八年级物理第一卷第4章光现象4.4光折射精品练习(带解析新教育版)

第4节

光的折射
 
1.光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向一般发生变化的现象。
2.光的折射规律：光从空气斜射入水或其他介质，折射光线与入射光线、法线在同一平面上；折射光线和入射光线分居法线两侧，折射角小于入射角；入射角增大时，折射角也随着增大；当光线垂直射向介质表面时，传播方向不改变。折射现象光路也是可逆的。
3.生活中的折射现象实例：（1）池水变浅；（2）渔民叉鱼；（3）海市蜃楼等。

 
知识点一：折射现象
1.概念：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折的现象。
2.折射角：折射光线和法线间的夹角。
【例题1】（2019四川南充）下列现象中属于光的折射现象的是（  ）
A．坐井观天    B．杯弓蛇影    C．海市蜃楼    D．一叶障目
【答案】C
【解析】（1）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；
（2）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；
（3）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。
A.坐井观天指在井中看到的天空只有井口那么大，这是光的直线传播造成的，故A不符合题意；
B.杯弓蛇影是指弓在水中成像，属于平面镜成像，是光的反射造成的，故B不符合题意；
C.海市蜃楼是光在不均匀的大气中传播形成的光的折射现象，故C符合题意；
D.一叶障目由于光沿直线传播形成的，故D不符合题意。
知识点二：光的折射规律
（1）在光的折射中，入射光线、折射光线和法线在同一平面内，入射光线和折射光线分居法线的两侧。光从空气斜射入水或其他介质时，折射角小于入射角；光从水或其它介质斜射入空气中时，折射角大于入射角，折射角随入射角的增大而增大；当光从空气垂直射入水或其他介质中时，传播方向不变，折射角、反射角和入射角都等于0°；
（2）斜射时，总是空气中的角大；
（3）当光射到两介质的分界面时，反射、折射同时发生；
（4）光的折射中光路是可逆的。
【例题2】（2019江苏苏州）图中，一条光线从空气射入水中，请标出它的入射角α并大致画出折射光线。
 
【答案】如图所示：
 
【解析】首先画出法线，然后根据折射光线与入射光线和法线在同一平面内，在法线的由此水中画出折射光线，光从空气斜射入水中，所以折射角小于入射角，入射角是入射光线与法线的夹角。
知识点三：生活中的折射现象
（1）水中的鱼的位置看起来比实际位置浅一些；由于光的折射，池水看起来比实际的浅一些；
（2）水中的人看岸上的景物的位置比实际位置远 些；透过厚玻璃看钢笔，笔杆好像弯折了；斜放在水中的筷子好像向下弯折了。
【例题3】（经典题）面对清澈见底、看起来不过齐腰深的池水，不会游泳的人千万不要贸然下去，因为人们看到的池水深度和它的实际深度并不相同，下面四幅图能正确解释此现象的是（  ）
A．     B．     C．     D．
【答案】C
【解析】A.人们看到的池水深度和它的实际深度并不相同，是因为光线从水中斜射入空气中，折射光线进入人的眼睛，而图中表示的是光从空气斜射入水里，当光从空气斜射入水里或其它透明介质中时，折射角小于入射角，而图中是折射角大于入射角，故A错误；
BC.池底反射出的光，在水面处发生了折射，折射角大于入射角，人认为光是沿直线传播的，所以逆着折射光线看上去，看到的是变浅的池底的虚像，
即池水的实际深度比看到的池底要深，而图中池底的位置在看到的池底虚像的上方，故B错误，故C正确。
D.人们看到的池水深度和它的实际深度并不相同，是因为光线从水中斜射入空气中，折射光线进入人的眼睛，而图中表示的是光从空气斜射入水里，故D错误。

 
一、选择题
1．（2019四川巴中）下列关于光现象说法错误的是（  ）
A．树荫下太阳的光斑是光沿直线传播形成的       B．湖面上楼房的倒影是光折射形成的    
C．色光中的三原色是红、绿、蓝               D．照相机是利用凸透镜成倒立、缩小的实像原理工作的
【答案】B
【解析】A.树荫下圆形的光斑是太阳的像，这个像是小孔成像形成的，太阳通过树叶缝隙射向地面形成的像，说法正确。
B.水面相当于平面镜，湖面上楼房在水平面镜中成像就是我们看到的倒影，平面镜成像是光的反射形成的，说法错误。
C.色光中的三原色是红、绿、蓝，说法正确。
D.照相机是利用凸透镜成倒立、缩小的实像原理工作的，说法正确。
2．（2019山东德州）下列诗句中有关光现象的说法正确的是（  ）
A．“绿树阴浓夏日长”，树阴是光的反射形成的        B．“楼台倒影入池塘”，楼台倒影是光的折射形成的
C．“瀑水喷成虹”，彩虹是光的直线传播形成的        D．“潭清疑水浅”，水浅是光的折射形成的
【答案】D
【解析】（1）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；
（2）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；
（3）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。
A.树阴是树木的影子，由于光的直线传播，光射到不透明物体上，在不透明物体后面形成影子，故A错误；
B.楼台的倒影属于平面镜成像，是光的反射形成的虚像，故B错误；
C.彩虹是光的色散形成的，光的色散的实质是光的折射，故C错误；
D.“潭清疑水浅”中“水浅”是水底看起来比较浅，这是由于光的折射形成的，看水底是逆着光的传播方向看的（即逆着折射光线看），由于错觉，我们始终认为光是沿直线传播的，所以看到的位置比实际位置浅，故D正确。
3.（2019山东临沂）下列光现象，由于光的折射形成的是（  ）
     
A.小孔成像      B.鹦鹉照镜子     C.手影游戏          D.放大镜
【答案】D
【解析】
A.小孔成像是由光沿直线传播形成的，故A错误；
B.鹦鹉照镜子属于平面镜成像，是由光反射形成的，故B错误；
C.手影游戏是由于光的直线传播造成的。故C错误；
D.放大镜成像，属于凸透镜成像，利用了光的折射，故D正确。
4．（2019山东德州）下列诗句中有关光现象的说法正确的是（  ）
A．“绿树阴浓夏日长”，树阴是光的反射形成的     B．“楼台倒影入池塘”，楼台倒影是光的折射形成的    
C．“瀑水喷成虹”，彩虹是光的直线传播形成的     D．“潭清疑水浅”，水浅是光的折射形成的
【答案】D
【解析】（1）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；
（2）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；
（3）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。
A.树阴是树木的影子，由于光的直线传播，光射到不透明物体上，在不透明物体后面形成影子，故A错误；
B.楼台的倒影属于平面镜成像，是光的反射形成的虚像，故B错误；
C.彩虹是光的色散形成的，光的色散的实质是光的折射，故C错误；
D.“潭清疑水浅”中“水浅”是水底看起来比较浅，这是由于光的折射形成的，看水底是逆着光的传播方向看的（即逆着折射光线看），由于错觉，我们始终认为光是沿直线传播的，所以看到的位置比实际位置浅，故D正确。
5．（2019福建省）如图的四种现象中，由于光的折射形成的是（  ）
     
A．水中荷花的倒影      B．屏幕上的手影    C．观后镜中汽车的像 D．放大镜下树叶的像
【答案】D
【解析】A.水中荷花的倒影是平面镜成像现象，属于光的反射，故A不符合题意。
B.屏幕上的手影是光线在同种均匀的介质中传播形成的，故B不符合题意。
C.观后镜是凸面镜，所以汽车观后镜中的像是由光的反射形成的，故C不符合题意。
D.放大镜把树叶“放大”，是由于光的折射形成的，故D不符合题意。
6．（2019山东泰安）如图所示的现象中，属于光的折射的是（  ）
    
A． 水中筷子“弯折”    B．地上的身影     C． 水中荷花的倒影      D．墙上的手影
【答案】A
【解析】A.从水中筷子上反射的光从水中斜射入空气中时，发生折射，折射光线远离法线，当人逆着折射光线的方向看时，看到的是筷子的虚像，比实际位置偏高，所以感觉折断了，故与题意相符；
B.地上的身影是由光沿直线传播形成的，故与题意不符；
C.水中荷花的倒影属于平面镜成像，其实质是光的反射，故与题意不符；
D.墙上的手影由光沿直线传播形成的，故与题意不符。
7.（2019四川内江）光从玻璃射向空气中，在玻璃与空气的交界面上发生折射和反射，以下符合实际情况的是（  ）
A．     B．     
C．     D．
【答案】D
【解析】A.图中描述的是光从玻璃斜射入空气中的情境，反射光线的方向错误，不符合反射定律；折射角小于入射角，不符合折射定律，故A图不正确。
B.图中描述的是光从空气斜射入玻璃中的情境，反射光线的方向错误，不符合反射定律；折射角大于入射角，符合折射定律，故B图不正确。
C.图中描述的是光从空气斜射入玻璃中的情境，反射角等于入射角，符合反射定律；折射角等于入射角，不符合折射定律，故C图不正确。
D.图中描述的是光从空气斜射入玻璃中的情境，反射角等于入射角，符合反射定律；折射角大于入射角，符合折射定律，故D图正确。
8.（经典题）如图所示的四种现象中，属于光的折射现象的是   （  ）
   
A．山在水中形成“倒影”       B．景物在观后镜中成像
C．月食现象的形成           D．钢勺好像在水面处“折断”
【答案】D．
【解析】判断光的折射现象，要对折射的定义理解清楚，光从一种透明介质斜射入另一种透明介质中时，传播方向一般会发生改变，这是光的折射，生活中光在不均匀介质中不沿直线传播的现象也是光的折射．
A．平静的水面相当于平面镜，倒影是平面镜成的像，这是利用光的反射原理，故A错误．
B．观后镜是凸面镜，属于光的反射，故B错误；
C．发生月食时，太阳、月球、地球三者都在同一直线上，都可以用光沿直线传播来解释，故C错误．
D．从水中钢勺上反射的光从水中斜射入空气中时，发生折射，折射光线远离法线，当人逆着折射光线的方向看时，看到的是钢勺的虚像，比实际位置偏高，所以感觉折断了，故D正确．
二、填空题
9.（2019河北省）小明在湖边游玩时，看到了一些光现象。
（1）茂密的树下有一个个园形的小光斑，是由于     而形成的太阳“像”。
（2）看到的湖水中游动的“鱼”比其实际位置要     （选填“深”或“浅”）。
（3）湖中孔桥的“倒影”，是由于光的     而形成的虚像。
【答案】（1）光的直线传播；（2）浅；（3）反射。
【解析】光在同一均匀介质中是沿直线传播的，应用的实例有：小孔成像、影子的形成、日食和月食现象；
从鱼出来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，就会觉得鱼变浅了；倒影属于平面镜成像，平面镜成像的原理是光的反射。
（1）茂密的树下有一个个圆形的小光斑，属于小孔成像现象，是由于光沿直线传播而形成的太阳的“像”。
（2）水中的鱼反射的光线穿过水面，折射进入人眼，此时光线在水面处发生折射，折射角大于入射角，即人眼逆着折射光线的方向看去，
看到的是鱼经水面折射所成的虚像，且虚像在实际鱼的上方，所以从岸边看到水中“鱼”的位置比鱼实际位置要浅一些。
（3）湖中的孔桥的倒影，属于平面镜成像，是由于光的反射而形成的虚像。
10.（2019天津）下列是与光学知识有关的诗句或成语：①立竿见影②潭清疑水浅③一叶障目。其中______（填序号）与另外两个所描述的光现象形成的原因不同，它可以用光的______解释。
【答案】②   折射
【解析】①立竿见影是指把竿竖在阳光下，可以看到竿的影子，这是因为光沿直线传播。
②“潭清疑水浅”指的是池底看起来要比实际的位置变浅了，看到的池底是真实池底的反射的光线在由水中进入空气时发生折射而形成的虚像；是光的折射现象。
③由于光在空气中沿直线传播，光线不能绕到叶子后面，故能一叶障目，不见泰山。是光的直线传播。
综上分析可知，②与另外两个所描述的光现象形成的原因不同，它可以用光的折射解释。
11.（常考题）我们都知道小马过河的故事，如图所示，是小马过河的图片．小马斜着看水中东西，会发生折射．根据光的折射规律，小马看到的河底位置比实际位置要  （填“深”或“浅”）． 小马在河中的“倒影”看起来比它本身要“暗”一些，主要是因为不是所有的光在水面上发生了     ．
 
【答案】浅；反射．
【解析】河底反射出的光线从水中斜射到水面时，要发生折射，由于光从水中进入空气，所以折射角大于入射角．折射光线的反向延长线的交点即像点在物体的上方；所以看到的河底的位置要比实际位置要浅；光射到水面时，一部分光线发生了反射，另一部分发生了折射而进入水中，所以这些“倒影”看起来比小马本身“暗”一些．光从水中斜射入空气，折射角大于入射角是造成看到的位置比实际位置变浅的根本原因．
12．（2018•枣庄）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  （选填“甲”或“乙”）的位置。
 
【答案】折射； 乙。
【解析】当光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生偏折，这种现象叫做光的折射。
太阳落山时，太阳的实际位置在地平线下面，但太阳光经过不均匀的大气层时发生了折射，通过折射我们看见了太阳的虚像（即观察到的落日），此时，太阳的实际位置在图中的乙位置。
13．（2017•淄博）如图是光在空气和水的界面发生反射和折射的光路图，∠AOS=60°．图中的入射光线是  ；反射角大小是  ；折射光线在  （填“水”或“空气”）中。
 
【答案】AO；30°；空气。
【解析】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、反射光线以及反射角的度数。
由图可知，∠AOS=60°，所以∠AOP=90°﹣60°=30°，而∠COP与∠AOP时相等的，根据反射角等于入射角，所以PQ为法线，RS为界面，而折射光线和入射光线分别位于法线两侧，则OB一定为折射光线，AO为入射光线，OC为反射光线。
由图可知，折射角要大于入射角，因当光线从水中斜射入空气时，折射角大于入射角。
所以这束光线是由玻璃进入空气。即分界面的右侧是空气。
三、作图题
14．（2019贵州贵阳）如图所示是一条光线从透明玻璃砖的一面，垂直入射的光线，玻璃砖的截面为等腰三角形顶角为120°，请结合几何知识画出这条光线经玻璃砖从另外两个面射出的光路图。
 
【答案】见解析。
【解析】首先光从空气垂直入射到玻璃的表面，所以传播方向不变。已知玻璃砖的截面为等腰三角形顶角为120°，则两个底角都为30°，过入射点做出法线，法线正好平分顶角，则折射光线ED与法线的夹角为3反射角等于入射角，故反射光线与法线的夹角也为30°，当光线由玻璃垂直入射时，传播方向不改变，即DF，当光线由玻璃斜射人空气中时，折射光线与入射光线分居法线两侧，折射角大于入射角，由此可画出折射光线DG，如图所示：                                
 
15.（2019广东深圳）一束光线从空气射入玻璃时，界面 MN 上的反射光线如图所示，请画出对应的入射光线和大致的折射光线。  
 
【答案】如图所示：  
 
【解析】首先通过入射点做垂直与分界面的法线，然后根据入射角等于反射角做出入射光线；最后在法线上面玻璃一侧，根据折射角小于入射角做出折射光线。
16.（2019吉林省）请在下图中画出折射光线的大致位置；  
 
【答案】见解析。
【解析】首先通过入射点做垂直于分界面的法线，然后在法线右侧水里面根据“折射角小于入射角”画出折射光线的大致位置，如下图：
 
17.（常考题）如图，一束光线与水平面成30°角斜射到水面上，同时发生反射和折射，请在图中画出反射光线和折射光线的大致方向，标出反射角的度数．
 
【答案】如图所示。
 
【解析】图中入射光线与界面的夹角是30°，入射角是入射光线与法线的夹角，因此入射角是90°﹣30°=60°；反射角是反射光线与法线的夹角，反射角等于入射角也为60°．光由空气斜射进入水中时，折射光线向靠近法线方向偏折，折射角小于入射角，据此完成光路。
18.（2019湖北随州）半径为R的半圆形玻璃砖，圆心在O点，弧面ABC涂有反光层。一束激光垂直于
直径AC从D点由空气射入玻璃砖（如图为平面图），已知OD＝ R，画出光束经圆弧面两次反射最后从AC边出射到空气中的光路图，要求标明两次反射过程中的入射角大小。
 
【答案】见解析。
【解析】根据光的折射和光的反射规律，再结合数学知识即可作图。一束激光垂直于直径AC从D点由空
气射入玻璃砖，传播方向不变，到达弧面ABC，连接OO1即为法线，根据反射角等于入射角作出反射光线，
到达弧面ABC的左侧，连接OO2即为法线，根据反射角等于入射角作出反射光线，此时反射光线垂直于AC射入空气中，传播方向不变，如图所示：
 
由勾股定理得，O1D＝ ＝ R，
所以，△ODO1为等腰直角三角形，即第一次的入射角为45°；
所以反射角也为45°，则O1O2∥AC，
同理，第二次的入射角也为45°。
四、实验探究题
19．（2019贵州贵阳）光从空气斜射入水和玻璃时都会发生折射现象，但是水和玻璃的折射情况会相同吗？为了探究这个问题，小华选择了光屏、透明玻璃砖、水槽、激光电筒等器材进行实验。他在光屏上画出互相垂直的NN\’和MM\’两条线段并相交于O点，如图甲所示。
 
（1）小华将玻璃砖的一个表面与MM\’齐平放置，让激光电筒发出的光线从A点到O点入射，他看到了如图乙所示的光路（AO、OC为同一直线），你认为出现光线OC是因为________所致，鉴于本实验的目的，此时最应该记录的两条光线是________________。
（2）接下来他要观察光从空气中进入水中的情况，他将光屏竖直放入水槽中，（使线段MM\’水平）并向水槽中慢慢注水至水面与MM\’齐平，入射光线应该从A点向O点射入，这是为了保证_______________，其实本实验小华还考虑了入射光线所在一侧的________相同。
（3）小华最终在光屏上记录下了如丙所示的光路图（OE为水中的折射光线），通过分析光路，你认为玻璃和水这两种介质对光的偏折能力较强的是________。
（4）若用激光以相同的入射角分别从玻璃和水中斜射入空气中，则________射出的折射光线更远离法线。
【答案】（1）有部分光线并没有通过玻璃砖，而依旧在空气中传播；AO和OB；（2）入射光线重合；入射角；（3）玻璃；（4）玻璃。
【解析】（1）光线AO到OC，光的传播路线没有改变，说明光在同一种均匀介质中传播，所以可以判断有部分光线并没有通过玻璃砖，而依旧在空气中传播。本实验探究光的折射规律，要记录光的折射光线和入射光线，所以要记录的两条光线是AO和OB。
（2）探究光在玻璃和水的折射能力，要控制入射光线相同，入射角相同，观察折射光线和折射角的变化情况，所以入射光线应从A点向O点射入，这是为了保证入射光线重合，入射角相同。
（3）如乙丙图，当光在空气中传播时AO入射，OC传播；当光线从空气斜射入水中，AO入射，OE传播；当光线从空气斜射入玻璃中，AO入射，OB传播，比较OB偏离OC更多，所以玻璃和水这两种介质对光的偏折能力较强的是玻璃。
（4）光路是可逆的，光从空气斜射入玻璃偏折能力强，当光从玻璃斜射入空气中偏折能力也强，所以远离法线。
20．（经典题）小丽同学要探究光从空气射入不同介质发生折射时的规律．她将光从空气射入水、玻璃后发生折射的实验数据记录在下表中．
 
（1）比较数据中的第一行，可得的结论是：                 ．
（2）比较第二列或第三列与第一列的数据变化，可得到的结论是：光从空气斜射入同一种介质时，                ．
（3）横向比较表中各个数据，以及光在不同介质中的传播速度，可初步得出的结论是：当光以相同入射角从空气射入不同介质中时，折射角的大小与     有关，具体关系是：入射角相同时，        ．
【答案】（1）垂直入射光线不改变传播方向；（2）折射角随入射角的增大而增大；（3）光速；光速越大，则折射角越大．
【解析】由折射定律可得，光从空气斜射入不同介质时，折射角是不同的；垂直射入不同介质时，光的传播方向不变，角度在空气中总是大的．
（1）第一行中，光线垂直入射，入射光线、法线、折射光线三线合一，结果发现光介质中的传播方向没有发生变化，即垂直入射光不改变方向；
（2）由第二列和第一列中数据发生变化可知，当入射角增大时，折射角也随之发生变化，即折射角随入射角的增大而增大；
（3）由表中数据可知，同样的入射角入射时，光在光速较大的水中，折射角也大，故说明折射角的大小应与光速有关；光速越大，则折射角越大。