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4. (★★)一束光线从玻璃斜射入空气中，如图4.4-8甲所示，则折射角为
30°
。一束光线由空气斜射入水中，如图4.4-8乙所示，当夹角i增大时，折射角将减小
（填“增大”“减小”或“不变”）。答案
4.30°；减小
解析
【分析】
首先处理甲图：光从玻璃斜射入空气，折射角是折射光线与法线的夹角，需先确定法线（垂直界面的虚线），再根据折射光线与界面的夹角计算折射角。再处理乙图：光从空气斜射入水中，夹角i是入射光线与界面的夹角，入射角是入射光线与法线的夹角，需结合折射规律分析i变化时折射角的变化。
【解析】
1. 甲图：光从玻璃斜射入空气，折射角为折射光线与法线的夹角。由图可知，折射光线（空气侧）与界面的夹角为60°，法线与界面垂直，因此折射角=90°-60°=30°。
2. 乙图：光从空气斜射入水中，夹角i是入射光线与界面的夹角，入射角=90°-i；当i增大时，入射角减小。根据光的折射规律，光从空气斜射入其他介质时，折射角随入射角的减小而减小，因此折射角将减小。
【答案】
30°；减小
【知识点】
光的折射规律、折射角、入射角
【点评】
本题考查光的折射规律的基础应用，核心是明确折射角、入射角的定义，以及折射角随入射角的变化关系，属于中等难度的基础题。
【难度系数】
0.5
首先处理甲图：光从玻璃斜射入空气，折射角是折射光线与法线的夹角，需先确定法线（垂直界面的虚线），再根据折射光线与界面的夹角计算折射角。再处理乙图：光从空气斜射入水中，夹角i是入射光线与界面的夹角，入射角是入射光线与法线的夹角，需结合折射规律分析i变化时折射角的变化。
【解析】
1. 甲图：光从玻璃斜射入空气，折射角为折射光线与法线的夹角。由图可知，折射光线（空气侧）与界面的夹角为60°，法线与界面垂直，因此折射角=90°-60°=30°。
2. 乙图：光从空气斜射入水中，夹角i是入射光线与界面的夹角，入射角=90°-i；当i增大时，入射角减小。根据光的折射规律，光从空气斜射入其他介质时，折射角随入射角的减小而减小，因此折射角将减小。
【答案】
30°；减小
【知识点】
光的折射规律、折射角、入射角
【点评】
本题考查光的折射规律的基础应用，核心是明确折射角、入射角的定义，以及折射角随入射角的变化关系，属于中等难度的基础题。
【难度系数】
0.5
5. (★★)光在水中的传播速度为在空气中传播速度的 $\frac{3}{4}$,光在玻璃中的传播速度为在空气中传播速度的 $\frac{2}{3}$,当光从空气中斜射入水中时,折射光线偏向法线;当光从空气中斜射入玻璃中时,折射光线也偏向法线。你认为当光从水中斜射入玻璃中时,折射光线会
偏向
(填“偏离”或“偏向”)法线。你猜想的理由是光在水中的传播速度大于光在玻璃中的传播速度
。答案
5.偏向；光在水中的传播速度大于光在玻璃中的传播速度
解析
【分析】首先明确光的折射规律：当光从传播速度较大的介质斜射入传播速度较小的介质时，折射光线偏向法线；当光从传播速度较小的介质斜射入传播速度较大的介质时，折射光线偏离法线。题目中给出光在水中的传播速度是空气中的$\frac{3}{4}$，在玻璃中的传播速度是空气中的$\frac{2}{3}$，可比较出光在水中的传播速度大于在玻璃中的传播速度，由此可判断光从水中斜射入玻璃时折射光线的方向。
【解析】根据光的折射规律：光从传播速度大的介质斜射入传播速度小的介质时，折射光线偏向法线。已知$v_{水}=\frac{3}{4}v_{空}$，$v_{玻}=\frac{2}{3}v_{空}$，可得$v_{水}＞v_{玻}$，因此当光从水中斜射入玻璃时，折射光线偏向法线，理由是光在水中的传播速度大于光在玻璃中的传播速度。
【答案】偏向；光在水中的传播速度大于光在玻璃中的传播速度
【知识点】光的折射规律、不同介质中的光速
【点评】本题结合不同介质中的光速考查光的折射规律，需要学生理解光速与折射光线方向的关联，通过已知条件对比介质中光速大小即可推导结论，属于中等难度的应用类题目。
【难度系数】0.5
【解析】根据光的折射规律：光从传播速度大的介质斜射入传播速度小的介质时，折射光线偏向法线。已知$v_{水}=\frac{3}{4}v_{空}$，$v_{玻}=\frac{2}{3}v_{空}$，可得$v_{水}＞v_{玻}$，因此当光从水中斜射入玻璃时，折射光线偏向法线，理由是光在水中的传播速度大于光在玻璃中的传播速度。
【答案】偏向；光在水中的传播速度大于光在玻璃中的传播速度
【知识点】光的折射规律、不同介质中的光速
【点评】本题结合不同介质中的光速考查光的折射规律，需要学生理解光速与折射光线方向的关联，通过已知条件对比介质中光速大小即可推导结论，属于中等难度的应用类题目。
【难度系数】0.5
6. (★★)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4.4-9所示,其中球心O与入射点$O_1$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
A.①
B.②
C.③
D.④
答案
6.A
解析
【分析】
要解决本题，需分两次分析光的折射过程：首先明确两次折射的介质与法线方向，再依据光的折射规律判断折射光线的方向。第一步，光线从空气射入水球（第一次折射），法线为球心O与入射点O₁的连线，光从光疏介质（空气）进入光密介质（水），折射角小于入射角，折射光线向法线偏折；第二步，光线到达气泡球的入射点O₂，从水（光密介质）射入气泡内的空气（光疏介质），法线为O与O₂的连线，此时折射角大于入射角，折射光线远离法线，据此判断符合的光线。
【解析】
1. 第一次折射：光线从空气斜射入水球，法线是O₁O连线。根据光的折射规律，光从光疏介质（空气）进入光密介质（水）时，折射角小于入射角，因此折射光线向法线O₁O偏折，到达气泡球的表面O₂点。
2. 第二次折射：光线从水斜射入气泡内的空气，法线是O₂O连线。光从光密介质（水）斜射入光疏介质（空气）时，折射角大于入射角，折射光线应远离法线O₂O。观察图中光线，只有①符合“远离法线”的要求，②、③、④均不符合。
【答案】
A
【知识点】
光的折射定律，介质折射率
【点评】
本题结合天宫课堂的实际场景，考查光的折射规律的应用，需注意两次折射的介质变化及球面法线为半径方向的特点，是中等难度的光学基础题。
【难度系数】
0.6
要解决本题，需分两次分析光的折射过程：首先明确两次折射的介质与法线方向，再依据光的折射规律判断折射光线的方向。第一步，光线从空气射入水球（第一次折射），法线为球心O与入射点O₁的连线，光从光疏介质（空气）进入光密介质（水），折射角小于入射角，折射光线向法线偏折；第二步，光线到达气泡球的入射点O₂，从水（光密介质）射入气泡内的空气（光疏介质），法线为O与O₂的连线，此时折射角大于入射角，折射光线远离法线，据此判断符合的光线。
【解析】
1. 第一次折射：光线从空气斜射入水球，法线是O₁O连线。根据光的折射规律，光从光疏介质（空气）进入光密介质（水）时，折射角小于入射角，因此折射光线向法线O₁O偏折，到达气泡球的表面O₂点。
2. 第二次折射：光线从水斜射入气泡内的空气，法线是O₂O连线。光从光密介质（水）斜射入光疏介质（空气）时，折射角大于入射角，折射光线应远离法线O₂O。观察图中光线，只有①符合“远离法线”的要求，②、③、④均不符合。
【答案】
A
【知识点】
光的折射定律，介质折射率
【点评】
本题结合天宫课堂的实际场景，考查光的折射规律的应用，需注意两次折射的介质变化及球面法线为半径方向的特点，是中等难度的光学基础题。
【难度系数】
0.6
7. (★★★)如图4.4-10所示,一玻璃三棱镜的横截面为等腰直角三角形ABC。一束红光平行于BC边从S点射入三棱镜,经AB面折射后,又在BC面发生反射,然后恰好从P点折射后射出。请画出这个传播过程的光路图。
答案
7.如答图4.4-2所示
解析
【分析】
要绘制该光路，需利用平面镜成像的对称性简化反射光线的分析：BC面的反射可等效为从S关于BC的对称点发出的光线，因此先确定S的对称点，再通过连线找到反射点，逐步画出各段光线，最后完成AC面的折射光线。
【解析】
1. 作S点关于BC边的对称点S'（利用平面镜成像原理，反射光线的反向延长线经过像点）；
2. 连接S'与P，该连线与BC边的交点O即为光线在BC面的反射点；
3. 连接S与O，得到AB面的折射光线（入射光线平行于BC，经AB面折射后指向O点）；
4. 连接O与P，得到BC面的反射光线；
5. 在P点，根据光从玻璃斜射入空气的折射规律，画出AC面的折射光线，使射出光线平行于BC边，完成整个光路图。
【答案】
如答图4.4-2所示
【知识点】
光的折射、光的反射、平面镜成像
【点评】
本题结合等腰直角三棱镜的光学特性，考查光的折射与反射规律的应用，需掌握对称法在光路作图中的运用，是光学作图的典型题型。
【难度系数】
0.3
要绘制该光路，需利用平面镜成像的对称性简化反射光线的分析：BC面的反射可等效为从S关于BC的对称点发出的光线，因此先确定S的对称点，再通过连线找到反射点，逐步画出各段光线，最后完成AC面的折射光线。
【解析】
1. 作S点关于BC边的对称点S'（利用平面镜成像原理，反射光线的反向延长线经过像点）；
2. 连接S'与P，该连线与BC边的交点O即为光线在BC面的反射点；
3. 连接S与O，得到AB面的折射光线（入射光线平行于BC，经AB面折射后指向O点）；
4. 连接O与P，得到BC面的反射光线；
5. 在P点，根据光从玻璃斜射入空气的折射规律，画出AC面的折射光线，使射出光线平行于BC边，完成整个光路图。
【答案】
如答图4.4-2所示
【知识点】
光的折射、光的反射、平面镜成像
【点评】
本题结合等腰直角三棱镜的光学特性，考查光的折射与反射规律的应用，需掌握对称法在光路作图中的运用，是光学作图的典型题型。
【难度系数】
0.3
8.(★★★)某同学做“探究光的折射特点”的实验。如图4.4-11所示是光从空气射入水中的光路。实验中发现,折射光线、入射光线和法线在同一平面内,折射光线和入射光线分别位于法线两侧。通过实验还得到如下数据:
入射角α：0°，15°，30°，45°，60°
反射角β：0°，15°，30°，45°，60°
折射角γ：0°，11°，22.1°，35.4°，40.9°
(1)分析表中数据,可得出结论:
①光从空气斜射到水面时,将同时发生和现象。
②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(填“大于”“等于”或“小于”)入射角。当光从空气垂直射到水面时,折射角等于0°。
该同学根据上述实验中的发现和结论②总结出了光的折射特点。
(2)对于“探究光的折射特点”,除了该同学所做上述实验,你认为还可以从哪些方面进行:
入射角α：0°，15°，30°，45°，60°
反射角β：0°，15°，30°，45°，60°
折射角γ：0°，11°，22.1°，35.4°，40.9°
(1)分析表中数据,可得出结论:
①光从空气斜射到水面时,将同时发生和现象。
②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(填“大于”“等于”或“小于”)入射角。当光从空气垂直射到水面时,折射角等于0°。
该同学根据上述实验中的发现和结论②总结出了光的折射特点。
(2)对于“探究光的折射特点”,除了该同学所做上述实验,你认为还可以从哪些方面进行:
答案
8.(1)①折射；反射
②折射角随入射角的增大而增大(或折射角随入射角的减小而减小)；小于
(2)探究光从空气进入玻璃或其他透明介质的折射特点[或探究光从水中进入空气的折射特点(合理即可)]
②折射角随入射角的增大而增大(或折射角随入射角的减小而减小)；小于
(2)探究光从空气进入玻璃或其他透明介质的折射特点[或探究光从水中进入空气的折射特点(合理即可)]
解析
【分析】
本题是关于光的反射与折射特点的实验探究题，解题思路如下：
1. 第(1)问①：光从空气斜射到水面时，会有部分光返回空气（对应表格中的反射角数据），同时部分光进入水中，因此同时发生两种现象；
2. 第(1)问②：对比表格中入射角和折射角的数值变化，可总结折射角随入射角的变化关系，再通过具体数值对比判断折射角与入射角的大小关系；
3. 第(2)问：探究规律时需换用不同介质，使结论更具普遍性，避免偶然性。
【解析】
(1)①光从空气斜射到水面时，一部分光被反射回空气中（表格中有反射角数据佐证），另一部分光折射进入水中，因此同时发生反射和折射现象；
②分析表格数据：入射角从15°增大到60°时，折射角从11°增大到40.9°，可知折射角随入射角的增大而增大；且任意入射角对应的折射角都小于入射角（如60°入射角对应折射角40.9°），因此折射角小于入射角；
(2)当前实验仅探究了光从空气射入水中的情况，为使结论更具普遍性，可换用其他透明介质（如玻璃）重复实验，或探究光从水中射入空气的折射特点，避免结论的偶然性。
【答案】
(1)①折射；反射 ②折射角随入射角的增大而增大(或折射角随入射角的减小而减小)；小于 (2)探究光从空气进入玻璃或其他透明介质的折射特点[或探究光从水中进入空气的折射特点(合理即可)]
【知识点】
光的折射规律、光的反射定律
【点评】
本题为基础实验探究题，结合实验数据考查光的反射与折射的基本特点，需要学生具备数据分析能力，理解实验结论的普遍性要求，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题是关于光的反射与折射特点的实验探究题，解题思路如下：
1. 第(1)问①：光从空气斜射到水面时，会有部分光返回空气（对应表格中的反射角数据），同时部分光进入水中，因此同时发生两种现象；
2. 第(1)问②：对比表格中入射角和折射角的数值变化，可总结折射角随入射角的变化关系，再通过具体数值对比判断折射角与入射角的大小关系；
3. 第(2)问：探究规律时需换用不同介质，使结论更具普遍性，避免偶然性。
【解析】
(1)①光从空气斜射到水面时，一部分光被反射回空气中（表格中有反射角数据佐证），另一部分光折射进入水中，因此同时发生反射和折射现象；
②分析表格数据：入射角从15°增大到60°时，折射角从11°增大到40.9°，可知折射角随入射角的增大而增大；且任意入射角对应的折射角都小于入射角（如60°入射角对应折射角40.9°），因此折射角小于入射角；
(2)当前实验仅探究了光从空气射入水中的情况，为使结论更具普遍性，可换用其他透明介质（如玻璃）重复实验，或探究光从水中射入空气的折射特点，避免结论的偶然性。
【答案】
(1)①折射；反射 ②折射角随入射角的增大而增大(或折射角随入射角的减小而减小)；小于 (2)探究光从空气进入玻璃或其他透明介质的折射特点[或探究光从水中进入空气的折射特点(合理即可)]
【知识点】
光的折射规律、光的反射定律
【点评】
本题为基础实验探究题，结合实验数据考查光的反射与折射的基本特点，需要学生具备数据分析能力，理解实验结论的普遍性要求，难度适中。
【难度系数】
0.6
