第三部分 特色练 第18练 光学（Word练习）-【优化指导】2023高考物理二轮复习高中总复习·第2轮（老教材）

第18练　光学 [母题探源]—高考真题指明热点 1．(2022·辽宁卷)完全失重时，液滴呈球形，气泡在液体中将不会上浮。2021年12月，在中国空间站“天宫课堂”的水球光学实验中，航天员向水球中注入空气形成了一个内含气泡的水球。如图所示，若气泡与水球同心，在过球心O的平面内，用单色平行光照射这一水球。下列说法正确的是(　　) A．此单色光从空气进入水球，频率一定变大 B．此单色光从空气进入水球，频率一定变小 C．若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射 D．若光线2在N处发生全反射，光线1在M处一定发生全反射 C　解析：光的频率是由光源决定的，与介质无关，频率不变，A、B错误；如图可看出光线1入射到水球的入射角小于光线2入射到水球的入射角，则光线1在水球外表面折射后的折射角小于光线2在水球外表面折射后的折射角，设水球半径为R、气泡半径为r、光线经过水球后的折射角为α、光线进入气泡的入射角为θ，根据几何关系有＝，则可得出光线2的θ大于光线1的θ，故若光线1在M处发生全反射，光线2在N处一定发生全反射，C正确，D错误。 2.(2022·全国甲卷)如图，边长为a的正方形ABCD为一棱镜的横截面，M为AB边的中点。在截面所在平面内，一光线自M点射入棱镜，入射角为60°，经折射后在BC边的N点恰好发生全反射，反射光线从CD边的P点射出棱镜。求棱镜的折射率以及P、C两点之间的距离。 答案：　a 解析：设光在AB面的折射角为r，则由折射定律有n＝ 光在BC面恰发生全反射，有sin C＝ 由几何知识有r＋C＝90° 联立解得sin C＝，sin r＝，n＝ 设BN＝b，PC＝c，则有 sin r＝，sin C＝ 联立解得c＝a。 [衍生演练]—名校模拟引领趋势 3．(2022·江苏南通、盐城六校联考)(多选)如图为一个由玻璃制成的直角三棱镜ABC的截面图，其中AB＝AC，该三棱镜对红光的折射率大于。一束平行于BC边的白光射到AB面上。光束先在AB面折射后射到BC面上，接着又从AC面射出。下列说法正确的是(　　) A．各色光在BC面的入射角都大于45° B．有的色光可能不在BC面发生全反射 C．从AC面射出的有色光束中红光在最上方 D．从AC面射出的光束一定平行于BC边 AD　解析：由几何关系知，各色光射向BC面时，入射角都大于45°，故A正确；由临界角公式sin C＝知，各色光全反射的临界角都小于45°，各色光都在BC面发生全反射，故B错误；从AC面射出的光束一定平行于BC边，由于红光射向BC面时的入射角最大，故红光射到AC面时处于最下方，故D正确，C错误。 4．(2022·山东济南一模)微棱镜增亮膜能有效提升LCD(液晶显示屏)亮度。如图甲所示为其工作原理截面图，从面光源发出的光线通过棱镜膜后，部分会定向出射到LCD上，部分会经过全反射返回到光源进行再利用。如图乙所示，等腰直角△ABC为一微棱镜的横截面，∠A＝90°，AB＝AC＝4a，紧贴BC边上的P点放一点光源，BP＝BC。已知微棱镜材料的折射率n＝，sin 37°＝0.6，只研究从P点发出照射到AB边上的光线。 (1)某一光线从AB边出射时，方向恰好垂直于BC边，求该光线在微棱镜内的入射角的正弦值； (2)某一部分光线可以依次在AB、AC两界面均发生全反射，再返回到BC边，求该部分光线在AB边上的照射区域的长度。 答案：(1)　(2)a 解析：(1)由题意知，折射角r＝45°， 由折射定律有：n＝，解得：sin i＝＝。 (2)根据sin C＝，可得全反射临界角 C＝arcsin ＝37°， 当光线刚好在AB界面上M点发生全反射时，如图中实线光路所示， 此时光线在AB边的入射角α＝37°， 由几何关系知，反射到AC边的光线的入射角α′＝53°>C， 则此光线能够在AC界面发生全反射； 过P点作AB的垂线交AB于Q点，由几何关系知： PQ＝a，QM＝a tan 37°＝a。 当光线刚好在AC界面上发生全反射时，如图中虚线光路所示， 此时光线在AC边的入射角β′＝37°， 由几何关系知，此光线在AB边的入射角β＝53°>C， 则此光线能够在AB界面发生全反射，反射点为N； 在△PNQ中由几何关系知：QN＝a tan 53°＝a。 综上所述，符合要求的区域长度为 MN＝QN－QM＝a－a＝a。 学科网（北京）股份有限公司 $