第五板块 微专题(二) 光学（Word教参）-【创新方案】2024年高考物理二轮复习专题辅导与测试（新教材）

微专题(二)　光学 命题视角一　光的折射和折射定律　 [自测自评] 1．(2023·江苏高考)地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，太阳光斜射向地面的过程中会发生弯曲。下列光路图中能描述该现象的是(　 ) 解析：选A　由于地球表面附近空气的折射率随高度降低而增大，即光线由光疏介质射入光密介质，折射角小于入射角，画出光路图如图所示，则从高到低θ下逐渐减小，则光线应逐渐趋于竖直方向。故选A。 2.(2022·浙江1月选考)如图所示，用激光笔照射半圆形玻璃砖圆心O点，发现有a、b、c、d四条细光束，其中d是光经折射和反射形成的。当入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度Δθ时，b、c、d也会随之转动，则(　 ) A．光束b顺时针旋转角度小于Δθ B．光束c逆时针旋转角度小于Δθ C．光束d顺时针旋转角度大于Δθ D．光束b、c之间的夹角减小了2Δθ 解析：选B　设入射光束a的入射角为α，则反射角为α，光束c的折射角为β，光束d的反射角也为β，入射光束a绕O点逆时针方向转过小角度Δθ时，入射角变为α′＝Δθ＋α，由反射定律可知反射角等于入射角，则光束b顺时针旋转角度等于Δθ，A错误；由折射定律有＝n>1，＝n＞1，可得Δθ′<Δθ，即光束c逆时针旋转角度小于Δθ，B正确；光束d的反射角变化与光束c的折射角变化相等，则光束d顺时针旋转角度小于Δθ，C错误；光束b顺时针旋转角度等于Δθ，光束c逆时针旋转角度小于Δθ，则光束b、c之间的夹角减小的角度小于2Δθ，D错误。 3．航天器自主导航是指不依赖外界支持而在航天器上实时确定自身位置和速度的一种航天技术，利用的是恒星的星光通过大气时会向地心方向弯曲的原理，星光折射的几何关系示意图如图所示。航天器绕地球做匀速圆周运动，从航天器上的星敏感器观测到的出射光线相对于地球的视高为h(视高线与出射光线垂直)，来自恒星的入射光线与折射后的光线形成的夹角称为星光折射角设为α，设星敏感器测得航天器的水平高度角为β 学科网（北京）股份有限公司 (航天器与地心的连线与星光入射方向的夹角)。忽略地球自转，地球的半径为R，地球表面处的重力加速度为g，则(　 ) A．星光通过大气层时，大气层对星光的折射率越来越小 B．以星光入射方向所在平面为参考平面，从航天器上观测到的恒星位置比恒星的实际位置要低 C．图中航天器上实时确定的自身离地高度为(R＋h)cos(α－β)－R D．图中航天器上实时确定的速度大小为 解析：选D　由于星光通过大气时会向地心方向弯曲，越靠近地球表面，星光偏折程度越大，所以星光通过大气层时，大气层对星光的折射率越来越大，A错误；从航天器上观察到恒星的位置在出射光线的反向延长线上，以星光入射方向所在平面为参考平面，观测到的恒星位置比恒星的实际位置要高，B错误；根据几何关系可知航天器离地心的距离r＝，则航天器上实时确定的自身离地高度为－R，C错误；根据万有引力提供向心力有G＝m，忽略地球自转，在地球表面或附近的物体有G＝m′g，联立可得该航天器所在位置的速度大小v＝，D正确。 4.(2022·湖北高考)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＝，求： (1)tan θ的值； (2)B位置到水面的距离H。 解析：(1)设小球初速度为v0，到达水面时竖直方向速度为vy，运动时间为t，位移方向与水面夹角为β，由平抛运动规律有 学科网（北京）股份有限公司 d＝v0t，d＝vyt，tan β＝＝，tan θ＝ 可得tan θ＝2tan β＝。 (2)因tan θ＝，可知θ＝53°，设从A点射到水面的光线的入射角为α，折射角为90°－θ＝37°， 则由折射定律可知n＝， 解得α＝53° 由几何关系可知Htan 37°＋dtan 53°＝d 解得H＝。 答案：(1)　(2) [系统知能] 1．光的折射的理解 (1)公式n＝中，不论光是从真空射入介质，还是从介质射入真空，θ1总是真空中的光线与法线间的夹角，θ2总是介质中的光线与法线间的夹角。 (2)折射率与入射角的大小无关，与介质的密度无关，光密介质不是指密度大的介质。 (3)同一种色光，在不同介质中虽然波速、波长不同，但频率相同。 (4)折射率的大小不仅与介质本身有关，还与光的频率有关。同一种介质中，频率越大的色光折射率越大，传播速度越小。 2．解决光的折射问题的思路 (1)根据题意画出正确的光路图。 (2)利用几何关系确定光路中的边、角关系，要注意入射角、折射角均以法线为标准