高考物理二輪復(fù)習(xí)專項訓(xùn)練模型73光學(xué)+實際模型（解析版）

模型73光學(xué)+實際模型1.（2023高考湖南卷）一位潛水愛好者在水下活動時，利用激光器向岸上救援人員發(fā)射激光信號，設(shè)激光光束與水面的夾角為α，如圖所示。他發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)α大于41°時，岸上救援人員才能收到他發(fā)出的激光光束，下列說法正確的是（）A.水的折射率為SKIPIF1<0B.水的折射率為SKIPIF1<0C.當(dāng)他以α=60°向水面發(fā)射激光時，岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角小于60°D.當(dāng)他以α=60°向水面發(fā)射激光時，岸上救援人員接收激光光束的方向與水面夾角大于60°【參考答案】BC【名師解析】根據(jù)題述，當(dāng)α＞41°時，即從水面下的入射角小于49°時，光線才能射出水面，水面全反射臨界角為C=49°，由sinC=1/n可得n=1/sin49°，B正確A錯誤；當(dāng)他以α=60°向水面發(fā)射激光時，入射角i=30°，由折射定律n=sinr/sini可得射出水面的折射角正弦值sinr=1/2sin49°，折射角大于30°，岸上救援人員接收到激光束的方向與水面小于60°，C正確D錯誤。2．.（2023高考山東高中學(xué)業(yè)水平等級考試）一種反射式光纖位移傳感器可以實現(xiàn)微小位移測量，其部分原理簡化如圖所示。兩光纖可等效為圓柱狀玻璃絲M、N，相距為d，直徑均為SKIPIF1<0，折射率為n（SKIPIF1<0）。M、N下端橫截面平齊且與被測物體表面平行。激光在M內(nèi)多次全反射后從下端面射向被測物體，經(jīng)被測物體表面鏡面反射至N下端面，N下端面被照亮的面積與玻璃絲下端面到被測物體距離有關(guān)。（1）從M下端面出射的光與豎直方向的最大偏角為SKIPIF1<0，求SKIPIF1<0的正弦值；（2）被測物體自上而下微小移動，使N下端面從剛能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃絲下端面到被測物體距離b的相應(yīng)范圍（只考慮在被測物體表面反射一次的光線）?！緟⒖即鸢浮浚?）SKIPIF1<0；（2）SKIPIF1<0【名師解析】（1）由題意可知當(dāng)光在兩側(cè)剛好發(fā)生全反射時從M下端面出射的光與豎直方向夾角最大，設(shè)光在M下端與豎直方向的偏角為α，此時SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0又因為SKIPIF1<0所以SKIPIF1<0（2）根據(jù)題意要使N下端面從剛能接收反射激光到恰好全部被照亮，光路圖如圖所示則玻璃絲下端面到被測物體距離b的相應(yīng)范圍應(yīng)該為SKIPIF1<0當(dāng)距離最近時有SKIPIF1<0當(dāng)距離最遠(yuǎn)時有SKIPIF1<0根據(jù)（1）可知SKIPIF1<0聯(lián)立可得SKIPIF1<0SKIPIF1<0所以滿足條件的范圍為SKIPIF1<03.（2022高考湖北物理）如圖所示，水族館訓(xùn)練員在訓(xùn)練海豚時，將一發(fā)光小球高舉在水面上方的A位置，海豚的眼睛在B位置，A位置和B位置的水平距離為d，A位置離水面的高度為SKIPIF1<0d。訓(xùn)練員將小球向左水平拋出，入水點(diǎn)在B位置的正上方，入水前瞬間速度方向與水面夾角為θ。小球在A位置發(fā)出的一束光線經(jīng)水面折射后到達(dá)B位置，折射光線與水平方向的夾角也為θ。已知水的折射率SKIPIF1<0，求:（1）tanθ的值；（2）B位置到水面的距離H。【參考答案】（1）SKIPIF1<0；（2）SKIPIF1<0【命題意圖】本題平拋運(yùn)動規(guī)律、折射定律?！窘忸}思路】（1）由平拋運(yùn)動規(guī)律，小球入水前瞬間豎直方向速度vy=SKIPIF1<0=SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，d=vxt，聯(lián)立解得：vx=SKIPIF1<0，tanθ=SKIPIF1<0=4/3。（2）因SKIPIF1<0可知SKIPIF1<0，從A點(diǎn)射到水面光線的入射角為α，折射角為SKIPIF1<0，則由折射定律可知SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0由幾何關(guān)系可知SKIPIF1<0解得SKIPIF1<04．（2022年6月浙江選考）如圖所示，王亞平在天宮課堂上演示了水球光學(xué)實驗，在失重環(huán)境下，往大水球中央注入空氣，形成了一個空氣泡，氣泡看起來很明亮，其主要原因是第第8題圖A．氣泡表面有折射沒有全反射 B．光射入氣泡衍射形成“亮斑”C．氣泡表面有折射和全反射 D．光射入氣泡干涉形成“亮斑”【參考答案】C【命題意圖】本題考查光的折射和全反射?！窘忸}思路】氣泡看起來很明亮，其主要原因是氣泡表面有折射和全反射，C正確。最新模擬題1.（2023天津南開二模）“浸沒式”光刻機(jī)的原理是一種通過在光刻膠和投影物鏡之間加入浸沒液體，從而減小曝光波長，提高分辨率的技術(shù)，如圖所示。若浸沒液體的折射率為SKIPIF1<0，當(dāng)不加液體時（可視為真空）光刻膠的曝光波長為SKIPIF1<0，則加上液體后與不加液體相比，該曝光光波（）A.在液體中的頻率變?yōu)樵瓉淼腟KIPIF1<0B.在液體中的傳播速度變?yōu)樵瓉淼腟KIPIF1<0倍C.在液體中的曝光波長約為SKIPIF1<0D.傳播相等的距離，在液體中所需的時間變?yōu)樵瓉淼腟KIPIF1<0倍【參考答案】CD【名師解析】頻率由光源決定，光由空氣進(jìn)入該液體中傳播時，光波頻率不變，故A錯誤；光在液體中的傳播速度為SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0故B錯誤；加上液體時光刻膠曝光波長為SKIPIF1<0不加液體時，有SKIPIF1<0聯(lián)立代入數(shù)據(jù)可得SKIPIF1<0故C正確；由上分析可知，在液體中曝光光波的傳播速度變?yōu)樵瓉淼腟KIPIF1<0，而傳播距離不變，所以在液體中所需的時間變?yōu)樵瓉淼腟KIPIF1<0，故D正確。2.（2023山東煙臺三模）光纖通信作為一門新型技術(shù)，以其通信容量大、抗干擾性高和信號衰減小，而遠(yuǎn)優(yōu)于電纜、微波通信傳輸，已成為世界通信中主要傳輸方式。但光纖光纜在轉(zhuǎn)彎的地方彎曲半徑不能太小，否則影響正常通信。如圖所示，模擬光纖通信，將直徑為d的圓柱形玻璃棒彎成SKIPIF1<0圓環(huán)，已知玻璃的折射率為SKIPIF1<0，光在真空中的速度為c，要使從A端垂直入射的光線能全部從B端射出。求：（1）圓環(huán)內(nèi)徑R的最小值；（2）在（1）問的情況下，從A端最下方入射的光線，到達(dá)B端所用的時間?！緟⒖即鸢浮浚?）SKIPIF1<0；（2）SKIPIF1<0【名師解析】（1）從A端最下方入射的光線發(fā)生全反射時其他光線都能發(fā)生全反射，如圖所示，根據(jù)幾何關(guān)系得SKIPIF1<0設(shè)全反射臨界角為C，則要使A端垂直入射的光線全部從B端射出，必須有SKIPIF1<0。根據(jù)全反射臨界角公式公式SKIPIF1<0因此有SKIPIF1<0即有SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0所以R的最小值為SKIPIF1<0。（2）在（1）問的情況下，由解析圖可知SKIPIF1<0，則有SKIPIF1<0光在光纖內(nèi)傳播的總路程為SKIPIF1<0光在光纖內(nèi)傳播的速度為SKIPIF1<0所以所求時間為SKIPIF1<03.(2023河北臨考信息卷)唐代詩人韓愈的《原道》里“坐井而觀天，日天小者，非天小也?！闭f的是青蛙在井底所能看到的天空是有限的。若深8m、半徑為0.5m的井中被灌滿水，水的折射率SKIPIF1<0，如圖所示，處在井底正中央A處的青蛙沿其正上方上浮，若青蛙想要把井外景物全部盡收眼底，則所處位置與井口水面的豎直距離最遠(yuǎn)為A．SKIPIF1<0m B．SKIPIF1<0m C．SKIPIF1<0m D．5m【參考答案】.A【名師解析】：如圖所示，幾乎貼著水面射入水里的光線，在青蛙看來是從折射角為C的方向射來的，根據(jù)折射定律SKIPIF1<0，設(shè)青蛙所處位置最遠(yuǎn)與井口水面距離為h，根據(jù)幾何關(guān)系可知SKIPIF1<0，解得SKIPIF1<0。A正確。4.（2023遼寧沈陽三模）盛京燈會冰雕展，利用現(xiàn)代光雕藝術(shù)與傳統(tǒng)燈藝相結(jié)合，打造璀璨夢幻的現(xiàn)場效果。如圖所示，邊長為2a的正方體冰塊，底面中心有一單色點(diǎn)光源O，從外面看冰塊的上表面剛好全部被照亮。求：（1）此單色光的折射率；（2）每個側(cè)面，有光射出的面積（不考慮光的反射）【名師解析】（1）由幾何關(guān)系可知底面對角線為：玻璃磚的上表面剛好全部被照亮，設(shè)臨界角為C，由幾何關(guān)系可得由全反射臨界角公式，n=1/sinC解得n=SKIPIF1<0（2）點(diǎn)光源O在側(cè)面的出射情況為一個半圓，設(shè)其半徑為r，則有解得r=SKIPIF1<0a每個側(cè)面被照亮的面積為：S=SKIPIF1<0解得S=SKIPIF1<05.（8分）（2023廣東汕頭二模）為保證泳池夜間安全，需要在泳池鋪設(shè)池底燈提供光照.如圖所示，足夠大的泳池中央有一直徑為d的圓形池底燈，燈面與池底相平.已知水的折射率為n，水深為h，水面平靜，求：（1）燈光在水中發(fā)生全反射的臨界角C的正切值；（2）在水面上形成的光斑面積S.【名師解析】.（8分）解:（1）根據(jù)全反射的臨界角SKIPIF1<0與折射率的關(guān)系得SKIPIF1<0①取正視圖如圖所示，由幾何關(guān)系得SKIPIF1<0②（2）如圖所示，假設(shè)SKIPIF1<0端發(fā)出的光在水面SKIPIF1<0點(diǎn)發(fā)生全反射，則形成的光斑是以點(diǎn)SKIPIF1<0為圓心、SKIPIF1<0為半徑的圓，設(shè)SKIPIF1<0為SKIPIF1<0，則有SKIPIF1<0③光斑半徑為SKIPIF1<0，有SKIPIF1<0④光斑面積為SKIPIF1<0，有SKIPIF1<0⑤聯(lián)立解得SKIPIF1<0⑥評分要求:①⑥各2分，其余式子各1分.6.（2023長春三模）倒掛的彩虹被叫作“天空的微笑”，是由薄且均勻的卷云里面大量扁平的六角片狀冰晶（如圖甲所示）折射形成。圖乙為光線的簡化光路圖，冰晶的上下表面平行且與側(cè)面垂直，光線從冰晶的上表面進(jìn)入，經(jīng)折射從側(cè)面射出，當(dāng)太陽高度角SKIPIF1<0增大到某一臨界值時，側(cè)面的折射光線因發(fā)生全反射而消失不見，下列說法正確的是（）A.光線有可能在下表面發(fā)生全反射B.光從空氣進(jìn)入冰晶后波長變長C.紅光在冰晶中的傳播速度比紫光在冰晶中的傳播速度小D.隨太陽高度角SKIPIF1<0增大，紫光比紅光先在側(cè)面發(fā)生全反射【參考答案】：D【名師解析】．下表面的入射角等于上表面的折射角，根據(jù)光路可逆原理可知，光線不可能在下表面發(fā)生全反射，故A錯誤；光從空氣進(jìn)入冰晶后，頻率不變，速度減小，根據(jù)SKIPIF1<0可知，波長變小，故B錯誤；紅光頻率低，折射率小，根據(jù)SKIPIF1<0可知，紅光傳播速度比紫光在冰晶中的傳播速度大，故C錯誤；因為紫光頻率高，折射率大，則臨界角小，所以隨太陽高度角SKIPIF1<0增大，紫光比紅光先在側(cè)面發(fā)生全反射，故D正確。7.（2023湖南張家界模擬）日暈是一種常見的大氣光學(xué)現(xiàn)象，如圖甲所示。太陽光線經(jīng)卷層云中同一冰晶的兩次折射，分散成單色光，形成日暈。冰晶截面可看作正六邊形。如圖乙所示為一束紫光在冰晶上的折射光路，SKIPIF1<0為冰晶上的入射角，SKIPIF1<0為經(jīng)過第一個界面的折射角，SKIPIF1<0為光線離開冰晶的折射角，SKIPIF1<0為出射光相對入射光的偏轉(zhuǎn)角。下列說法中正確的是（）A.在冰晶內(nèi)紅光的傳播速度比紫光的小B.若SKIPIF1<0，則冰晶對紫光的折射率為SKIPIF1<0C.保持入射角不變，將紫光改為紅光，偏轉(zhuǎn)角將增大D.若紅光和紫光均能使同一金屬發(fā)生光電效應(yīng)，紫光