光的折射较难.docx
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光的折射较难
一.选择题(共1小题)
1.光从空气中斜射到一块水平透明玻璃板上,设入射角为α,反射光线跟折射光线之间的夹角为β.则下列说法正确的是( )
A.β随α的减小而增大
B.β随α的增大而增大
C.当α=30°时,β在120°到150°之间
D.当α=30°时,β可能大于150°
二.填空题(共2小题)
2.如图所示,人在a点看到b处似乎有一条鱼,如果他要在a处用手电筒的光照亮水里的鱼则手电筒的光应朝向 处.(先填b、c、e、d)
3.小王在河边玩耍看见清澈的河底部有一个黑色的鹅卵石,他想用手中的激光手电筒去照亮鹅卵石,则激光束应对着鹅卵石的 照射(选填:
上方、下方、正对方向).
三.解答题(共8小题)
4.海市蜃楼和海滋同现蓬莱
5月7日在我市蓬莱海域上空出现了极为罕见的海市蜃楼和海滋奇观.两种幻景同现为历史首次,约有10万市民和游客有幸目睹了这一奇观.由于不明白产生这种奇观的科学原因,古人认为是蜃(蛟龙)所吐之气形成的.实际上,海市蜃楼和海滋都是光学现象,只不过前者是来之万里之外的异地景色,而后者多是本地景色.
我们知道,通常情况下,空气的密度随高度的增加而减小.当光线穿过不同高度的空气层时,会引起折射现象,但这种折射在我们日常生活中已经习惯了,所以不觉得有什么异常,可是当空气层温度变化发生反常时,由于空气是热的不良导体,温度的显着变化会引起空气层密度发生显着差异,从而导致与通常不同的折射和全反射,这就会产生海市蜃楼.空气密度差异情况不同,海市蜃楼的形式也不同,最常见的为上现蜃景和下现蜃景.无论哪种蜃景都出现在炎热无风的天气,如果大风刮起,这些景色就会消失的无影无踪.
阅读上文,回答下列问题:
(1)概括指出海市蜃楼是一种什么光学现象;
(2)文中提到“空气密度差异情况不同,海市蜃楼的形式也不同”.请你选择文中两种形式中的一种来说明空气密度的变化情况及原因.
5.小明喜欢看星星,听奶奶讲“牛郎织女”的故事.有一天晚上,小明突然想:
星星为什么老是眨呀眨的呢?
难道它们能一会儿发光,一会儿不发光?
不可能!
那又是为什么呢?
为了研究这个问题,小明收集了下面这些光现象,或许可以从中找到原因.
(1)在野外围着篝火烧烤,隔着篝火会看到对面的人好像在晃动.
(2)在哈哈镜前会看到自己大变样.
(3)夏天,可以看到柏油路上好像有一股水汽在上升,隔着水汽看到对面的东西好像在晃动.
问题一:
你觉得小明收集的这些现象当中,有哪些与星星眨眼问题相似?
你觉得它们的相似点在哪里?
问题二:
你现在知道为什么星星会眨眼睛了吗?
请你想一下,在月球上看到的星星会眨眼吗?
为什么?
问题三:
美国的哈勃天文望远镜是科学家们花费了很大的力气才送上天去的.然后通过无线电波把图象传回地球,它无论是制造还是维护都非常昂贵,科学家们为什么要把天文望远镜送到天上去?
这样做有什么好处?
6.已知鱼缸里只有一条金鱼,某同学从鱼缸的一角(∠C的角平分线方向)观察,却看到了如图所示的景象.
(1)为了方便说明产生上述景象的原因,请你针对如图抽象出便于解决问题的物理模型(用图表示);
(2)金鱼的实际位置大约是在A处、B处或是在∠C的角平分线上?
(3)利用你所抽象出的物理模型,用简单的光路图说明上述景象的成因(可用文字加以补充说明).
7.小明同学在做光的反射和折射的实验时,他在第一次实验中,将一束光从空气斜射入玻璃,并将入射光线、反射光线和折射光线的位置画出来;第二次,他将同样的一束光沿第一次反射光线的位置反向射向玻璃,发现此时的反射光线与第一次反画的入射光线重合,这个现象说明:
;第三次,他将同样的一束光沿第一次折射光线的反方向由玻璃射向空气,发现此时的折射光线与第一次所画的 光线重合,这说明:
.
8.在探究“光从空气斜射入水和油时,哪种液体对光的偏折本领较大”的实验中,小明提出如下实验方案:
先让一束入射光从空气直接斜射入透明的空水槽中,记录下光斑位置(如图所示);接着分别倒入水和油,记录对应的光斑位置,再通过分析就可得到实验结论.经讨论,同学们认为这一方案是可行的,于是进行了探究实验.
(1)要实现探究目标,他们应选择图中的 (选填字母序号)两图示实验;
(2)实验时,同学们在水槽底部贴上一把自制纸质刻度尺,这样做的目的是为了 .
(3)某小组同学正确实验后,所记录的三次光斑的相对位置如图所示,经分析可知:
光从空气斜射入水和油时, 对光的偏折本领较大.
9.阅读短文,回答问题.
彩虹
彩虹是大气中一种光学现象,当阳光照射都半空中的水珠时,光线被折射和反射,在天空形成彩带.
研究光线经过水珠的传播规律,可揭示彩虹形成的原因,如图甲所示,光线从点C进入半径为R的水珠,经点D反射,再从点E射出,AB是通过水珠球心O且与入射太阳光平行的直线,用x表示进入水珠的光线距AB的距离,α表示射出光线与AB的夹角,画出过入射点和球心O的直线(即该入射点的法线),进一步研究可以得出α与x的关系如图乙所示,入射的太阳光分布是均匀的,但射出的光线分布是不均匀的,在α最大时强度最大,能被地面上的人观察到.
牛顿发现,太阳光通过三棱镜后被分解成七种单色光.当太阳光进入水珠时,也产生类似效果.从同一点进入水珠的不同色光在水珠中沿不同路径传播,致使不同色光的α的最大值略有不同.
由于不同色光的α最大值略有不同,对某一水珠来讲只能有一种颜色的光被地面上的人看到,进入人眼的不同颜色的光来自内外不同弧线的水珠,所以人眼看到的彩虹由外圈至内圈呈红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色.
1.在图甲中,如果连接OD,则∠CDO (>/=/<)∠ODE.
2.根据图乙可知,x从0增加到R的过程中,α的变化情况是 .
A.增大B.先增大后减小C.减小D.先减小后增大
3.如图甲所示,光线从空气进入水珠的折射角随x增大而 .
4.图乙给出的是红色的α﹣x图象,其α最大值是42°,则紫光的α最大值 (大于/等于/小于)42°.
5.图丙中画出了红光通过小水珠时α最大值的光路.请在图丁中画出红光通过大水珠(虚线圈)时α最大值的光路.(图丁中已画出小水珠的光路)
10.请画出图中,在水中A点看到空中飞机S的像S′的光路图.
11.如图,A是水中的一个发光点,从A发出一条光线经平面镜反射后,反射光线通过B点,并在水面处发生折射.请画出入射光线、反射光线和折射光线的大致方向.
一.选择题(共1小题)
1.(2004?
河北)光从空气中斜射到一块水平透明玻璃板上,设入射角为α,反射光线跟折射光线之间的夹角为β.则下列说法正确的是( )
A.β随α的减小而增大
B.β随α的增大而增大
C.当α=30°时,β在120°到150°之间
D.当α=30°时,β可能大于150°
【解答】解:
根据题意画出光路图.
由图知,当α减小时,反射角和折射角都会减小,所以反射光线和折射光线都会靠近法线,因此反射光线和折射光线的夹角会增大.所以A说法正确.
当α增大时,反射角和折射角都会增大,所以反射光线和折射光线都会远离法线,因此反射光线和折射光线的夹角将会减小,所以B说法错误.
当α=30°时,而反射角等于入射角为30°,所以反射光线与玻璃表面的夹角是90°﹣30°=60°.
而折射角要小于入射角,所以折射角小于30°但大于0°,因此折射光线与玻璃面的夹角大于60°但小于90°.所以反射光线与折射光线的夹角大于60°+60°=120°,而小于60°+90°=150°.所以C正确,D错误.
故选A、C.
二.填空题(共2小题)
2.(2012秋?
五常市校级期中)如图所示,人在a点看到b处似乎有一条鱼,如果他要在a处用手电筒的光照亮水里的鱼则手电筒的光应朝向 b 处.(先填b、c、e、d)
【解答】解:
看到水中的鱼,是鱼身上的光折射入人眼,所以根据光路是可逆的,要用手电筒照鱼的话,直接对准所看到的鱼照射,即b处.
故答案为:
b.
3.小王在河边玩耍看见清澈的河底部有一个黑色的鹅卵石,他想用手中的激光手电筒去照亮鹅卵石,则激光束应对着鹅卵石的 正对方向 照射(选填:
上方、下方、正对方向).
【解答】解:
连接AB,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B点是鹅卵石的虚像,鹅卵石的实际位置在B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B点,激光也就刚好落在鹅卵石上了.如图所示:
故答案为:
正对方向.
三.解答题(共8小题)
4.(2006?
烟台)海市蜃楼和海滋同现蓬莱
5月7日在我市蓬莱海域上空出现了极为罕见的海市蜃楼和海滋奇观.两种幻景同现为历史首次,约有10万市民和游客有幸目睹了这一奇观.由于不明白产生这种奇观的科学原因,古人认为是蜃(蛟龙)所吐之气形成的.实际上,海市蜃楼和海滋都是光学现象,只不过前者是来之万里之外的异地景色,而后者多是本地景色.
我们知道,通常情况下,空气的密度随高度的增加而减小.当光线穿过不同高度的空气层时,会引起折射现象,但这种折射在我们日常生活中已经习惯了,所以不觉得有什么异常,可是当空气层温度变化发生反常时,由于空气是热的不良导体,温度的显着变化会引起空气层密度发生显着差异,从而导致与通常不同的折射和全反射,这就会产生海市蜃楼.空气密度差异情况不同,海市蜃楼的形式也不同,最常见的为上现蜃景和下现蜃景.无论哪种蜃景都出现在炎热无风的天气,如果大风刮起,这些景色就会消失的无影无踪.
阅读上文,回答下列问题:
(1)概括指出海市蜃楼是一种什么光学现象;
(2)文中提到“空气密度差异情况不同,海市蜃楼的形式也不同”.请你选择文中两种形式中的一种来说明空气密度的变化情况及原因.
【解答】解:
(1)由短文可知:
海市蜃楼是光的折射和全反射现象
(2)空气密度差异情况不同,海市蜃楼的形式也不同:
①上现蜃景:
通常空气的密度随高度的增加而减小,又由于水的比热较大,在同样受热的情况下海水温度较低,那么靠近海面的空气温度也低.再由于空气是热的不良导体,因而会出现空气层温度下面低上面高现象而且差别很大,导致空气密度下面大上面小而且差异显着;
②下现蜃景:
通常空气的密度随高度的增大而减小,可是在沙漠地区由于泥沙的比热小,在同样受热;情况下升温快,那么靠近沙漠的空气温度高.又由于空气是热的不良导体,因而会出现空气层温度下面高上面低现象,导致空气密度下面小上面大.
5.小明喜欢看星星,听奶奶讲“牛郎织女”的故事.有一天晚上,小明突然想:
星星为什么老是眨呀眨的呢?
难道它们能一会儿发光,一会儿不发光?
不可能!
那又是为什么呢?
为了研究这个问题,小明收集了下面这些光现象,或许可以从中找到原因.
(1)在野外围着篝火烧烤,隔着篝火会看到对面的人好像在晃动.
(2)在哈哈镜前会看到自己大变样.
(3)夏天,可以看到柏油路上好像有一股水汽在上升,隔着水汽看到对面的东西好像在晃动.
问题一:
你觉得小明收集的这些现象当中,有哪些与星星眨眼问题相似?
你觉得它们的相似点在哪里?
问题二:
你现在知道为什么星星会眨眼睛了吗?
请你想一下,在月球上看到的星星会眨眼吗?
为什么?
问题三:
美国的哈勃天文望远镜是科学家们花费了很大的力气才送上天去的.然后通过无线电波把图象传回地球,它无论是制造还是维护都非常昂贵,科学家们为什么要把天文望远镜送到天上去?
这样做有什么好处?
【解答】解:
问题一:
我们看到的星星大多是恒星,它们都能发光发热,恒星发来的光穿过大气层的时候,由于各个不同高度的大气层密度不同,也会发生折射.同时,又由于各个地方大气的密度都在不断变化,这就使得星光偏折的方向不是一定的,而是在不断变化,一会儿左,一会儿右,一会儿前,一会儿后.这样,到达你眼睛的星光就会一会儿强,一会儿弱.你就觉得恒星的光忽明忽暗,成了一闪一闪的了.
而
(1)与(3)也是由于空气密度不均匀,光的折射形成的.
而
(2)是由于哈哈镜的表面凹凸不平,反射面不平而造成的现象.
故答案为:
(1)(3)与星星眨眼相似,相似点就是因为空气的密度不均匀,光的折射形成.
问题二:
因为光的折射就是指光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向发生偏折,
但因为月球表面没有空气,所以就不存在光从一种介质斜射入另一种介质现象.
故答案为:
不会,因为月球表面没有空气
问题三:
因为光的折射现象,更准确地观察太空中的星星,“天上”真空环境下没有光的折射影响.
故答案为:
利用哈勃望远镜在太空中对外太空进行观察时,可以避免空气的干扰,好处是更准确.
6.已知鱼缸里只有一条金鱼,某同学从鱼缸的一角(∠C的角平分线方向)观察,却看到了如图所示的景象.
(1)为了方便说明产生上述景象的原因,请你针对如图抽象出便于解决问题的物理模型(用图表示);
(2)金鱼的实际位置大约是在A处、B处或是在∠C的角平分线上?
(3)利用你所抽象出的物理模型,用简单的光路图说明上述景象的成因(可用文字加以补充说明).
【解答】解:
(1)某同学从鱼缸的﹣角(∠C的角平分线方向)观察,却看到了两条金鱼,为了方便说明产生上述景象的原因,抽象出便于解决问题的物理模型,如下图所示:
(2)当金鱼位于鱼缸两玻璃侧面夹角平分线附近一定范围内时,光从水分别通过两玻璃侧面进入空气,发生光的折射,根据光从光疏物质传播到光密物质时,折射光线偏向法线,分别成像,这两个像分别向两侧面靠近,而通过两个侧面的折射光线都能进入人眼,如下图所示.这时就会看到两条金鱼,由图可知,金鱼的实际位置大约是在∠C的角平分线上.
答:
金鱼的实际位置大约是在∠C的角平分线上.
7.小明同学在做光的反射和折射的实验时,他在第一次实验中,将一束光从空气斜射入玻璃,并将入射光线、反射光线和折射光线的位置画出来;第二次,他将同样的一束光沿第一次反射光线的位置反向射向玻璃,发现此时的反射光线与第一次反画的入射光线重合,这个现象说明:
在反射现象中光路是可逆的 ;第三次,他将同样的一束光沿第一次折射光线的反方向由玻璃射向空气,发现此时的折射光线与第一次所画的 入射光线 光线重合,这说明:
在折射现象中光路也是可逆的 .
【解答】解:
在第一次实验中,将一束光从空气斜射入玻璃,并将入射光线、反射光线和折射光线的位置画出来;
第二次,他将同样的一束光沿第一次反射光线的位置反向射向玻璃,发现此时的反射光线与第一次反画的入射光线重合,这个现象说明:
在反射现象中光路是可逆的;
第三次,他将同样的一束光沿第一次折射光线的反方向由玻璃射向空气,发现此时的折射光线与第一次所画的入射光线重合,说明在折射现象中光路也是可逆的.
故答案为:
在反射现象中光路是可逆的;入射光线;在折射现象中光路也是可逆的.
8.(2011?
三明)在探究“光从空气斜射入水和油时,哪种液体对光的偏折本领较大”的实验中,小明提出如下实验方案:
先让一束入射光从空气直接斜射入透明的空水槽中,记录下光斑位置(如图所示);接着分别倒入水和油,记录对应的光斑位置,再通过分析就可得到实验结论.经讨论,同学们认为这一方案是可行的,于是进行了探究实验.
(1)要实现探究目标,他们应选择图中的 B、D (选填字母序号)两图示实验;
(2)实验时,同学们在水槽底部贴上一把自制纸质刻度尺,这样做的目的是为了 记录每一次光斑的位置 .
(3)某小组同学正确实验后,所记录的三次光斑的相对位置如图所示,经分析可知:
光从空气斜射入水和油时, 油 对光的偏折本领较大.
【解答】解:
(1)根据控制变量法的思想,要探究水和油对光的偏折本领大小,必须控制入射角和液面的高度相同,符合条件的有B、D两图;
(2)在水槽底部贴上一把自制纸质刻度尺,目的是为了记录液体对光的偏折的光斑的位置,比较液体对光的偏折程度,体现了转换法的思想;
(3)根据记录,油中光斑的位置距离空气比较远,因此油对光线的偏折程度大,对光的偏折本领较大.
故答案为:
(1)B、D;
(2)记录每一次光斑的位置;
(3)油.
9.(2013?
盐城)阅读短文,回答问题.
彩虹
彩虹是大气中一种光学现象,当阳光照射都半空中的水珠时,光线被折射和反射,在天空形成彩带.
研究光线经过水珠的传播规律,可揭示彩虹形成的原因,如图甲所示,光线从点C进入半径为R的水珠,经点D反射,再从点E射出,AB是通过水珠球心O且与入射太阳光平行的直线,用x表示进入水珠的光线距AB的距离,α表示射出光线与AB的夹角,画出过入射点和球心O的直线(即该入射点的法线),进一步研究可以得出α与x的关系如图乙所示,入射的太阳光分布是均匀的,但射出的光线分布是不均匀的,在α最大时强度最大,能被地面上的人观察到.
牛顿发现,太阳光通过三棱镜后被分解成七种单色光.当太阳光进入水珠时,也产生类似效果.从同一点进入水珠的不同色光在水珠中沿不同路径传播,致使不同色光的α的最大值略有不同.
由于不同色光的α最大值略有不同,对某一水珠来讲只能有一种颜色的光被地面上的人看到,进入人眼的不同颜色的光来自内外不同弧线的水珠,所以人眼看到的彩虹由外圈至内圈呈红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色.
1.在图甲中,如果连接OD,则∠CDO = (>/=/<)∠ODE.
2.根据图乙可知,x从0增加到R的过程中,α的变化情况是 B .
A.增大B.先增大后减小C.减小D.先减小后增大
3.如图甲所示,光线从空气进入水珠的折射角随x增大而 增大 .
4.图乙给出的是红色的α﹣x图象,其α最大值是42°,则紫光的α最大值 小于 (大于/等于/小于)42°.
5.图丙中画出了红光通过小水珠时α最大值的光路.请在图丁中画出红光通过大水珠(虚线圈)时α最大值的光路.(图丁中已画出小水珠的光路)
【解答】解:
1.因为O是小水珠的球心,所以如果连接OD,则OD即为法线,则则∠CDO=∠ODE.
2.由图象可知,x从0增加到R的过程中,α的变化情况是先增大后减小.
3.由光的折射规律结合图甲可知,光线从空气进入水珠的折射角随x增大而增大.
4.由于不同色光的α最大值略有不同,对某一水珠来讲只能有一种颜色的光被地面上的人看到,进入人眼的不同颜色的光来自内外不同弧线的水珠,所以人眼看到的彩虹由外圈至内圈呈红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫七色.所以当红色的α﹣x图象,其α最大值是42°,则紫光的α最大值应小于42°.
5.图丁中已画出小水珠的光路,然后根据光的反射和折射定律,画出红光通过大水珠(虚线圈)时α最大值的光路,如下图所示:
故答案为:
1.=;2B;3.增大;4.小于;5.见下图
10.(2012?
河南模拟)请画出图中,在水中A点看到空中飞机S的像S′的光路图.
【解答】解:
从S发出的光线在水面发生折射,射向A点,且折射角小于入射角,将折射光线反向延长,在S的正上方即为飞机S的像S′,如图所示:
11.(2011?
抚顺)如图,A是水中的一个发光点,从A发出一条光线经平面镜反射后,反射光线通过B点,并在水面处发生折射.请画出入射光线、反射光线和折射光线的大致方向.
【解答】解:
(1)作出发光点A关于平面镜的对称点,即为像点A′,连接A′B点交平面镜于点O,沿OB画出反射光线,连接AO画出入射光线,如图所示;
(2)OB又斜射到空气和水的界面时,根据光的折射定律:
折射光线、入射光线和法线在同一平面内,折射光线与入射光线分居法线两侧,从水斜射入空气中,折射角大于入射角.作图如下:
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