专题3.2 几何光学-【鼎力高考】2023年高考物理靶向冲刺强化训练（三大题型+提升模拟）

2023年高考物理靶向冲刺强化训练 （三大题型+提升模拟） 专题3.2 几何光学 1．2021年12月9日，王亚平在太空实验授课中，进行了水球光学实验。在空间站中的微重力环境下有一个水球，如果在水球中心注入空气，形成球形气泡，内外两球面球心均在O点，如图所示。一束单色光从外球面上的点以与连线成角度射入球中。已知水的折射率为，内球面半径为，外球面半径为，光速为c，。求： （1）光在水中的传播速度； （2）能使光在内球表面上发生全反射的入射角的取值范围。（不考虑球内多次反射） 2．如图所示，三棱镜的截面为直角三角形，其中边与边垂直，，两束颜色相同的单色光1、2从边上的D点射入棱镜，光线1的入射角的正弦值为，其折射光线3与边平行射到边上的E点，光线2的入射角为，其折射光线4射到边上的F点，正好发生全反射，A、D两点之间的距离为L，光在真空中的传播速度为c，、，求： （1）三棱镜对此种颜色光发生全反射时的临界角C； （2）光线4从D到F的传播时间。 3．如图所示，水面上有一透明均质球，上半球露出水面，下半球内竖直中心轴上有红、蓝两种单色灯（可视为点光源），均质球对两种色光的折射率分别为和。为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折射（不考虑光线在球内反射后的折射），若红灯到水面的最大距离为， （1）求蓝灯到水面的最大距离； （2）两灯都装在各自到水面的最大距离处，蓝灯在红灯的上方还是下方？为什么？ 4．如图所示，容器内盛有某种液体，液体内放置一倾角可调的平面镜，从光源S处发出的细激光束垂直液面入射后射到平面镜上的点，点到液面的深度。当平面镜与水平方向的夹角为时，经平面镜反射后到达液面的细激光束从液面射出后与液面的夹角为。求： （1）画出光路图并求出该液体的折射率； （2）细激光束经平面镜反射后从点到达液面的时间； （3）现使平面镜从图示位置绕点顺时针旋转，要使经平面镜反射到液面的细激光束不能从液面射出，平面镜至少需要转过的角度。 5．如图所示为一个用折射率的透明介质做成的四棱柱，其中，，。现有一平行光束垂直于四棱柱侧面入射，已知，，，求： （1）从侧面入射到面上的光线经第一次反射后的反射光线与面的夹角； （2）面上的发光面积。 6．如图所示，底面半径为R、高也为R的圆柱形容器中装满某种透明液体，在底面圆心位置有一点光源，发现上表面有一部分的区域有光射出，光在该液体中折射率，光在真空中的传播速度为c，求： （1）光能从液体上表面射出的面积有多大； （2）射出的光线在透明液体中传播的最长时间（不考虑光线在容器壁上发生反射的情况）。 7．“隐形斗篷”能够很好地抵抗电磁干扰，它是利用负折射率材料制作的。电磁波通过空气和负折射率材料时，传播规律仍然不变，入射角和折射角的大小关系仍然遵从折射定律（此时折射角取负值，即折射角和入射角在法线同一侧），如图甲所示，一负折射率材料制作的厚度d=6cm的砖状物体水平放置，物体内部紧贴上表面的P点有一单色光源，向物体内部各个方向射入单色光。砖状物体对该单色光的折射率为-，此单色光在空气中的传播速度c=3.0×108m/s。 （1）若砖状物体的平面足够大，求砖状物体下表面透光的面积； （2）如图乙所示，距离砖状物体下表面h=2cm处有一平行于下表面的光屏，P点在光屏上的投影为P'点。现有一束与PP'成30°角的入射光线射到屏上形成光斑，求光斑到P'点的距离以及这束光线从P点到光屏所用的时间。 8．如图甲所示的光学仪器，是望远镜中常用到的“半五角棱镜”示意图。棱镜用K9玻璃制成，其折射率，反射面镀铝膜，再加以黑漆保护，入射表面和出射表面镀增透膜。其横截面为ABCD，如图乙所示，其中，AD与BC的延长线交于O点，，OPB为一等腰直角三角形，已知，一束光束从入射面中心点垂直平面射入棱镜，从出射表面射出棱镜，已知真空中光速为c。 （1）该光束第一次到达平面时是否会发射全反射； （2）求该光束在棱镜中的传播速度和传播时间t。 9．公园的湖面上有一伸向水面的混凝土观景平台，如图所示为其竖直截面图，观景台下表面恰好与水面相平，P点为观景台右侧面在湖底的投影，湖底水平，水深，在距观景平台右侧面处有垂直湖面足够大的幕布，幕布下边缘刚好和水面接触。在P点左侧处的Q点装有一单色点光源，该光源发出的光最高能照射到幕布上距水面的高处，求： ①水对该单色光的折射率n； ②若将该光源从Q点沿湖底向左移动，则移动多大距离时刚好没有光照到幕布上？ 10．图甲为某小轿车雨量传感器的结构示意图。传感器的光学元件紧贴前挡风玻璃内侧，其折射率与挡风玻璃相同，规格如图乙所示。当挡风玻璃外表面处于干燥状态时，红外发射管发出一束平行的红外线恰好在挡风玻璃的外表面发生全反射，最终被红外接收管接收；当挡风玻璃外表面有雨滴时，入射到挡风玻璃的部分光线不能发生全反