摘要:
**基本信息**
本同步练习通过基础认知、理解应用、综合探究三层设计,覆盖光的折射现象、规律及应用,实现从概念到实验探究的进阶巩固,适配新授课分层教学需求。
**分层设计**
|层次|知识覆盖|设计特色|
|----|----------|----------|
|基础认知|光的折射现象、规律(折射角与入射角关系)|单选(1-5)、填空(9-12)直接考查概念,夯实物理观念|
|理解应用|折射光路分析、生活应用(水池深度、激光照射)|单选(6-8)、作图(16)结合情境,培养科学思维|
|综合探究|实验设计、数据处理、全反射拓展|计算(13-15)、实验(17)注重科学探究,提升科学态度与责任|
内容正文:
4.4 光的折射 同步练习
一 、单选题(本大题共8小题,共24分)
1.(3分)如图所示的四种现象,属于光的折射的是
A. 山的“倒影” B. 日食
C. 汽车观后镜 D. 水中“折”笔
2.(3分)下列关于光学现象的描述中不正确的是
A. 图甲中,树荫下的阴影是小孔成的像
B. 图乙中,放大镜利用了光的折射
C. 图丙中,桥在水中的倒影是光的反射现象
D. 图丁中,三棱镜分解太阳光是光的色散现象
3.(3分)在天宫课堂中,航天员王亚平将空气注入水球,形成的气泡球与水球的球心都在O点。一束光线从空气射入水球的光路如图所示,其中球心O与入射点 的连线为法线。则进入气泡球的折射光线可能为( )
A. ① B. ② C. ③ D. ④
4.(3分)如右图所示,人眼在处看见河里处有一白色鹅卵石,现若使处激光手电筒的激光照在白色鹅卵石上,则激光束应对着
A. 正对点 B. 点的上方 C. 点的下方 D. 都可以
5.(3分)下列关于光的折射的说法中正确的是
A. 光从一种介质进入另一种介质时传播方向一定改变
B. 折射角就是折射光线与镜面的夹角
C. 发生光的折射时,折射角总是大于入射角
D. 入射角增大时,折射角也随着增大
6.(3分)有一个圆柱形敞口容器,小雯从其左侧某高度斜射入一束激光,容器底部产生了一个光斑,如图所示,下列操作可以使光斑向左移动的是
A. 保持水面高度不变使激光向右平移
B. 保持激光射入角度不变使水面下降
C. 保持激光射入角度不变使水面上升
D. 保持水面高度和入射点不变使激光入射角增大
7.(3分)室内游泳池上方离水面处有一盏灯,从池边看到灯在水中的倒影正好贴在池底上,则池中水的实际深度应
A. 小于 B. 等于 C. 大于 D. 无法判定
8.(3分)很多野外水池都设置了禁止游泳标志,因为水池里的水比我们看起来的深度要深很多,如图所示光路图中可以描述其原理的是
A. B.
C. D.
二 、填空题(本大题共4小题,共16分)
9.(4分)某实验小组在探究光的折射规律时,将光从空气分别射入水和玻璃中测得的数据填入表中:
空气中的入射角
水中的折射角
玻璃中的折射角
分析表中数据,你肯定能得出一些规律。请写出二条:
______
______。
10.(4分)如图为一段物理创新实验视频的截图:图甲为原图,图乙为隔着空茶杯看此图片,图丙为隔着装满水的茶杯看此图片,茶杯到图片的距离相同。产生图丙所示的情形是因为光的折射所形成的______选填“实像“或“虚像”。此成像特点类似于______选填“放大镜”、“幻灯机”或“照相机”。
11.(4分)如图所示,一束光在空气和玻璃的界面上发生反射和折射现象,形成了、和三条光线,则折射角为______度;界面的______选填“上”、“下”、“左”或“右”边是玻璃。
12.(4分)九寨沟的镜海中有“鸟在水中飞,鱼在云中游”的美景。这“鱼”是由光的______形成的______像,这“鸟”是由光的______形成的______像。
三 、计算题(本大题共3小题,共36分)
13.(12分)探究光的折射规律:
小明用激光棒、水槽、一个可转折的光屏探究光的折射规律.如图,
在实验过程中,小明将有折射光线的半个光屏向后折转一个角度,是为了验证 ___ ___ ,他将 ______ 能或不能看到折射光线,结论是 _____ 。
图是研究光的折射规律的实验原理图;下表中记录了不同的入射角和对应的折射角的实验测量数据.
入射角
折射角
请你结合图,以光从空气进入到玻璃中的情况为例,分析实验数据光从空气进入其它透明介质中也可得到具有相同规律的实验数据,对光从空气进入其它透明介质中的折射规律加以总结补充完整
折射光线跟入射光线和法线在同一平面内,并且分别位于法线两侧;
____ __ .
请定量比较实验数据.把你新的发现写在下面: ___ ___ .
14.(12分)小明利用如图所示的实验装置,进行“探究光的反射规律”的实验。
使光线以不同角度入射进行实验,测量结果如表格所示。由此可得在反射现象中,反射角______入射角。
实验次数
入射角
反射角
将一束光贴着纸板沿射到点,若将纸板向前或向后折,目的是探究反射光线与入射光线是否在______内,此时在纸板上______选填“能”或“不能”看到反射光线。
若将一束光贴着纸板沿射到点,光将沿图中的______方向射出。
15.(12分)阅读短文,回答问题。
光的全反射
小慧在做光的折射规律实验时偶然发现:当激光从水中斜射向空气中时,当入射角增大到一定角度时,折射光线会消失,只剩下反射光线如图甲所示这到底是什么原因呢?通过查阅资料,他终于明白了其中的奥妙。
当光线从一种介质如水射向另一种介质如空气时,本来应该有一部分光进入介质,称为折射光,另一部分光反射回介质,称为反射光如图乙所示但当介质如水的折射率大于介质如空气的折射率,即光从光密介质射向光疏介质时,折射角大于入射角,当入射角增大时,折射角也增大,但折射角先增大到度,此时折射光消失,只剩下反射光,这种现象称为全反射现象。刚好发生全反射时的入射角叫做临界角。 只有入射角大于或等于临界角时,才会发生全反射现象。
光密介质和光疏介质是相对的。例如,水折射率大于空气,所以相对于空气而言,水就是光密介质;而玻璃的折射率比水大,所以相对于玻璃而言,水就是光疏介质。介质的折射率小越小,光在其中传播的速度越快。
光纤通信就是利用光的全反射原理。光导纤维在结构上有内芯和外套两种不同介质,光从内芯传播时遇到光纤弯曲处,会发生全反射现象,而保证光线不会泄漏到光纤外。
由全反射的条件可知,当光从空气斜射到水中时______选填“会”或“不会”发生全反射现象;若光由水进入空气的临界角是,则入射光以的入射角从水射向空气时______选填“会”或“不会”发生全反射现象。
光导纤维的外套相对于内芯介质来说是______选填“光疏介质”或“光密介质”;外套的折射率______ 内芯介质选填“大于”、“等于”或“小于”; 红光在光纤中传播的速度______同上紫光。
四 、作图题(本大题共1小题,共6分)
16.(6分)(2020山东日照中考)“五一国际劳动节”假期中,小明跟随爸爸学习钓鱼。如图所示,小明的眼睛位于处,浮标位于水面的处,鱼饵灯位于水下处,此时小明发现鱼饵灯刚好被浮标挡住。已知、、在同一竖直面内,请画出小明看到鱼饵灯的光路图。
五 、实验题(本大题共1小题,共6分)
17.(6分)某同学在做探究光的折射特点实验。如图所示是光从空气射入水中时的光路。
入射角
反射角
折射角
分析表中数据,可得出结论:
光从空气斜射到水面时,折射角随入射角的变化关系是______,且折射角______大于等于小于入射角。光从空气垂直入射到水面时,折射角等于______
请你对该同学通过上述探究实验得出光的折射特点的过程作出评价。
是否存在不足?答:______是否;请简要说明理由:______。
答案和解析
1.【答案】D;
【解析】解:平静的水面相当于平面镜,山的“倒影”属于光的反射现象。故A不符合题意。
B.日食是当月亮处于太阳和地球之间时,月亮挡住了太阳射向地球的光线而形成的,这是由光的直线传播形成的,故B不符合题意。
C.汽车后视镜是利用凸透镜对光线起发散的作用,扩大视野,是由光的反射形成的,故C不符合题意。
D.看水中的铅笔好像折断了,这是光从水中射入空气中发生折射的结果,故D符合题意。
故选:。
光在同种、均匀、透明介质中沿直线传播,产生的现象有小孔成像、激光准直、影子的形成、日食和月食等;
光线传播到两种介质的表面上时会发生光的反射现象,例如水面上出现岸上物体的倒影、平面镜成像、玻璃等光滑物体反光都是光的反射形成的;
光线在同种不均匀介质中传播或者从一种介质进入另一种介质时,就会出现光的折射现象,例如水池底变浅、水中筷子变弯、海市蜃楼等都是光的折射形成的。
此题通过几个日常生活中的现象考查了对光的折射、光的直线传播、光的反射的理解,在学习过程中要善于利用所学知识解释有关现象。
2.【答案】A;
【解析】解:、图甲中树荫下的阴影,是树的影子,不是小孔成像,是光沿直线传播形成的,故A错误;
B、图中所示的透镜能起放大作用,因此是凸透镜,凸透镜对光线有会聚作用,属于光的折射现象,故B正确;
C、桥在水中的倒影是桥在水面上成的像,属于光的反射,故C正确;
D、三棱镜分解白光,是光的色散现象,属于光的折射,故D正确。
故选:。
光在同种均匀物质中沿直线传播,在日常生活中,激光准直、小孔成像和影子的形成等,都表明光在同一种均匀介质中是沿直线传播的;
当光照射到物体界面上时,有一部分光被反射回来的现象是光的反射,例如:平面镜成像、水中倒影都是由光的反射形成的;
当光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向会发生偏折,这就是光的折射,复色光发生折射时,会出现色散现象,如:海市蜃楼、看水里的鱼比实际位置浅、雨后天空中的彩虹等都是光的折射形成的。
本题通过几个日常生活中的现象考查了对光的折射、光的直线传播、光的反射的理解与掌握,在学习过程中要善于利用所学知识解释有关现象,达到学以致用的目的。
3.【答案】A;
【解析】略
4.【答案】A;
【解析】解:连接,过折射点做法线,根据光从空气斜射入水中,折射角小于入射角画出折射光线的位置,虽然人看到的点是鹅卵石的虚像,鹅卵石的实际位置在点的正下方,因为激光在进入水的时候也会发生折射,所以照着点,激光也就刚好落在鹅卵石上了。如图所示:
故选:。
光从一种介质斜射入另一种介质,光路会发生改变,所以看到水中的鹅卵石是由光的折射形成的;从鹅卵石上反射的光线会进入眼睛,由于光路是可逆的,所以处的手电发出的光会照射到点的鹅卵石上。
这道题主要考查光的折射定律:折射光线、入射光线和法线在同一平面内,折射光线、入射光线分居法线两侧,光由空气斜射进入水中或其它透明介质中时,折射光线向法线偏折,折射角小于入射角。
5.【答案】D;
【解析】解:
、垂直入射时传播方向不变,故错误;
、折射角是折射光线与法线的夹角,故错误;
、光由空气斜射入其他介质时折射角小于入射角,由其他介质斜射入空气时,折射角大于入射角,故错误;
、入射角增大,折射角也增大,故正确.
故选.
光从一种介质斜射入另一种介质中是传播方向一般会发生变化;
反射角、折射角、入射角,都是光线与法线的夹角;
发生折射现象时,在光速较大的介质中的角大;
折射角随入射角的增大而增大.
光线传播方向发生改变要注意:斜射入、一般会改变;
折射角随入射角的增大而增大,但折射角不是一定大于入射角.
6.【答案】C;
【解析】
光的折射定律:折射光线、入射光线、法线在同一个平面内,折射光线、入射光线分居法线两侧,当光由空气斜射进入水中或其它透明介质中时,折射光线向法线偏折,折射角小于入射角;当光由水中或其它透明介质斜射进入空气中时,折射光线远离法线偏折,折射角大于入射角。入射角大小不变时,折射角大小不变。
光斑的形成原因,激光由空气斜射进入水中,光线要发生偏折;
光斑的移动原因,水面上升或下降,入射角不会发生变化折射角也不会发生变化,但折射点要发生移动,折射光线要发生平行移动,所以找到折射点与水面升降的关系的变化规律,即可找到光斑移动与水面升降的变化关系。
A.保持水面高度不变使激光笔向右平移,光斑右移,故不符合题意;
B.保持激光射入角度不变,使水面下降,由下图可知,入射点向右移动,则光斑向右移动,故不符合题意;
C.保持激光射入角度不变,使水面上升,由下图可知,入射点向左移动,则光斑向左移动,故符合题意;
D.保持水面高度和入射点不变,使激光入射角增大,折射角变大,光斑右移,故不符合题意。
故选。
7.【答案】C;
【解析】解:如图所示:
由于水面是平面镜,灯离水面,水中灯的像离水面也是,而人看到的池底是折射形成的虚像,比真实的池底偏高,由题意可知池底的像离水面,所以池底离水面的距离大于。
故选:。
游泳池水面相当于平面镜,平面镜成像的特点之一是像与物到镜面的距离相等;
由于光的折射,人看到的池底比真实位置变浅。
本题是光的反射和折射成像综合在一起的,不要误以为看到的池底就是真实的物体位置,其实是折射形成的变高的像。
8.【答案】B;
【解析】解:
、光线是从水中斜射向空气,图中光线传播方向画反了,故错误;
、池底反射的光线,在水和空气的分界面发生折射,斜射入空气中,折射角大于入射角,符合题意,故正确;
、光从水中斜射向空气中时,折射角应该大于入射角,图中折射角小于入射角,故错误;
、光线是从水中斜射向空气,图中光线传播方向画反了;而且光从水中斜射向空气中时,折射角要大于入射角,故错误;
故选:。
池底反射的光线,在水和空气的分界面发生折射,斜射入空气中,折射角大于入射角,进入人眼,人眼沿着折射光线看回去,看到的池底位置比其真实位置要高一些。
此题主要考查用光路图来解释生活中的一些折射现象,需要注意光线的箭头方向,分清楚哪个是入射角,哪个折射角,知道入射角和折射角的大小关系。
9.【答案】光由空气垂直射入其他透明介质,不发生折射现象 ; 光从空气斜射入其他透明介质,折射角小于入射角 ;
【解析】解:由表格中的数据得到:①光由空气垂直射入其他透明介质,不发生折射现象;
②折射角随入射角的增大而增大;
③光从空气斜射入其他透明介质,折射角小于入射角。
故答案为:光由空气垂直射入其他透明介质,不发生折射现象;
光从空气斜射入其他透明介质,折射角小于入射角。
光的折射规律:折射光线、入射光线、法线在同一平面内,折射光线、入射光线分居在法线两侧;光从空气斜射入其他透明介质,折射角小于入射角;光从其他透明介质斜射入空气,折射角大于入射角。
光线从一种介质垂直射入另一种介质时,传播方向不改变。
这道题主要考查学生利用表格进行分析,总结光的折射规律的能力。光从水斜射入空气的折射规律,折射角大于入射角,折射角随入射角的增大而增大。
10.【答案】实像 ; 幻灯机 ;
【解析】解:茶杯装水后,相当于凸透镜,属于凸透镜成像,是由光的折射形成的。由图知,看到的是倒立、放大的实像,幻灯机是根据这个原理制成的。
故答案为:实像;幻灯机。
凸透镜成像属于光的折射现象,当物距大于倍焦距时,成倒立的实像。
当物距大于倍焦距时,凸透镜可以成倒立的实像,若物体大于倍焦距,成倒立缩小的实像,照相机根据这个原理制成;当物距处于倍、倍焦距之间时,成倒立放大的实像,幻灯机、投影仪根据这个原理制成。
11.【答案】30 ; 左 ;
【解析】解:由图知,,所以,,所以,
根据反射角等于入射角,则为界面,为法线。
反射光线、折射光线均与入射光线分居在法线的两侧,所以为入射光线,为反射光线,为折射光线。
由图可知,折射角为,反射角和入射角都为,折射角大于入射角,所以界面的右侧是空气,左侧是玻璃。
故答案为:;左。
要解决此题需要掌握光的反射定律和折射定律的内容。
光的反射定律的内容:反射光线与入射光线、法线在同一平面上;反射光线和入射光线分居在法线的两侧;反射角等于入射角。
光的折射定律的内容:入射光线、法线、折射光线在同一平面内,折射光线和入射光线分别位于法线两侧,当光线从空气射入其它透明介质时,折射角小于入射角;当光线从其它介质斜射入空气时,折射角大于入射角。
此题首先根据反射角和入射角相等,找出法线,从而确定界面,然后根据折射光线和入射光线的关系确定出折射光线、入射光线、反射光线。
该题考查了光的反射定律、光的折射定律的应用,首先要掌握定律的内容,根据反射角与入射角之间的关系确定法线,从而确定界面,则可首先确定出折射光线,根据折射光线与入射光线的关系确定出入射光线,最后确定反射光线。
12.【答案】折射 ; 虚 ; 反射 ; 虚 ;
【解析】解:“鱼在天上飞”中“鱼”是光的折射形成的虚像;“天“是空中的景物在水中的倒影,是反射现象
“鸟在水里游”是光的反射现象,“鸟”是由于光的反射形成的虚像;
故答案为:折射;虚;反射;虚。
解答此题从以下知识点入手:
光的反射现象,知道平面镜成像是由于光的反射形成的,平面镜成的是虚像。
光的折射现象,知道看水中的物体如“鱼”、水底看起来比实际的要浅、斜插入水中的筷子向上折、海市蜃楼等都是光的折射形成的。
正确理解光的折射和反射现象,经常用光的折射和反射现象解释生活中遇到的有关问题,对解决此类问题很有帮助。
13.【答案】研究折射光线、入射光线和法线共面;不能;折射光线跟入射光线和法线在同一平面内;
折射角小于入射角;当入射角逐渐减小,则折射角逐渐减小,入射角增大时,折射角也随着增大;折射角总小于入射角;
【解析】解:将光屏的半部分向前后翻折,就不会看到折射光线,只有当整个光屏为一平面时,才能够看到折射光线,说明入射光线、折射光线、法线共面.这说明光屏可以验证折射光线跟入射光线和法线是否在同一平面上.他将不能看到折射光线,结论是折射光线跟入射光线和法线在同一平面内;
光由空气斜射进入水中时,折射光线更靠近法线,折射角小于入射角.
定量比较实验数据.会发现当入射角逐渐减小,则折射角逐渐减小,入射角增大时,折射角也随着增大;折射角总小于入射角.
故答案为:研究折射光线、入射光线和法线共面;不能;折射光线跟入射光线和法线在同一平面内;
折射角小于入射角;
当入射角逐渐减小,则折射角逐渐减小,入射角增大时,折射角也随着增大;折射角总小于入射角.
光屏可以显示光的传播路径,还可以利用可折转的光屏确定入射光线、折射光线和法线是否在同一平面内.
光从空气斜射入水中时,折射角小于入射角,折射光线更靠近法线.
光的折射规律:折射光线、入射光线、法线在同一个平面内,折射光线、入射光线分居法线两侧,当光由空气斜射进入水中或其它透明介质中时,折射光线向法线偏折,折射角小于入射角;当光由水中或其它透明介质斜射进入空气中时,折射光线远离法线偏折,折射角大于入射角;折射角随入射角的增大而增大.
14.【答案】等于 同一平面 不能 OE ;
【解析】解:由表中实验数据可知,在光的反射现象中,反射角等于入射角。
在实验过程中,将纸板向前或向后折,是为了验证反射光线与入射光线在同一平面内,此时在纸板上将不能看到反射光线。
在光的反射现象中,光路是可逆的,当光贴着纸板沿射到点,光将沿方向射出。
故答案为:等于;同一平面;不能;。
分析表中实验数据,看反射角与入射角间的关系,然后得出结论。
知道反射光线、入射光线和法线在同一平面内,为验证这个结论,可以将纸板沿法线方向向前或向后折。
知道光路是可逆的,若沿反射光线的方向入射,则反射光线沿入射光线的方向射出。
该题考查了光的反射定律实验,掌握光的反射定律的内容即可正确解题;光的反射定律:反射光线、入射光线、法线在同一平面内,反射光线与入射光线分居法线两侧,反射角等于入射角;在光的反射现象中光路是可逆的。
15.【答案】不会 会 光疏介质 小于 大于 ;
【解析】解:由题意可知,只有入射角大于或等于临界角时,才会发生全反射现象。因此,当光从空气斜射到水中时不会发生全反射现象;
若光由水进入空气的临界角是,则入射光以的入射角从水射向空气时,此时角度大于临界角,所以会发生全反射现象。
由题意可知,光导纤维的外套相对于内芯介质来说,外套的折射率小于 内芯介质,所以说外套是光疏介质;
因为介质的折射率小越小,光在其中传播的速度越快。红光的折射率小于紫光,所以红光在光纤中传播的速度大于紫光。
故答案为:不会;会。
光疏介质;小于;大于。
结合对材料内容的理解,从中找出全反射的条件及特点,再对题干中的问题进行解答。
结合光疏介质和光密介质的特点及对光的折射的影响,可对题干中的问题做出解答。
本题所涉及的全反射、光疏介质、光密介质等光学概念对学生来讲都相对陌生,在从材料中进行挖掘和理解,再进一步运用到解决问题当中,有一定难度。
16.【答案】如图所示
;
【解析】在水中,鱼饵灯发出的光入射到点,在水面发生折射,折射光线进入人眼,小明逆着折射光线看去,折射光线好像是从虚像上发出的,使小明感觉鱼饵灯刚好被浮标挡住。
17.【答案】折射角随入射角的增大而增大 小于 0 是 应该换用其他透明介质进行实验,得出的结论更具有普遍性 ;
【解析】解:由表中数据可知,光从空气斜射到水面时,当入射角不断增大时,折射角也随之增大,故折射角随入射角的变化关系是:折射角随入射角的增大而增大,且折射角小于入射角。当光从空气垂直射到水面时,折射角等于零。
从实验过程可以看出,实验中存在不足:应该换用其他透明介质再做此实验,这样得出的结论将更具有普遍性。
故答案为:折射角随入射角的增大而增大;小于;;是;应该换用其他透明介质进行实验,得出的结论更具有普遍性。
光从空气斜射入水或其他介质中时,折射角小于入射角,折射角随入射角的改变而改变。
实验次数较少,结论具有偶然性,多次测量是为了获取多组数据,得出普遍性的结论,换用其他透明介质再做此实验,得出的结论更具有普遍性。
该题考查光的折射定律,光从空气斜射入水或其他介质中时,折射角小于入射角,折射角随入射角的改变而改变。
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