2024年高考物理光学解答题综合训练

2024年高考物理光学解答题综合训练 1．如图所示，光导纤维可简化为长玻璃丝的示意图，直圆柱状的纤维长为，当一束激光射向它的左端面中点，且光线与端面夹角为时，恰好不能从侧壁射出，光在真空中的传播速度为。已知 （1）求该光导纤维的折射率； （2）调整激光束的入射方向，试求光在光导纤维中经历的最短时间。 2．半径为R的半球形透明介质截面如图所示，底面AOB与EOF夹角为 ，D为OB的中点。一束平行光垂直底面AOB射入介质，由D点入射的光线沿着与EOF平行的方向射出介质。现将一不透光的圆形挡板贴在底面AOB上，使所有光线都不能由球面射出。求： （1）透明介质的折射率； （2）不透光圆形挡板的最小面积。 3．如图所示为一等腰直角棱镜截面图，一束单色光从直角边AB上的D点以入射角θ=60°入射，已知棱镜折射率为，AB边长为L，AD距离为，光在真空中的传播速度为c。不考虑被AC、BC内表面第二次反射后的光线。求： （1）单色光从D点到AC面的传播时间； （2）单色光射到BC面时的入射角。 4．如图所示，三角形为某透明介质的横截面，为边的中点，位于截面所在平面内的一束光线自以角入射，第一次到达边恰好发生全反射。已知，边长为。计算过程可能用到，，求： 介质的折射率； 从入射到发生第一次全反射所用的时间设光在真空中的速度为。 5． 坦克是一种封闭的军用战备车辆，坦克内部人员需要通过观察孔侦察外部情况.观察孔如图所示，其宽度L=10cm，厚度，将折射率为的某种玻璃砖完全嵌入观察孔内，求： （1）该玻璃在空气中的全反射临界角C； （2）嵌入玻璃砖后，坦克内部人员通过这块玻璃砖能看到的视野的最大张角θ。 6．半径为的固定半圆形玻璃砖的横截面如图所示，点为圆心，与直径垂直的足够大的光屏紧靠住玻璃砖的左侧，与垂直。一细光束沿半径方向与成角射向点，光屏区域出现两个光斑，两光斑间的距离为，真空中的光速为，求： （1）此玻璃的折射率； （2）改变角度的大小直到光屏上恰好只剩下一个光斑，计算此种情况下光从射入玻璃砖至传播到光屏所用的时间。 7．如图所示，为直角梯形玻璃砖的横截面示意图，，长为，长为，E为边的中点．一束单色光从E点垂直于边射入玻璃砖，在边上的O点（图中未画出）刚好发生全反射，然后从边上的P点（图中未画出，不考虑该处的反射光）射出玻璃砖，该单色光在真空（或空气）中传播的速度为c．求： （1）该单色光在玻璃砖中发生全反射的临界角的大小； （2）该单色光从E点传播到P点所经历的时间． 8．光导纤维由纤芯和包层两部分组成，为了在纤芯与包层的分界面发生全反射，光导纤维中纤芯材料的折射率应大于包层材料的折射率。如图所示，一条长直光导纤维的长度，在纤芯与包层的分界面发生全反射的临界角。现一束细光从右端面中点以的入射角射入，光在纤芯与包层的界面恰好发生全反射。，光在空气中的传播速度取求： （1）纤芯的折射率； （2）若从右端射入的光能够传送到左端，求光在光导纤维内传输的最长时间和最短时间。 9．如图所示，激光笔发出一束激光射向水面O点，经折射后在足够大的水槽底部形成一光斑P。已知，水的折射率，真空中光速，，。求： （1）激光在水中传播的速度大小v； （2）激光在水中的折射角β； （3）最初水深为h，打开出水口放水至水深为时，该过程中光斑P移动的距离x。 10．一种“光开关”的“核心区”构造如图中虚框区域所示，其中1、2是两个完全相同且截面边长均为的等腰直角三角形的棱镜，直角边与虚框平行，两斜面平行且略拉开一小段距离，在两棱镜之间可充入不同介质以实现“开关”功能。若一细束单色光从1的左侧面上点垂直于棱镜表面射入，若能通过2，则为“开”，否则为“关”。已知棱镜对单色光的折射率为1.5，与底面间的距离为，单色光在真空中的传播速度为。在两棱镜之间不充入介质情况下： （1）请通过推导说明是否能实现“开”功能； （2）求单色光在棱镜中传播的时间。 11．2022年2月4日举办的北京冬奥会开幕式令世界沸腾。在这场感觉、听觉、视觉交织融合的饕盛宴背后，最大的“功臣”非LED显示技术莫属。发光二极管（LED）可高效地将电能转化为光能，在照明、平板显示、医疗器件等领域具有广泛的用途。有一种发光二极管，它由半径为R的半球体介质ABC和发光管芯组成，管芯发光区域是半径为r的圆面PQ，其圆心与半球体的球心O重合，过球心的横截面如图所示。图中发光圆面发出的某条光线射向D点，入射角为30°，折射角为45°。 （1）求半球体介质对光的折射率及光从该介质射入空气中的临界角； （2）为使从发光圆面PQ射向半球面上所有的光都不会发生全反射，管芯发光区域面积最大值为多少？ 12． 有一用透明材料制成的中空圆柱体，内径为R，外径为2R，其截面如图所示，一束细单色光从圆柱面上的A点与直径成夹角射入