm与v的乘积近似等于1，即只有满足tmv1，才会观察到明显的稳定的干涉现象.图4-7-1已知某红宝石激光器发出的激光v=4.321014 Hz，它的频率宽度v=8.0109 Hz.让这束单色光由空气斜射到折射率n=的薄膜表面，射入时与薄膜表面成45角如图4-7-1所示.（1)求从O点射入薄膜中的光线的传播方向及传播速率.（2)估算在图4-7-1所示的情景下，能观察到明显稳定干涉现象的薄膜的最大厚度dm.解析：（1)设从O点射入薄膜中的光线的折射角为r.根据折射定律有：n=sin45/sinr所以折射角为r=arcsin（)=arcsin（1/2)=30光在薄膜中的传播速率v=c/n=2.12108 m/s.（2)乙光在薄膜中经过的路程s=,乙光通过薄膜所用时间t=,当t取最大值tm时，对应的薄膜厚度最大又因为tmv1,所以,解出dm =1.1510-2 m.答案：（1）折射角r=30 2.12108 m/s（2）1.1510-2 m8.一台二氧化碳激光器发出的激光功率为P=1 000 W，出射光束截面积为A=1 mm2，这束光垂直射到温度为T=273 K，厚度为d=2 cm的铁板上，如果有80%的光束能量被激光照射到那一小部分铁板所吸收，并使其熔化成与光束等截面积的直圆柱孔，需要多少时间？铁的有关参数：热容量c=26.6 J/molK，密度=7.90103 kg/m3，熔点Tm=1 798 K，熔解热L=1.49104 J/mol，摩尔质量U=5610-3 kg.解析：激光所照射到的质量为M的部分铁板在熔化过程中所吸收的热量为Q=（cT+L）=Pt80% 其中质量M=Ad.代入数据解得t=0.192 s答案：0.192 s9.由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为信息高速传输的载体.要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多大？解析：要保证不会有光线从侧面跑出来，其含义是不管入射角多大都能在测量壁发生全反射.今入射角等于90，再由折射定律和全反射临界角公式、几何关系就可以求出材料的折射率.设激光束在光导纤维端面的入射角为i，折射角为，折射光线射向侧面时的入射角为，如图4-7-2所示.图4-7-2由折射定律：n=,由几何关系：+=90,sin=cos.由全反射临界角的公式：sin=,cos=,要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有i=90,sini=1,故n=,解得n=,光导纤维的折射率应为n.答案：至少为