第四章 光感知高考-【新课程能力培养】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第一册同步练习（人教版）

练 第一册 （人教版）高中物理选择性必修 1． （ 2022 ·湖南卷） 如图， 某种防窥屏由透明 介质和对光完全吸收的屏障构成， 其中 屏障垂直于屏幕平行排列， 可实现对像 素单元可视角度 θ 的控制 （可视角度 θ 定 义为某像素单元发出的光在图示平面内 折射到空气后最大折射角的 2 倍）。 透明 介质的折射率 n=2 ， 屏障间隙 L=0.8 mm 。 发光像素单元紧贴屏下， 位于相邻两屏 障的正中间。 不考虑光的衍射。 （ 1 ） 若把发光像素单元视为点光源， 要求 可视角度 θ 控制为 60° ， 求屏障的高 度 d 。 （ 2 ） 若屏障高度 d=1.0 mm ， 且发光像素 单元的宽度不能忽略， 求像素单元宽 度 x 最小为多少时， 其可视角度 θ 刚 好被扩为 180° （只要看到像素单元 的任意一点， 即视为能看到该像素 单元）。 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。 感 知 高 考 第 1 题图 发光像素单元 防 窥 屏 屏 障 θ L d 空气 透明介质 N P M 60° C D A B 第 2 题图 104 第四章 光 练 3． （ 2022 ·全国乙卷） 一细束单色光在三棱镜 ABC 的侧面 AC 上以大角度由 D 点入射 （入射面在棱镜的横截面内）， 入射角为 i ， 经折射后射至 AB 边的 E 点， 如图所 示 。 逐渐减小 i ， E 点向 B 点移动 ， 当 sin i= 1 6 时， 恰好没有光线从 AB 边射出 棱镜， 且 DE=DA 。 求棱镜的折射率。 4. （ 2022 ·广东卷） 一个水平放置的圆柱形罐 体内装了一半的透明液体， 液体上方是 空气， 其截面如图所示。 一激光器从罐 体底部 P 点沿着罐体的内壁向上移动 ， 它所发出的光束始终指向圆心 O 点。 当 光束与竖直方向成 45° 角时， 恰好观察不 到从液体表面射向空气的折射光束。 已 知光在空气中的传播速度为 c ， 求液体的 折射率 n 和激光在液体中的传播速度 v 。 第 3 题图 第 4 题图 i E C D A B 激光器 液体 空气 P O 45° 105 练 第一册 （人教版）高中物理选择性必修 5. （ 2022 ·江苏卷） 如图所示， 两条距离为 D 的平行光线， 以入射角 θ 从空气射入平 静水面， 反射光线与折射光线垂直， 求： （ 1 ） 水的折射率 n ； （ 2 ） 两条折射光线之间的距离 d 。 6. （ 2022 ·湖北卷） 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 2 3 d 。 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 n= 4 3 ， 求： （ 1 ） tan θ 的值。 （ 2 ） B 位置到水面的距离 H 。 第 5 题图 第 6 题图 d θ D θ 空气 水 θ A B 水面 光线 2 3 d d θ 106 第一册 （人教版）高中物理选择性必修 壁反射后 ， 反射光线为 CD ， 再经折射后， 折射出的光线为 DE 。 OB 、 OD 为球的半径， 即 为法线。 （ 2 ） 由折射定律 sin i sin r =n ， 得 sin r= sin i n = 2 姨 2 2 姨 = 1 2 ， 所以 r＝30° 。 由几何关系及对称性， 有 琢 2 ＝r－ （ i－r ） ＝2r－i 。 ∴琢＝4r－2i ， 把 r＝30° ， i＝45° 代入得 琢＝30° 。 （ 3 ） 由 （ 2 ） 问解答可知， i＝45° ， n 越小， sin r 越 大， r 角越大， 同时 琢＝4r－2i 越大。 所以红光的 琢 最大， 紫光的 琢 最小。 感知高考 1． （ 1 ） 1.55 m （ ２ ） 0.35 mm 【解析】 （ 1 ） 发光 像素单元射到屏障上的光被完全吸收， 射到屏障顶端的 光射到透明介质和空气界面时， 折射角最大， 由题意可 知 θ=60° ， 则 r= θ 2 =30° ； 设在介质中的入射角为 i ， 则 sin r sin i =n ， 解得