专题78几何光学中的光的折射和全反射（原卷版）

2024年高考物理一轮复习热点重点难点夯练与提升专题78几何光学中的光的折射和全反射特训目标特训内容目标1圆形边界光学问题（1T—4T）目标2多边形边界光学问题（5T—8T）目标3立体空间光学问题（9T—12T）目标4实际情景中几何光学问题（13T—16T）【特训典例】圆形边界光学问题1．如图所示的圆面是一透明的圆柱形物体的截面，圆心为，半径为为边界上的三点，为水平直径，一束平行于的光线从点射入圆柱休，从点射出，光在真空中的传播速度为，则光线从点传播到点用的时间为（

）A． B． C． D．2．地球大气层对光线的折射会使我们提前看到日出，称为蒙气差效应。地理老师制作了教具来演示这一效应，如图所示为教具中“地球”的北极俯视图，“地球”半径，绕“地轴”逆时针自转周期为。折射率为的“大气层”厚度为，以平行光入射充当“太阳光”，则由于“大气层”的存在，“地球赤道”上的点相对于没有大气层将提前约多长时间看到“太阳光”（

）A． B． C． D．3．真空中半径为R的半圆柱体玻璃砖的截面图如图所示，平行于半圆柱体底面固定放置一块平面镜。一束单色光从玻璃砖底面上的P点垂直射入玻璃砖，从玻璃砖侧面上的Q点射出，经平面镜反射后从玻璃砖侧面再次进入玻璃砖，从M点垂直玻璃砖底面射出。已知O、P两点间的距离为，玻璃砖的折射率，则平面镜与玻璃砖底面间的距离为（）A． B． C．2R D．4．2021年12月9日，“天宫课堂”第一课正式开讲，某同学在观看太空水球光学实验后，想研究光在含有气泡的水球中的传播情况，于是找到一块环形玻璃砖模拟光的传播，俯视图如图所示。已知玻璃砖的折射率为，外圆半径为2R，光线a沿半径方向射入玻璃砖，光线b与光线a平行，两束光线之间的距离为x=R，光线b经折射后恰好与内柱面相切；光在真空中的传播速度为c。求：（1）该玻璃砖的内圆半径r；（2）光线a、b在外圆界面内传播的时间差∆t（不考虑光线反射）。多边形边界光学问题5．如图所示为一横截面为直角三角形的透明三棱柱，其中ac边长为L，∠abc＝30°。一细束激光从ab边中点垂直ab边射入三棱柱。若只考虑一次反射，进入三棱柱中的光线，在三棱柱中传播的最长时间与最短时间之差为。已知光在真空中的速度为c，则该三棱柱的折射率为（）A． B． C． D．6．如图甲所示，每年夏季，我国多地会出现日晕现象，日晕是日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。如图乙所示为一束太阳光射到正六角形冰晶上时的光路图，a、b为其折射出的光线中的两种单色光，其中，下列说法正确的是（）A．a光在冰晶中的波长小于b光在冰晶中的波长B．a光光子的能量大于b光光子的能量C．冰晶对b光的折射率为D．冰晶对a光的折射率可能为27．如图是一个用折射率n=2.4的透明介质做成的四棱柱的横截面图，其中∠A=∠C=90°，∠B=60°，现有一束光垂直入射到棱镜的AB面上，则（

）A．光在介质中的传播速度为0.8×108m/sB．光在介质内会发生三次全反射C．与入射时相比，光从介质中射出时可能偏转了60°D．若将入射光沿AB面平行下移，光可能垂直AD面射出8．如图所示，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，∠A=30°，该棱镜对红光的折射率，对紫光的折射率。AC边的右侧、到AC边的距离m处有一与AC边平行的光屏MN，在截面所在的早面内，有由红光.紫光两种单色光组成的很细的光束垂直AB边射入按镜，从AC边上的D点射出棱镜并在光屏上留下E、F两个光点。求：（1）红光和紫光在校镜中的传播速度大小之比；（2）E、F两光点间的距离。立体空间光学问题9．如图所示为一半径为的透明半球体，为半球体的直径，为半球体的球心，A为的中点，现有一束平行光垂直圆面射入半球体，其中由A点射入半球体的光线射出半球体的偏转角为。如果在入射面放一圆形遮光板，使其余位置射入的光线都能发生全反射，则遮光板面积的最小值为（

）A． B． C． D．10．如图所示为一个边长为的实心透明正立方体，在正立方体中心O点放置一个红色点光源，该点光源发出的部分光通过透明正立方体折射出来。已知该单色光在透明正立方体材料中的折射率为（不考虑光线在正立方体内的反射，为真空中的光速）。对该光现象的描述正确的是（）A．红色光从正立方体表面射出后光子能量减小B．有光线射出的区域占正立方体表面积的C．从立方体表面直接射出的光线在正立方体内经过的最长时间为D．若把红色点光源换成蓝色点光源，正立方体表面有光线射出的面积变小11．一个高为h的玻璃圆柱体中心S处装有一个小彩灯。小彩灯可以发出红、蓝两种颜色变换的光，已知圆柱体的玻璃对红、蓝两种光的折射率分别为n1、n2，则（）A．在玻璃圆柱体内，红光的传播速度大于蓝光的传播速度B．若圆柱体的半径足够大，红光在上表面的圆形透光面比蓝光小C．若要使两种色光均可从玻璃圆柱体上表面的各个方向地方射出，则玻璃圆柱体上表面的半径不能超过D．从玻璃圆柱体上表面正上方观看小彩灯，看到的灯比实际高，且蓝光比红光更高12．某著名冰雕节上展出的一块边长为的立方体冰块，如图所示。该冰块是由水溶解了适量盐后冰冻而成，底层不透光。在冰块的几何中心有一单色点光源S，该单色光对冰块的折射率，真空中光速。不考虑光在冰块内部的多次反射。求；（1）S发出的光能从立方体表面射出的总面积；（2）将点光源S移到立方体底面ABCD中心，S发出的光在立方体内传播的最长时间。实际情景中几何光学问题13．汽车的前挡风玻璃设计成双层玻璃，会使驾驶员在视觉上有“缩短”距离的作用。如图甲，在水平路面上行驶的某型号重卡的双层玻璃中夹的是空气，双层玻璃的倾斜角为30°（与竖直方向的夹角），将重卡驾驶员前方的小轿车尾灯简化为一个点光源A，若其发出的与水平方向成30°角的光线在B点到达重卡外层玻璃外表面，该光线在外层玻璃内部的折射光线恰好沿水平方向，光线射出外层玻璃经过中间的空气层进入内层玻璃，折射后进入重卡驾驶员的眼睛，部分光路图如图乙所示。已知双层玻璃的厚度均为d。则双层玻璃使驾驶员的视觉上“缩短”的安全行驶距离的长度为（）A． B．C． D．14．隐身技术中要用到一种负折射率材料，光在通过这种介质时，折射光线与入射光线分布在法线的同一侧，折射角取负值，折射率也取负值，折射率的公式为（i、r分别是入射光线、折射光线与法线的夹角）。如图所示，在真空中放置两个完全相同的负折射率材料制作的直角三棱镜A、B，顶角为，A、B两棱镜斜面相互平行位置，两斜面间的距离为d。一束同种频率光的激光，从A棱镜上的P点垂直入射，它在棱镜中的折射率为，在B棱镜下方有一平行于下表面的光屏。光通过两棱镜后，打在光屏上的点到P'（P'点为P点在光屏上的投影）距离为（）A．0 B．d C．d D．d15．如图所示，某同学设计了一种能看见室外全景的猫眼。猫眼是由同种材料的球冠和圆柱体拼接在一起的复合形状。观察者能在室内猫眼的中点O，恰能看到室外的全景。设墙壁的厚度为d，玻璃的折射率为，圆柱体的直径为，则A．球面的半径R=B．沿墙壁射向猫眼的极限光线，其入射角为60°C．从室内猫眼中点入射的光可能在球冠与空气的界面上发生全反射D．球冠的球心位置处在猫眼的内部16．如图1所示为教材上“做一做”环节“水流导光”实验，如图2所示为其简化示意图。一盛有水的圆柱形大容器侧面开一个圆形小孔，O、A、B分别表示圆形小孔的中心、上沿和下沿，从小孔流出的水在空中运动形成的一段水柱