内容正文:
3.1光的折射
第1课时 光的折射现象
1.“若在水边走,安全记心头.”看起来不深的池水,也不要贸然下去,下列光路图能对其作出正确解释的是 ( )
2.(2025·南京鼓楼区期末)如图是光在玻璃和空气界面同B时发生反射和折射的现象,由图可知,入射角为 °,折射角为 °,界面 (填“上”“下”“左”或“右”)侧是空气.
3.(2025·常州新北区期中)用如图所示的装置“探究光的折射规律”.
(1)实验数据如表所示,
入射角α
0°
15°
30°
45°
60°
折射角β
0°
11.3°
22.1°
35.4°
40.9°
分析数据可得结论:当光由空气 入水中时,折射角小于入射角;且入射角增大时,折射角 .
(2)当杯底的光点在 B 点时,若仅从容器中抽出一些水,则杯底光点将向 B 点的 (填“左”或“右”)侧移动.
4.(2023·常州中考)海洋公园内,北极熊站立在方形透明水族箱内,头在水面上、身体在水面下,水族箱外的游客居然看到了北极熊“身首异处”的奇异场景,如图所示.游客看到熊身体的光路图是 ( )
5.将一长方形玻璃砖沿对角线切开,并分开一段距离放置,如图所示.四条光线沿图示位置入射,能得到右边出射光线的只可能是 ( )
A. 光线a
B. 光线b
C. 光线c
D.光线d
6.如图是小明眼睛在 N 点看到鱼缸内M 点处鹅卵石的光路图,鱼缸内注入更多水后,小明的眼睛在 N点仍然可以看到鹅卵石.选项中带箭头的虚线代表原来的光路,能正确反映水变多后小明看到鹅卵石的光路图是 ( )
7.如图甲所示,一束激光AO 从空气斜射入玻璃砖,折射后从另一面射出,其出射点可能为 (填字母);若增大入射角,出射点会 (填“往左”“往右”或“不变”)移动.如图乙所示,为保护餐桌,往往在餐桌上放上玻璃垫,当我们吃饭时,看到桌子上的花纹会比实际花纹的位置 (填“高”“低”或“不变”).
8.(2024·河南中考)如图,观光水池中,一束红光沿AO方向从水射入空气,折射光线为OA'.若另一束红光沿 BO 方向从水射入空气,请大致画出入射光线 BO 的折射光线,并标出对应的折射角 r.
9.小明同学在探究光的折射特点时,意外发现:当光沿某方向从半圆玻璃砖射向空气时,折射光消失而反射光却变得更亮,老师告诉他这是光的全反射现象.课后,小明查到光从玻璃射向空气时的一些数据如表.
入射角i
0°
10°
20°
30°
40°
41.2°
41.8°
42°
折射角r
0°
15.2°
30.9°
48.6°
74.6°
81°
90°
/
反射能量
5%
7%
26%
43%
77%
84%
100%
100%
(1)分析以上数据可知光从玻璃射向空气时,折射角随入射角的变化关系是 ;光从玻璃斜射向空气时,反射能量随着入射角的增大而 ;当光从空气斜射向玻璃,入射角为81°时,折射角为 .
(2)分析表中数据可知,光从玻璃斜射向空气时,当入射角≥ 时,反射能量达到100%,就发生了全反射现象.
(3)由表格数据可知:图中图线 (填“a”或“b”)反映了上述实验中的两角关系.
(4)请猜想:若光从空气斜射向玻璃, (填“能”或“不能”)发生全反射,理由是 .
第2课时 光的折射的应用
1.有经验的渔民都知道:只有瞄准看到的鱼的下方才能叉到鱼.对此做法解释正确的光路图是( )
2.(2025·泰州泰兴市期中)小明和家人国庆期间乘坐竹筏游览黄桥小南湖,当家人用长直的竹篙斜插入水中撑行时,小明从侧面看,能较真实地反映观察到的情景是 ( )
3.如图所示,光在玻璃和空气的界面 CD 同时发生了反射和折射,以下说法正确的是 ( )
A.入射角为60°,界面右侧是空气
B.折射角为45°,界面右侧是玻璃
C.入射角为30°,界面左侧是玻璃
D.入射角为30°,界面右侧是玻璃
4.诗句“大漠孤烟直,长河落日圆”给我们展现了一幅美丽的画卷.其实诗人观察到的落日并非太阳的实际位置(如图所示),而是太阳光经过不均匀的大气层发生了 所成的像,太阳实际在图中 (填“甲”或“乙”)的位置.
5.室内游泳池上方离水面6m 处有一盏灯,小明从池边看到该灯在水中的倒影正好贴在池底上,则池中水的实际深度应 (填“>”“=”或“<”)6m.
6.古诗词蕴含着很多光学知识,唐代诗人储光羲在《钓鱼湾》中写道“潭清疑水浅”,如图所示A 是水底某点,请你完成人眼看到水底A 点变浅的光路图.
7.(2025·常州金坛区期中)如图所示,平静的湖边有一盏路灯,潜水员在水下 E 处看到了路灯的像,图中A、B两点,其中一点是路灯,另一点是路灯的像.请画出水下 E 处的潜水员看到路灯的光路图.
8.如图甲是某博主在内蒙古拍摄的超大“幻月环”.“幻月环”是一种独特的大气现象,当月光透过高空云层时,经过云层中六棱冰晶的折射,便形成了这种壮观的环形光晕.如图乙,一束光从六棱冰晶的AB 面射入,请在图中作出光经六棱冰晶折射后从 CD 面射出的大致光路.
9.人在 B 处观察到一个彩色玻璃球沉在水池底A 处,如图所示.在B 处想用激光射到玻璃球上,则激光应对着 ( )
A. A点 B. A点的上方
C. A 点的下方 D. A点的左侧
10.如图所示,两个并排且深度相同的水池,一个未装水,另一个装水,在两池的中央各竖立一长度相同且比池深略长的标杆,此时,阳光斜射到水池.下列关于两水池中标杆的影子的说法中,正确的是 ( )
A.装水的池中标杆影子较长
B.未装水的池中标杆影子较长
C.两池中标杆影子长度相同
D.装水的池中标杆没有影子
11.如图,鱼缸底部点光源S发出的光线经过水面照亮挡板上N点,当鱼缸内水面上升高度d后,挡板上 M 点(图中未画出)被照亮,则M 点和N 点间的距离 ( )
A.等于d B.大于d
C.小于d D.无法确定
12.如图所示,把由同种玻璃制成的正方体玻璃砖A 和半球形玻璃砖 B放在报纸上,若正方体的棱长和半球的半径相同,则人从正上方沿图中虚线(中心线)方向往下看中心线对准的文字 ( )
A. A和 B 中看到的都比实际的高
B. A中看到的比实际的高,B中看到的比实际的低
C. A中看到的比实际的高,B中看到的与实际的一样高
D. A和 B 中看到的都与实际一样高
13.某校新建成一个喷水池,在池底安装了一只射灯,它发出的一束光射到右边平滑似镜的池壁上.当池内无水时,站在池左边的人,看到在S 点形成一个亮斑,如图所示.现往池内灌水,水面升至a位置时,人看到亮斑的位置在 P点;如果水面升至b位置时,人看到亮斑的位置在Q 点.则 ( )
A. P点在 S点的下方,Q点在 S点的上方
B. P点在 S点的上方,Q点在 S点的下方
C. P点在 S点的上方,Q点在 S点的上方
D. P点在S点的下方,Q点在 S点的下方
14.如图所示,一束光在两种介质的分界面处同时发生了光的反射和折射,分析图可知:折射角大小为 ;若入射角变为20°,则反射光线和折射光线的夹角度数 (填“大于”“小于”或“等于”)100°.
15.在研究光的折射规律时,小明在水中放置一密闭的薄壁透明长方体容器(容器中有空气),当一束光从容器上方的水中斜射入容器中时,光的传播速度将 (填“变大”“变小”或“不变”),最后光从容器中射出后再次进入水中的光线可能是图中的 (填“a”“b”“c”或“d”).
16.(2023·日照中考)一个底面镀银的球冠形玻璃球放置在水平桌面上,其横截面如图所示.一条光线从玻璃球冠上表面的 M 点通过球心O 射到球冠的底面 N 点.虚线 PN为底面AB 的法线.画出该光线经底面AB 反射后在球冠形玻璃球内外的光路图.
17.新教材 新变化(2023·南京中考)图中,小明的眼睛在 C 处,图示是小明刚好看到水中杯底硬币的A端的光路,在图中用箭头标明光的传播方向;向杯中缓慢注水,在图中画出小明刚看到硬币 B 端时水面的位置.
18.(2024·扬州江都区期末)小明将刻度尺竖直插入盛水的容器中,如图所示.小明从A 处向水中看去,看到刻度尺上 B 点在水中所成的像位于 C 点,同时看到水中一个点(该点的真实位置在 D 点)的像也位于 C 点.请用虚线画出水面位置,并完成小明在A 点看到D点的光路图.
19.(2024·日照中考)物理兴趣小组的同学在实验室找到一棱镜,其横截面为直角三角形ABC,如图所示,其中 BC 面镀银.一条光线从AB 面上的O 点射入棱镜,经过BC 面一次反射后,从AC 面的 P 点出射.请画出该光线射入棱镜之后的光路图.
20.如图所示,一束光在空气和玻璃的分界面上同时发生反射和折射,其光路如图所示,则下列判断正确的是 ( )
A. AO 是入射光线,入射角为67.5°
B. AO 是入射光线,反射角为45°
C. CO 是入射光线,折射角为22.5°
D. CO 是入射光线,反射角为45°
21.如图甲所示,将透明的薄壁(厚度可忽略不计)方形水槽水平放置,固定在水槽底部的激光笔沿图示方向发出一细光束,小彬通过缓慢改变水槽中的水量来探究光的传播现象.
(1)水槽中未注水时可在侧壁上A 处得到一个光点,注入一定量的水后,光点移至 B处,这是由于光在水面处发生了光的折射现象,此时入射角 (填“大于”“等于”或“小于”)角θ.
(2)为使B 处的光点移至 C 处,则应使水槽中的水量增加,若BC 间距离为2cm ,则水面高度的变化量Δh (填“>”“=”或“<”)2cm.
(3)如图乙所示,小彬将激光笔移至虚线框内向水槽底部照射,为使光束第一次从水面射出后沿DE方向传播,则激光笔照射的方向应满足的条件是 ,且激光笔照射在水槽底部的位置必须在区域 (填“①”“②”或“③”)内.
第1课时 光的折射现象
1. C解析:池底的光线由水中进入空气时,在水面上发生折射,折射角大于入射角,折射光线进入人眼,人眼会逆着折射光线的方向看去,看到的是位置偏高的虚像,就会觉得池底变浅了,故C符合题意,ABD不符合题意.故选 C.
2.60 30 右 解析:根据光的反射定律,入射光线与反射光线分居法线的两侧且在同种介质中,反射角等于入射角;由光的折射特点,入射光线与折射光线分居法线的两侧,且在不同的介质中,因此CD是界面,AB 是法线,CD 右上侧是入射光线,右下侧为反射光线,CD 左下侧为折射光线;由于入射角大于折射角,因此 CD界面右侧是空气,折射角是折射光线与法线的夹角,则折射角为 入射角是入射光线与法线的夹角,则入射角为60°.
3.(1)斜射 增大 (2)右解析:(1)分析表中数据可知,当入射角为0°时,光由空气垂直射入水中,折射角等于入射角;当以其他入射角射入水中时,即当光由空气斜射入水中时,折射角小于入射角.分析表中数据,当入射角由15°增大到60°时,折射角由11.3°增大到了40.9°,所以,入射角增大时,折射角增大.
(2)当杯底的光点在 B点时,若仅从容器中抽出一些水,入射点向右下方移动,入射角不变,则折射角也不变,折射光线与原来折射光线平行,则杯底光点将向 B点的右侧移动.
4. A解析:游客看到的北极熊“身首异处”,是因为北极熊反射的光线从水中斜射进入空气中时发生了折射.光从水中斜射进入空气中,折射角大于入射角,人逆着折射光线看,看到的是北极熊的虚像.故A 符合题意.
5. C解析:已知出射光线与最右边玻璃面垂直,因此入射光线方向与出射光线方向相同;然后根据光从空气斜射入玻璃时,入射角大于折射角画出入射光线,再利用光从玻璃斜射入空气时,折射角大于入射角画出入射光线;因为∠2=∠1,所以∠4=∠3,因此在左侧玻璃中的光线与最左侧玻璃面垂直,如图所示
显然最左侧的入射光线与最左侧的玻璃面垂直,并且在b光线的下方,故入射光线只可能是c.故选C.
6. C解析:鱼缸注入更多水后,小明的眼睛在N点仍然可以看到鹅卵石,说明折射光线仍通过N点.因水面升高,若入射角不变,则折射光线会高于N点,而根据光的折射规律,入射角增大时,折射角也增大,故只能增大入射角,从而增大折射角,才能使折射光线通过N点,故C选项正确.
7. C往右 高 解析:一束激光AO从空气斜射入玻璃砖,光线从O点斜射入玻璃中发生折射现象,折射光线向靠近法线方向偏折,折射角小于入射角,其出射点可能为C.若增大入射角,折射角也增大,出射点会远离法线,即往右移.为保护餐桌,往往在餐桌上放上玻璃垫,当我们吃饭时,看到桌子上的花纹会比实际花纹的位置高,这是由于光在界面处发生了折射现象.折射角大于入射角,逆着折射光线看去,看到的花纹的像将向上移动,比花纹实际的位置高.
8.如图所示
解析:在光的折射现象中,折射角随入射角的减小而减小,折射角是折射光线与法线的夹角,据此画出入射光线BO的折射光线,并标出对应的折射角r.
9.(1)折射角随入射角的增大而增大 增大41.2°(2)41.8°(3)a (4)不能根据光路可逆,当光从空气斜射向玻璃时,折射角小于入射角,因此折射光线不能消失解析:(1)分析表中数据可知,光从玻璃斜射向空气时,入射角增大后折射角及反射能量都增大.由表中数据可知,光从玻璃斜射向空气,入射角为41.2°时,折射角为81°.因为光路可逆,所以,当光从空气斜射向玻璃时,若入射角为81°,则折射角为41.2°.
(2)根据表中数据可得,光从玻璃斜射向空气,当入射角≥41.8°时,反射能量达到100%,就发生了全反射现象.
(3)光从玻璃斜射向空气时,折射角随着入射角的增大而增大,且折射角总大于入射角.图线a中的折射角始终大于入射角,且入射角接近45°时,折射角达到90°(即发生全反射),符合题意,因此图线a反映了折射角与入射角的关系.
(4)根据光路可逆,当光从空气斜射向玻璃时,折射角小于入射角,因此折射光线不能消失,则不能发生全反射现象.
第2课时 光的折射的应用
1. B
2. A解析:竹篙水下部分反射的光线由水中进入空气时在水面上发生折射,折射角大于入射角,折射光线进入人眼,人眼逆着折射光线的方向看去就会觉得竹篙变浅了,同时水面相当于平面镜,所以会在水下形成竹篙水上部分的虚像,故A 符合题意,BCD 不符合题意.故选 A.
3. C解析:已知CD是界面,过入射点O 作出法线,则由图可知,∠AOC=60°,BO为入射光线,OA 为反射光线,OE 为折射光线,反射角为 .根据反射规律,入射角为∠NOB=30°,折射角 当光线从其他介质斜射入空气时,折射角大于入射角,所以CD 的右侧是空气,左侧是玻璃,故C 正确.
4.折射 乙 解析:太阳光经过不均匀的大气层会发生折射现象,折射光线会向靠近法线的方向偏折,故人看到的太阳的像在太阳实际位置的上方,即落日时太阳已经在水平面下方,故在图中乙的位置.
5.>解析:根据平面镜成像原理,灯在水中的倒影距离水面6m,而人在池边看到的池底,实际是池底经折射形成的虚像,并且这一虚像比实际的池底偏高.故实际的池底应在灯的倒影下方,即水的实际深度大于 6m.
6.如图所示
解析:先过折射点垂直界面作出法线,再在空气中法线的另一侧画出折射光线,注意入射角小于折射角,将两条折射光线反向延长,其交点即为人所看到的A点的像的位置A'.
7.如图所示
解析:人的视线是直的,所以人的视线与路灯的像是一条直线,连接眼睛处的E 点与点A,EA 与界面的交点即为入射点O,OE就是折射光线,连接B、O,BO 就是入射光线.
8.如图所示
解析:光从六棱冰晶的AB 面斜射入冰晶,传播方向向法线方向偏折,在冰晶的CD面,当光从冰晶斜射入空气中时,折射光线向远离法线方向偏折.
9. A
10. B解析:没有装水的情况下,光是沿直线传播的,在杆的后方会形成影子;但是对于装水的情况来说,从杆的顶端射过的光线到达水面处会发生折射,由于在水中的折射角小于空气中的入射角,即折射光线比原来的光线(沿直线传播的情况)更靠近杆,故此时影子的长度会变小.
11. C解析:光从水中射入空气中时,折射光线远离法线,折射角大于入射角;当鱼缸内水面上升高度 d后,由于入射角不变,所以折射角不变,折射光与原来的折射光平行,如图所示:
由数学知识可知,M点和N点间的距离小于d.
12. C解析:从半球形玻璃砖B 正上方沿图中虚线(中心线)方向往下看中心线对准的文字,字反射的光进入玻璃时都经过球心,沿法线传播,光的传播方向不变,光线的反向延长线的交点仍在字处,位置不变;但正方体玻璃砖A下的字反射的光除垂线那条外,都是斜射出玻璃砖,在界面处会折射,折射光线反向延长线的交点就是字的像,比字的位置高.即A中看到的比实际的高,B中看到的与实际的一样高.
13. A解析:当往池内注水,水面升至 a位置时,发生折射,根据折射定律,P点位置如图甲所示
当水面上升至b位置时,光线先在水池壁反射,再折射出水面,根据反射定律和折射定律,Q点位置如图乙所示,通过图可知:P点在S点的下方,Q点在S点的上方,故A符合题意.
14.60° 大于 解析:由图可知 与∠GOF 对称,也为30°,根据反射角等于入射角,所以BF为法线,AD为界面,则OC 为折射光线,GO 为入射光线,OE 为反射光线;由图可知,折射角为 60°.由图可知,当入射角为30°时,反射光线和折射光线的夹角等于 ,若入射角变为20°,则反射角也是20°,则 .由于入射角从30°减小到20°,减小了10°,而折射角大于入射角,且折射角随入射角的减小而减小,则折射角减小的幅度要大于10°,即折射角∠BOC 小于50°,则∠DOC 大于40°,反射光线和折射光线的夹角∠EOC=∠EOD+∠DOC,故∠EOC大于100°.
15.变大 a 解析:光在水中的传播速度小于光在空气中的传播速度,所以光从水中射入空气中时,速度将会变大.当光从水中斜射入空气中时,折射光线远离法线;当光从空气中斜射入水中时,折射光线偏向法线,根据光路的可逆性可知,最后光从容器中射出后再次进入水中的光线与最初的光线平行,所以可能是图中的a线.
16.如图所示
解析:由于玻璃球底面镀银,因此底面相当于一个平面镜,入射光线MN射到 N点时,会发生光的反射,根据反射角等于入射角,作出反射光线 NC;当光线 NC从玻璃射进空气时,发生光的折射现象,此时折射角应大于光线NC与法线的夹角,作出折射光线 CD.
17.如图所示
解析:小明刚好看到水中杯底硬币的A端,说明A点射向水面的光线折射后进入了人的眼睛,通过B点作A 的入射光线的平行线,该平行线为入射光线,与之前折射光线的交点所在水平线为刚看到硬币 B端时水面的位置.
18.如图所示
解析:从A 处向水中看去,看到刻度尺上 B点在水中所成的像位于 C点,根据平面镜成像时,像与物到镜面的距离相等,则水面在BC的中点处,根据BC长度为L=30.0 cm-10.0 cm=20.0 cm,则水面在20.0 cm刻度处,同时看到水中D点的像也位于C点,连接AC与水面相交点是入射点,连接入射点与D点,是入射光线,再连接入射点与A点,是折射光线.
19.如图所示
解析:经O点折射的光线射到BC面上时发生反射,且反射光线恰好过P点,根据平面镜成像特点,虚像P'到BC面的距离等于 P 点到 BC 面的距离,作P点关于BC 面的对称点,确定虚像P'的位置;连接虚像点 P'与O点,与BC面交于O',OO'为经AB面的折射光线,O'P 即为反射到 P 的反射光线.
20. C 解析:AB.若AO是入射光线,OC是反射光线时,OB为折射光线,此时的入射角为 反射角为67.5°,如图1所示,
则OA 和OB 在法线的同侧,不符合光的折射规律;OB 是反射光线时,OC 为折射光线,此时的入射角为 45°,反射角为45°,此时折射光线OC与法线重合了,不符合光的折射规律,故AB 错误.
CD.若CO是入射光线,OA 是反射光线时,OB 为折射光线,此时的入射角为 反射角为67.5°,则OB和OC在法线的异侧,符合光的折射、反射规律,如图2所示.
由图可知MN是法线,PQ是界面,折射角为∠BON,
∠AOQ=∠MOQ-∠AOM=90°-67.5°=22.5°,
∠BOQ=∠AOB-∠AOQ=90°-22.5°=67.5°,
所以折射角为∠BON = ∠NOQ-∠BOQ = 90°-67.5°=22.5°,由图可知
∠COA 和∠COB 相等,则OB 为反射光线时的情形与OA是反射光线时的情形相同,此时的反射角为67.5°,故C 正确,D错误.
21.(1)小于 (2)> (3)平行于 DE ②
解析:(1)水槽中未加水时,由于光的直线传播,激光射到侧壁上的A点,当水槽中加水时,光点下移到B 点位置,这是由光的折射现象引起的,当光从水中斜射入空气中时,折射角大于入射角,此时入射角小于角θ.
(2)因入射角和折射角都不变,且折射角大于入射角,要使B处的光点向上移到 C 处,则应使水槽中的水量增加;若BC间距离为2cm,因两次折射光线是平行的,如图,则水面高度的变化量大于 BC 的长度即2cm .
(3)将激光笔移至虚线框内向水槽底部(厚度可忽略不计)照射,因光从空气斜射进入水中和从水斜射进入空气中时,两次发生折射,最终的折射光线与最初的入射光线是平行的,所以激光笔应该与DE平行入射到区域②的位置才能实现,如图所示.
学科网(北京)股份有限公司
$