高考物理二轮复习专项训练模型73光学+实际模型（解析版）

模型73光学+实际模型1.（2023高考湖南卷）一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，设激光光束与水面的夹角为α，如图所示。他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，下列说法正确的是（）A.水的折射率为SKIPIF1<0B.水的折射率为SKIPIF1<0C.当他以α=60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°D.当他以α=60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60°【参考答案】BC【名师解析】根据题述，当α＞41°时，即从水面下的入射角小于49°时，光线才能射出水面，水面全反射临界角为C=49°，由sinC=1/n可得n=1/sin49°，B正确A错误；当他以α=60°向水面发射激光时，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°，岸上救援人员接收到激光束的方向与水面小于60°，C正确D错误。2．.（2023高考山东高中学业水平等级考试）一种反射式光纤位移传感器可以实现微小位移测量，其部分原理简化如图所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N，相距为d，直径均为SKIPIF1<0，折射率为n（SKIPIF1<0）。M、N下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光在M内多次全反射后从下端面射向被测物体，经被测物体表面镜面反射至N下端面，N下端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。（1）从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为SKIPIF1<0，求SKIPIF1<0的正弦值；（2）被测物体自上而下微小移动，使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围（只考虑在被测物体表面反射一次的光线）。【参考答案】（1）SKIPIF1<0；（2）SKIPIF1<0【名师解析】（1）由题意可知当光在两侧刚好发生全反射时从M下端面出射的光与竖直方向夹角最大，设光在M下端与竖直方向的偏角为α，此时SKIPIF1<0可得SKIPIF1<0又因为SKIPIF1<0所以SKIPIF1<0（2）根据题意要使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，光路图如图所示则玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围应该为SKIPIF1<0当距离最近时有SKIPIF1<0当距离最远时有SKIPIF1<0根据（1）可知SKIPIF1<0联立可得SKIPIF1<0SKIPIF1<0所以满足条件的范围为SKIPIF1<03.（2022高考湖北物理）如图所示，水族馆训练员在训练海豚时，将一发光小球高举在水面上方的A位置，海豚的眼睛在B位置，A位置和B位置的水平距离为d，A位置离水面的高度为SKIPIF1<0d。训练员将小球向左水平抛出，入水点在B位置的正上方，入水前瞬间速度方向与水面夹角为θ。小球在A位置发出的一束光线经水面折射后到达B位置，折射光线与水平方向的夹角也为θ。已知水的折射率SKIPIF1<0，求:（1）tanθ的值；（2）B位置到水面的距离H。【参考答案】（1）SKIPIF1<0；（2）SKIPIF1<0【命题意图】本题平抛运动规律、折射定律。【解题思路】（1）由平抛运动规律，小球入水前瞬间竖直方向速度vy=SKIPIF1<0=SKIPIF1<0，SKIPIF1<0，d=vxt，联立解得：vx=SKIPIF1<0，tanθ=SKIPIF1<0=4/3。（2）因SKIPIF1<0可知SKIPIF1<0，从A点射到水面光线的入射角为α，折射角为SKIPIF1<0，则由折射定律可知SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0由几何关系可知SKIPIF1<0解得SKIPIF1<04．（2022年6月浙江选考）如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是第第8题图A．气泡表面有折射没有全反射 B．光射入气泡衍射形成“亮斑”C．气泡表面有折射和全反射 D．光射入气泡干涉形成“亮斑”【参考答案】C【命题意图】本题考查光的折射和全反射。【解题思路】气泡看起来很明亮，其主要原因是气泡表面有折射和全反射，C正确。最新模拟题1.（2023天津南开二模）“浸没式”光刻机的原理是一种通过在光刻胶和投影物镜之间加入浸没液体，从而减小曝光波长，提高分辨率的技术，如图所示。若浸没液体的折射率为SKIPIF1<0，当不加液体时（可视为真空）光刻胶的曝光波长为SKIPIF1<0，则加上液体后与不加液体相比，该曝光光波（）A.在液体中的频率变为原来的SKIPIF1<0B.在液体中的传播速度变为原来的SKIPIF1<0倍C.在液体中的曝光波长约为SKIPIF1<0D.传播相等的距离，在液体中所需的时间变为原来的SKIPIF1<0倍【参考答案】CD【名师解析】频率由光源决定，光由空气进入该液体中传播时，光波频率不变，故A错误；光在液体中的传播速度为SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0故B错误；加上液体时光刻胶曝光波长为SKIPIF1<0不加液体时，有SKIPIF1<0联立代入数据可得SKIPIF1<0故C正确；由上分析可知，在液体中曝光光波的传播速度变为原来的SKIPIF1<0，而传播距离不变，所以在液体中所需的时间变为原来的SKIPIF1<0，故D正确。2.（2023山东烟台三模）光纤通信作为一门新型技术，以其通信容量大、抗干扰性高和信号衰减小，而远优于电缆、微波通信传输，已成为世界通信中主要传输方式。但光纤光缆在转弯的地方弯曲半径不能太小，否则影响正常通信。如图所示，模拟光纤通信，将直径为d的圆柱形玻璃棒弯成SKIPIF1<0圆环，已知玻璃的折射率为SKIPIF1<0，光在真空中的速度为c，要使从A端垂直入射的光线能全部从B端射出。求：（1）圆环内径R的最小值；（2）在（1）问的情况下，从A端最下方入射的光线，到达B端所用的时间。【参考答案】（1）SKIPIF1<0；（2）SKIPIF1<0【名师解析】（1）从A端最下方入射的光线发生全反射时其他光线都能发生全反射，如图所示，根据几何关系得SKIPIF1<0设全反射临界角为C，则要使A端垂直入射的光线全部从B端射出，必须有SKIPIF1<0。根据全反射临界角公式公式SKIPIF1<0因此有SKIPIF1<0即有SKIPIF1<0解得SKIPIF1<0所以R的最小值为SKIPIF1<0。（2）在（1）问的情况下，由解析图可知SKIPIF1<0，则有SKIPIF1<0光在光纤内传播的总路程为SKIPIF1<0光在光纤内传播的速度为SKIPIF1<0所以所求时间为SKIPIF1<03.(2023河北临考信息卷)唐代诗人韩愈的《原道》里“坐井而观天，日天小者，非天小也。”说的是青蛙在井底所能看到的天空是有限的。若深8m、半径为0.5m的井中被灌满水，水的折射率SKIPIF1<0，如图所示，处在井底正中央A处的青蛙沿其正上方上浮，若青蛙想要把井外景物全部尽收眼底，则所处位置与井口水面的竖直距离最远为A．SKIPIF1<0m B．SKIPIF1<0m C．SKIPIF1<0m D．5m【参考答案】.A【名师解析】：如图所示，几乎贴着水面射入水里的光线，在青蛙看来是从折射角为C的方向射来的，根据折射定律SKIPIF1<0，设青蛙所处位置最远与井口水面距离为h，根据几何关系可知SKIPIF1<0，解得SKIPIF1<0。A正确。4.（2023辽宁沈阳三模）盛京灯会冰雕展，利用现代光雕艺术与传统灯艺相结合，打造璀璨梦幻的现场效果。如图所示，边长为2a的正方体冰块，底面中心有一单色点光源O，从外面看冰块的上表面刚好全部被照亮。求：（1）此单色光的折射率；（2）每个侧面，有光射出的面积（不考虑光的反射）【名师解析】（1）由几何关系可知底面对角线为：玻璃砖的上表面刚好全部被照亮，设临界角为C，由几何关系可得由全反射临界角公式，n=1/sinC解得n=SKIPIF1<0（2）点光源O在侧面的出射情况为一个半圆，设其半径为r，则有解得r=SKIPIF1<0a每个侧面被照亮的面积为：S=SKIPIF1<0解得S=SKIPIF1<05.（8分）（2023广东汕头二模）为保证泳池夜间安全，需要在泳池铺设池底灯提供光照.如图所示，足够大的泳池中央有一直径为d的圆形池底灯，灯面与池底相平.已知水的折射率为n，水深为h，水面平静，求：（1）灯光在水中发生全反射的临界角C的正切值；（2）在水面上形成的光斑面积S.【名师解析】.（8分）解:（1）根据全反射的临界角SKIPIF1<0与折射率的关系得SKIPIF1<0①取正视图如图所示，由几何关系得SKIPIF1<0②（2）如图所示，假设SKIPIF1<0端发出的光在水面SKIPIF1<0点发生全反射，则形成的光斑是以点SKIPIF1<0为圆心、SKIPIF1<0为半径的圆，设SKIPIF1<0为SKIPIF1<0，则有SKIPIF1<0③光斑半径为SKIPIF1<0，有SKIPIF1<0④光斑面积为SKIPIF1<0，有SKIPIF1<0⑤联立解得SKIPIF1<0⑥评分要求:①⑥各2分，其余式子各1分.6.（2023长春三模）倒挂的彩虹被叫作“天空的微笑”，是由薄且均匀的卷云里面大量扁平的六角片状冰晶（如图甲所示）折射形成。图乙为光线的简化光路图，冰晶的上下表面平行且与侧面垂直，光线从冰晶的上表面进入，经折射从侧面射出，当太阳高度角SKIPIF1<0增大到某一临界值时，侧面的折射光线因发生全反射而消失不见，下列说法正确的是（）A.光线有可能在下表面发生全反射B.光从空气进入冰晶后波长变长C.红光在冰晶中的传播速度比紫光在冰晶中的传播速度小D.随太阳高度角SKIPIF1<0增大，紫光比红光先在侧面发生全反射【参考答案】：D【名师解析】．下表面的入射角等于上表面的折射角，根据光路可逆原理可知，光线不可能在下表面发生全反射，故A错误；光从空气进入冰晶后，频率不变，速度减小，根据SKIPIF1<0可知，波长变小，故B错误；红光频率低，折射率小，根据SKIPIF1<0可知，红光传播速度比紫光在冰晶中的传播速度大，故C错误；因为紫光频率高，折射率大，则临界角小，所以随太阳高度角SKIPIF1<0增大，紫光比红光先在侧面发生全反射，故D正确。7.（2023湖南张家界模拟）日晕是一种常见的大气光学现象，如图甲所示。太阳光线经卷层云中同一冰晶的两次折射，分散成单色光，形成日晕。冰晶截面可看作正六边形。如图乙所示为一束紫光在冰晶上的折射光路，SKIPIF1<0为冰晶上的入射角，SKIPIF1<0为经过第一个界面的折射角，SKIPIF1<0为光线离开冰晶的折射角，SKIPIF1<0为出射光相对入射光的偏转角。下列说法中正确的是（）A.在冰晶内红光的传播速度比紫光的小B.若SKIPIF1<0，则冰晶对紫光的折射率为SKIPIF1<0C.保持入射角不变，将紫光改为红光，偏转角将增大D.若红光和紫光均能使同一金属发生光电效应，紫光