8.4探究光的折射现象 同步练习
一、单选题
1．如图所示，是一束光斜射向水和空气界面时的光路图，下列描述不正确的是（ ）
A．折射角为60° B．MN的下方为空气 C．OB为反射光线 D．PQ位置应为法线
2．下列现象中，由光的直线传播形成的是（ ）
A．白光透过三棱B． 水中的倒影
C．透过大水球看远处 D． 日食的形成
3．光由空气斜射向水面上时发生反射和折射现象,下图中正确的光路图是( )
A．
B．
C．
D．
4．下列有关光现象的描述中不合理的是（ ）
A．光发生折射时，折射角一定小于入射角
B．光发生漫反射时，反射角一定等于对应的入射角
C．人面镜时，镜中人的像大小一定不变
D．“小孔成像”现象中光形成的像一定是实像
5．如图所示的四种光现象中，属于光的反射现象的是（ ）
A．钢笔错位 B．水中倒影
C．一叶障目 D．林间光柱
6．小红通过实验探究光从水射入空气中的规律，他发现折射角随入射角的增大而增大。对“当入射角增大到一定程度时，将会出现的现象”有下列猜想，其中你认为合理的是（）
A．折射角变为0 B．折射光线消失
C．折射角将大于90° D．没有任何光现象
7．如图所示，一束光射入杯中，在杯底形成光斑。逐渐往杯中加水，则观察到的光斑将会（ ）
A．向右移动 B．向左移动 C．向上移动 D．原位不动
8．如图所示，看到筷子在水中变“弯折”，选项中能解释该现象的光路图是（ ）
A． B． C． D．
9．图所示的四幅光路图中，能正确描述光从空气斜射入水中这一现象的是
A． B．
C． D．
10．对一些实例和对应解释，下列说法中正确的是：（ ）
A．看见水中的鱼儿——光的直线传播 B．太阳下人影相随——光的反射
C．树荫下出现的圆形光斑——光的折射 D．用镜子增大空间感——平面镜成像
二、多选题
11．小海站在莲花湖岸边，看到水中的鱼和云，他所看到的（ ）
A．云是光的反射所形成的虚像 B．云是光的反射所形成的实像
C．看到水中的鱼就是鱼本身 D．鱼是光的折射所形成的虚像
12．当代中国，技术日新月异，无人机已经走进人们的生活。如图是一架无人机掠过水面的情景。下列说法正确的是（ ）
A．水中无人机的倒影是由于光的折射形成的
B．岸上的人看到空中的无人机是由于其反射的光射入了眼睛
C．水中潜泳的人看到空中的无人机是由于光的直线传播
D．水中潜泳的人看到空中的无人机其实是无人机的虚像
三、填空题
13．如图所示，光从玻璃射入空气中，在玻璃和空气的交界面上发生折射和反射，其中折射光线是 （选填“OA”、“OB”、“OC”或“NN′”），反射角的大小是 。
14．岸上的人看到水下的鱼，想用手里的激光笔照射到鱼，应该将激光笔射向 （“看到的鱼”、“看到的鱼上方”或“看到的鱼下方”下同）；用鱼叉捕鱼应该对准 叉鱼，河水中的鱼看到岸上物体的高度比物体实际高度要 （填“高”或“低”）。
15．如图所示，是光在空气和玻璃两种介质中传播的情形，则入射角等于 ，折射角等于 ，MM′的右边是 。
16．电视机的遥控器工作时通过 （选填“红外线”或“紫外线”）来实现对电视机的控制。医院常用到紫外线灭菌灯和B型超声波检测仪，假设紫外线和超声波的传播速度分别为v1、v2，则v1 v2。（选填“大于”“等于”或“小于”）
17．平静的湖面上映出天上的白云，一个同学说：“快看，鱼在云里游呢。”她看到的“云”实际上是 ，看到的“鱼”实际上是 。（选填“实像”、“虚像”或“实物”）
18．如图是光在空气和玻璃两种介质中传播的光路图，其中 是入射光线， 是折射光线，反射角为 度，折射角为 度，界面的 侧是玻璃（选填“上”、“下”、“左”、“右”）。
四、作图题
19．一束光由空气中射入水中，请画出该光线射到空气和水交界面后的反射光线与折射光线，并标出反射角 。
五、实验题
20．如图甲所示，小明和小华在探究“光的折射现象”时，将一束入射角为50°的光斜射入杯中的水里，更换杯中的介质时他们发现光的偏折程度不同。为了定量反映这种差异，小明将“折射角与入射角的比值”定义为“偏折比”，并根据所学物理知识和生活经验，对影响“偏折比”大小的因素提出以下猜想：
猜想1：“偏折比”与液面的高度有关；
猜想2：“偏折比”与液体的种类有关；
猜想3：“偏折比”与入射光的颜色有关。
（1）小华认为猜想1是错误的，其理由是 。根据小明的定义，图甲实验中，测得折射角为40°，则此时的“偏折比”为 。
（2）为了验证猜想2，小明只将图甲中的水换成油。如图乙所示，油的高度小于水的高度，杯底光斑的位置恰与图甲实验时光斑的位置重合，对比可知：在相同条件下，油对光的“偏折比” （选填“大于”、“等于”或“小于”）水对光的“偏折比”。
（3）为了探究猜想3，小明用图甲装置先后射入绿色和紫色的激光，杯底光斑位置如图丙所示，则 光的“偏折比”大。将其中的一束激光穿过如图丁所示的玻璃砖，若光在玻璃砖上表面折射时的“偏折比”为0.8，则光在下表面折射时的“偏折比”为 。
（4）根据小明的操作和计算结果，小华认为，应该将“偏折比”定义为“光线在空气中与法线的夹角α和光线在介质中与法线的夹角β之比”。如图丁所示，经过对多组不同玻璃砖的实验，测得数据如表所示：
玻璃砖A 玻璃砖B 玻璃砖C
光线在空气中与法线夹角α 30.0° 45.0° 60.0° 30.0° 45.0° 60.0° 30.0° 45.0° 60.0°
光线在玻璃中与法线夹角β 22.0° 32.0° 40.5° 17.0° 24.4° 30.4° 20.0° 28.9° 36.3°
1.36 1.41 1.48 1.76 1.84 1.97 1.50 1.58 1.65
根据表格中的数据，分析可得：光在空气与另一种透明介质中传播时，对于不同的入射角，“偏折比” （选填“相等”或“不相等”）；对于相同的入射角，“偏折比”越大，介质对光的折射程度越 （选填“高”或“低”），因此我们认为小华对“偏折比”定义的优点是 。
21．小明同学在“研究光的折射规律”实验中，选用不同颜色的光红光、黄光和紫光，分别以不同的入射角i从空气射入玻璃砖中，如图所示，每次的入射点均为O点，然后测出折射光线对应的折射角r并记录在下表中。实验过程中，他通过上网查阅相关资料发现，不同颜色的光在同种介质中的传播速度是不同的，对于红、黄、紫三种颜色的光，红光在玻璃中的传播速度最快，黄光次之，而紫光在玻璃中传播速度最慢。
表一（红光光源实验） 表二（黄光光源实验） 表三（紫光光源实验）
实验序号 入射角i° 折射角r° 实验序号 入射角i° 折射角r° 实验序号 入射角i° 折射角r°
1 0 0 5 0 0 9 0 0
2 25 16.4 6 25 15.7 10 25 15.1
3 50 30.7 7 50 29.4 11 50 28.2
4 75 40.1 8 75 38.3 12 75 36.6
（1）初步分析三个表中的数据，可以看出，当光从一种介质进入另一种介质中时，光的传播方向 （选填“一定”或“不一定”）发生改变；
（2）综合分析比较表一或表二、表三中的数据及相关条件，可以得出结论：同种颜色的光从空气斜射入同种介质时， ；
（3）分析比较实验序号 的数据及相关条件，可以得到初步结论：不同颜色的光从空气中以相同的入射角斜射入另一种介质时，光在这种介质中传播速度越慢，折射角越 。这说明在介质中传播速度越慢的光，折射本领越 ；
（4）如图所示，细心的小明还做了光从空气斜射入水中的实验，在实验探究中他发现：在水中或玻璃中看到的光线没有空气中的粗且亮，其原因是 。
六、综合题
22．金秋时节，细心的小明同学在天高气爽的夜晚。发现星光总是闪烁不定的。请你应用所学的物理知识解释闪烁不定的原因 。
23．在探究“光的折射规律”时，通过实验收集到的实验证据：当入射角为45°时，折射角为30°．但粗心的小罗没有及时在图中标出折射光线的位置，请你在图中标出折射光线及折射角 ；由图示可知光的传播方向改变的角度是 ；若光线从玻璃的另一面再次射出时，小邓测得其折射角也为45°，这说明在光的折射现象中，光路 ．
参考答案：
1．B
【详解】CD．法线与镜面垂直，反射角等于入射角，空气中的角度大于水中的角度，因此CO为入射光线、OB为反射光线，OA为折射光线，PQ为法线，故CD正确，不符合题意；
A．折射角为折射光线与法线的夹角，则折射角为60°，故A正确，不符合题意；
B． 入射角小于折射角，则MN的下方为水，故B错误，符合题意。
故选B。
2．D
【详解】A．白光透过三棱镜，是光的色散现象，是由光的折射形成的，故A不符合题意；
B．水中的倒影，是平面镜成像，属于光的反射，故B不符合题意；
C．透过大水球看远处，是凸透镜成像，属于光的折射，故C不符合题意；
D．日食的形成，是由光在同一种均匀介质中沿直线传播造成的，故D符合题意。
故选D。
3．D
【详解】试题分析：根据光的反射定律和光的折射规律即可判断出．
根据光的反射定律---在光的反射中，反射光线、入射光线、法线在同一平面内；反射光线和入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角．据此可知A、B、D都是正确的．
光的折射---光从一种介质斜射入另一种介质时，光的传播方向会发生偏折．而光从空气斜射入水中时，折射角小于入射角．
故选D．
考点：作光的反射光路图；光的折射规律．
点评：本题主要考查光的反射、光的折射光路图．难点是光从空气中斜射入水中时折射角与入射角的大小关系．
4．A
【详解】A．光发生折射时，折射角不一定小于入射角，例如，光从其他介质斜射入空气时，折射角就大于入射角，故A错误，符合题意；
B．光发生漫反射时遵循光的反射定律，所以光发生漫反射时，反射角等于入射角，故B正确，不符合题意；
C．由平面镜成像的特点可知，像与物大小相等，像的大小与物体到平面镜的距离无关，所以物体逐渐面镜，所成的像大小不变，故C正确，不符合题意；
D．“小孔成像”现象中，光的直线传播形成的倒立实像，所以像一定是实像，故D正确，不符合题意。
故选A。
5．B
【详解】A．光从一种介质斜射入另一种介质时，光的传播方向就会发生偏转，钢笔错位是光的折射现象，故A不符合题意；
B．水中倒影，水面相当于平面镜，属于平面镜成像，属于光的反射现象，故B符合题意；
CD．光在同一均匀介质中沿直线传播，，一叶障目和林间光束都是因为光沿直线传播形成的，故CD不符合题意。
故选B。
6．B
【详解】光从水斜射入空气的折射规律是折射角大于入射角，折射角随入射角的增大而增大，由此猜想，入射角增大到一定程度时，会出现的现象是只发生反射，不发生折射。因为当入射角增大到一定程度时，折射角就会达到90°，所以折射光线在空气中就没有了。
故选B。
7．A
【详解】光从空气斜射入水中时，会发生折射，折射角小于入射角，逐渐往杯中加水，如图所示，当水增多水面升高时，入射光线不变，法线仍然与水面垂直，则入射角不变，折射角也不变，但光斑会向右移动。故A符合题意，BCD不符合题意。
故选A。
8．C
【详解】人看到水中筷子弯折的光路原理是：筷子反射的光从水中斜射入空气时，在水与空气的交界面上发生折射，进入空气中的折射光线向水面偏折，折射角大于入射角，而我们认为光是沿直线传播的，我们逆着射入我们眼睛中的光线看到的筷子位置在折射光线的反向延长线上，像的位置比实际位置偏高，看起来筷子向上弯折。故ABD不符合题意；C符合题意。
故选C。
9．D
【详解】光线从一种介质斜射入另一种介质中，发生折射，光从空气中斜射入水中时，折射角小于入射角，折射光线、入射光线分居法线两侧，故ABC项不符合题意，D项符合题意。
10．D
【详解】A．看见水中的鱼儿是由于光在水面发生折射形成的虚像，不是光的直线传播，故A错误；
B．太阳下人影相随，即影子是由光的直线传播形成的，不是光的反射，故B错误；
C．树荫下出现的圆形光斑，它们是太阳的实像，这是由于光的直线传播造成的，故C错误；
D．用镜子增大空间感，是利用了平面镜成像的原理，成像时像和物到镜面的距离相等，所以有增大空间的感觉，故D正确。
故选D。
11．AD
【详解】AB．水面相当于平面镜，水中的白云属于平面镜成像，是由光的反射形成的与物体等大的虚像；故A符合题意，B不符合题意；
CD．由于水中的鱼反射的光线从水中斜射入空气中时，会发生折射，折射光线偏离法线，我们逆着折射光线看向水中，看到的是鱼的虚像，比实际的鱼位置偏高。故C不符合题意，D符合题意。
故选AD。
12．BD
【详解】A．水中无人机的倒影属于平面成像，是由于光的反射形成的，故A错误；
B．无人机自身不会发光，不是光源，岸上的人看到空中的无人机是由于其反射的光射入了眼睛，故B正确；
CD．水中潜泳的人看到空中的无人机是由于光的折射形成的虚像，像的位置比无人机的实际位置要高一些，故C错误，D正确。
故选BD。
13． OC 50°
【详解】[1][2]由图可知，∠AON和∠BON大小相等，都为
90°﹣40°=50°
又反射光线与入射光线关于法线对称，故NN′是法线；由于反射光线和入射光线分居在法线的两侧，折射光线和入射光线分居在法线的两侧，则AO是入射光线，OB是反射光线，OC是折射光线，入射角为50°，折由于反射角等于入射角，所以反射角为50°。
14． 看到的鱼 看到的鱼下方 高
【详解】[1][2][3]光从一种介质射入另一种介质中，光路会发生改变，所以看到水中的鱼是由光的折射形成的，看到与的位置比实际位置高，如果想要手里的激光笔照射到鱼，根据光路是可逆的，应该将激光笔射向看到的鱼，用鱼叉捕鱼则应该对着看到的鱼的下方；岸上的物体反射太阳光进入水中后发生折射，河水中的鱼看到岸上物体的高度比物体实际高度要高。
15． 60° 40° 玻璃
【详解】[1][2][3]如图所示：
根据光的反射定律，入射光线与法线的夹角为入射角，反射光线与法线的夹角为反射角，且反射角等于入射角；如图∠BOM=30°，可知
∠BON=90°-30°=60°
而图中已知∠AON=60°，所以NN'为法线，则MM'为界面。因为是光在空气和玻璃两种介质中传播的情形，当光线是从空气斜射入玻璃中的时候，折射角小于入射角，则
∠CON'=90°-50°=40°
因此，∠AON为入射角等于60°，∠CON'为折射角等于40°；MM'的右边是玻璃。
16． 红外线 大于
【详解】[1]红外线是非可见光，穿透能力强，电视机的遥控器是利用遥控器发出红外线来控制电视机。
[2]紫外线属于看不见的光，紫外线在空气中的传播速度约为v1=3×108m/s，B超是利用超声波来工作的，超声波在空气中的传播速度约为v2＝340m/s，故v1大于v2。
17． 虚像 虚像
【详解】[1][2]平静的水面相当于平面镜，平静的湖面上映出天上的白云，是白云在水面中成虚像；看到鱼是鱼反射的光线在水面处发生折射，折射光线远离法线，眼睛逆着折射光线看去，感觉折射光线是从折射光线反向延长线上发出的，眼睛看到的鱼的虚像。云的虚像和鱼的虚像叠在一起，看到鱼在云里游的现象，因此她看到的“云”和“鱼”实际上都是虚像。
18． BO OC 60 35 右
【详解】[1][2]首先做出MM'的垂线NN'，然后找相邻且相等的角，即为反射角和入射角，对应的光线为反射光线和入射光线，那么OC即为折射光线，根据折射规律：折射光线和入射光线分居法线两侧，则BO为入射光线，
[3][4]OA为反射光线，∠NOA为发射角，大小60°。
[5]MM'为界面，OC为折射光线，且折射角小于入射角，所以界面右侧是玻璃。
19．
【详解】光反射中，反射角等于入射角，反射光线、入射光线位于法线两侧，且三线位于同一介质中，由此作出反射光线；光从空气中折射入水中，水中的折射角小于空气中的入射角，折射光线、入射光线位于法线两侧，如图所示：
20． 见解析 0.8 小于 绿 1.25 不相等 高 见解析
【详解】（1）[1]由图可知，水面上升或下降时，入射角和折射角都不变，则折射角与入射角的比值即偏折比也不变，由此说明偏折比与液体深度无关，故猜想1不正确。
[2]图甲实验中，测得折射角为40°，已知入射角为50°，则偏折比
（2）[3]将图甲中的水换成油，当油的深度小于水的深度，杯底光斑位置恰与图甲实验时光斑位置重合，如图1
由图1可知：水中的折射角大于油中的折射角，由于入射角相同，则在相同条件下，油对光的“偏折比”比水对光的“偏折比”小。
（3）[4]光线的入射角和入射点不变，绿、紫色激光的折光线，如图2
由图2可知：绿色激光的折射角大于紫色激光的折射角，由于入射角相同，则根据“偏折比”的定义可知：绿光的“偏折比”大。
[5]将一束激光穿过如图丁所示的玻璃砖，若光在玻璃砖上表面折射时入射角为r，折射角为i，如图3
此时“偏折比”为0.8，即
当光在下表面折射时如图3中，则此时入射角为r′，折射角为i′，根据几何知识可知
∠r′=∠i，∠i′=∠r
所以，光在下表面折射时的“偏折比”为
（4）[6][7][8]分析玻璃砖A（或玻璃砖B或玻璃砖C）的数据可知，光在空气与另一种透明介质中传播时，对于不同的入射角，“偏折比”不相等。分析表中数据，当光线在空气中与法线夹角都是30°时，光线分别在A、B、C三种玻璃中与法线的夹角越大，“偏折比”越大，说明介质对光的折射程度越高。从表中数据分析可知，在相同条件下，光线无论从介质射向空气还是从空气射向介质，小华这种定义的比值是一定的。
21． 不一定 折射角随着入射角的增大而增大，折射角小于入射角 2、6、10 小 大 有一部分光线发生了反射
【详解】（1）[1]光从一种介质传播到另一种介质，传播方向不一定发生改变，因为光从一种介质垂直射入另一种介质的时候，传播方向不改变，即不发生折射。
（2）[2]从表格中数据可以看出，同种颜色的光从空气斜射入同种介质时，折射角随着入射角的增大而增大，而且每一次记录的数据都是折射角小于入射角。
（3）[3][4][5]不同颜色的光从空气中以相同的入射角斜射入另一种介质时，由于紫光在玻璃中传播速度最慢，则紫光的折射角越小。所以由表中数据可知，分析比较实验序号 2、6、10或3、7、11或4、8、12的数据即可；由于数据可知，在介质中传播速度越慢的光，折射本领越强。
（4）[6]在实验中，水中或玻璃中看到的光线没有空气中的粗而亮，其原因是有一部分光线发生了反射，重新回到了空气中，因此，水或玻璃中的光线会细而暗。
22．见解析
【详解】大气层中的空气分布不均匀，恒星的光线经过大气层时发生折射，传播方向一直发生改变，所以星光看上去总是闪烁不定的。
23． 15° 可逆
【详解】[1]光由空气斜射入玻璃中,根据折射定律,折射光线和入射光线位于法线两侧,折射角小于入射角,折射角等于30°，首先画出法线，完成光路如下：
[2]根据图示，延长入射光线，光的传播方向改变的角度是45°-30°=15°；
[3]若光线从玻璃的另一面再次射出时,小邓测得其折射角也是45°，这说明在光的折射现象中，光路是可逆的。
【点睛】光的折射定律：折射光线、入射光线和法线都在同一平面内，折射光线、入射光线分居法线两侧，当光从空气斜射入玻璃中时，折射角小于入射角．折射光线方向改变的角度等于折射光线与入射光线的夹角．折射时光路是可逆的。
