专题04 光学版块大题综合-2024年高考物理二轮复习大题必刷满分冲刺 （新高考山东专用）

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一、以核心和主干知识为重点。构建知识结构体系，确定每一个专题的内容，在教学中突出知识的内在联系与综合。
二、注重情景与过程的理解与分析。善于构建物理模型，明确题目考查的目的，恰当运用所学知识解决问题：情景是考查物理知识的载体。
三、加强能力的提升与解题技巧的归纳总结。学生能力的提升要通过对知识的不同角度、不同层面的训练来实现。
四、精选训练题目，使训练具有实效性、针对性。
五、把握高考热点、重点和难点。
充分研究近5年全国和各省市考题的结构特点，把握命题的趋势和方向，确定本轮复习的热点与重点，使本轮复习更具有针对性、方向性。对重点题型要强化训练，举一反三、触类旁通，注重解题技巧的提炼，充分提高学生的应试能力。
专题04 光学版块大题综合
一、解答题
1．（2023·山东·高三专题练习）宇航员王亚平在太空实验授课中，进行了水球光学实验（图甲）．某同学在观看太空水球光学实验后，找到一块环形玻璃砖模拟光的传播．如图乙所示横截面为圆环的玻璃砖，其内径为R，外径为．一束单色光在纸面内从A点以的入射角射入玻璃砖，经一次折射后，恰好与玻璃砖内壁相切。求：
（1）玻璃砖对该单色光的折射率；
（2）为使光在玻璃砖内壁表面上发生全反射，入射角i的最小正弦值．
2．（2023·山东·模拟预测）如图所示，游泳池中水的深度为2.65m，一小孩在游泳池水面上游泳，某时刻他看到自己正下方的泳池底部a点有一单色光源，当他沿直线运动3m时恰好看不到光源并停止运动，已知光在真空中传播速度为，2.65在计算时可简化为。求：
（1）游泳池中水的折射率（结果用分数表示）；
（2）此时单色光源发出的光到达小孩所在处水面的时间（保留两位有效数字）。

3．（2023·山东·高三专题练习）如图所示，某透明材料的横截面是半径为的半圆，为直径，O为圆心。P为圆周上的一点，P到的距离为；透明材料的折射率为，底面用吸光材料涂黑。入射光平行于射向圆面上的P点，经两次折射后射出。已知真空中的光速为，求：
（1）出射光线与开始的入射光线间的夹角；
（2）光通过透明材料的时间。

4．（2023·山东·高三专题练习）某著名冰雕节上展出的一块边长为的立方体冰块，如图所示。该冰块是由水溶解了适量盐后冰冻而成，底层不透光。在冰块的几何中心有一单色点光源S，该单色光对冰块的折射率，真空中光速。不考虑光在冰块内部的多次反射。求；
（1）S发出的光能从立方体表面射出的总面积；
（2）将点光源S移到立方体底面ABCD中心，S发出的光在立方体内传播的最长时间。
5．（2023·山东·模拟预测）城市音乐喷泉水下有好多彩灯，如图所示为圆形的水池俯视图，池边底部有一小彩灯S，小彩灯S到水面的距离，已知水的折射率为。已知当很小时，有，求：
（1）观察者在S正上方看到的小彩灯深度；
（2）照亮的水面区域离小彩灯最远的水平距离。

6．（2023·山东·高三专题练习）一个折射率、半径、底面镀银的球冠形玻璃球放置在水平桌面上，横截面如图所示，底面圆的半径是球半径的倍。一条光线从玻璃球冠上表面的点通过球心射到球冠的底面点，该光线与底面的法线间的夹角，观测到射出光线的延长线恰好垂直底面且过底面边缘的点。已知光在真空中的传播速度。求：
（1）光线射出球冠形玻璃球时的折射角；
（2）光线在球冠形玻璃球中传播的时间。（结果可保留根号）。

7．（2023春·山东烟台·高三统考期中）光纤通信作为一门新型技术，以其通信容量大、抗干扰性高和信号衰减小，而远优于电缆、微波通信的传输，已成为世界通信中主要传输方式。但光纤光缆在转弯的地方弯曲半径不能太小，否则影响正常通信。如图所示，模拟光纤通信，将直径为d的圆柱形玻璃棒弯成圆环，已知玻璃的折射率为，光在真空中的速度为c，要使从A端垂直入射的光线能全部从B端射出。求：
（1）圆环内径R的最小值；
（2）在（1）问的情况下，从A端最下方入射的光线，到达B端所用的时间。

8．（2023·山东聊城·校联考模拟预测）某实验小组为测量液体的折射率，在液体内部深度处放置一单色点光源S，此时在液面上可观察到直径的圆形光斑，AB为圆形光斑的直径，如图所示。现使点光源在图示截面内沿某方向做初速度为零的匀加速直线运动，发现圆形光斑最左侧在A位置不动，最右侧从B点开始沿液面以大小为的加速度向右移动。不考虑光线的多次反射，，。求：
（1）该液体的折射率；
（2）点光源S移动的加速度大小和方向。
9．（2023·山东日照·日照一中校考模拟预测）如图所示为一放在水平桌面上的玻璃砖的扇形横截面，该扇形所对圆心角为135°、半径为R，AC上涂有吸光材料。一细光束始终平行于桌面从AB上射入玻璃砖，光束在AB上的入射点以非常小的速度匀速由A移向B的过程中，圆弧面上有光射出和无光射出的时间之比为。光在真空中的速度为c。求：
（1）玻璃砖对光的折射率；
（2）光恰好在圆弧面发生全反射时，光线在玻璃砖内传播的时间（可用含正、余弦值的式子表示）。
10．（2023·山东济南·济南市历城第二中学校考模拟预测）在河中用鱼叉捕鱼时，渔民们都知道不能直接朝看到鱼的方向掷出鱼叉。若图中渔民在（其眼睛）距河面1.8m处看到视线与水面成37°的方向有一条鱼，鱼在水深为1.6m的河底，水的折射率为，，。请帮该渔民估算：
（1）鱼距离他的实际水平距离多远；
（2）假设鱼叉掷出后做直线运动，为使鱼叉命中目标，他应该瞄准与水面成角的方向掷出鱼叉，求。
11．（2023·山东·统考二模）如图示长方体容器，已知长，宽，高，其中A＇B＇C＇D＇内侧面涂有反光物质，只考虑该反光面反射的光。容器内充入某种溶液，深度为，在CD边中点E处放一点光源，观察发现，经长方体几何中心点F射出的两束光相互垂直。已知光在真空中的速度为c，结果可用根式表示。求：
（1）该液体的折射率n；
（2）从F点射出的两束光在液体中传播的时间差。

12．（2023春·山东潍坊·高三统考阶段练习）某柱状光学器件横截面如图所示，OP右侧是以O为圆心、R为半径的圆弧，左侧是直角梯形，AP长为R，AC与CO夹角为，B为AC中点。一细激光束沿水平方向入射到B点，器件介质对光的折射率为，求：
（1）激光束射出柱状光学器件时的方向；
（2）激光束在柱状光学器件传播所用的时间。
13．（2023·山东·一模）如图（a）所示电视机遥控器中有一个用透明介质封装的发光二极管，它发出红外光来控制电视机的各种功能。一兴趣小组找来一个用此种材料制成的半圆柱体，利用插针法测定该透明介质的折射率。实验中用A、B两个大头针确定入射光路，C、D两个大头针确定出射光路。P和Q分别是入射点和出射点，且AB⊥MN，如图（b）所示。测得半圆柱体的半径，，，D到法线OQ的距离。已知光速。
（1）求该透明介质的折射率和光在该介质中传播的速度大小；
（2）实际测得封装二极管的半球直径，发光二极管的发光面是以EF为直径的发光圆盘，其圆心位于半球的球心点O，如图（c）所示。为确保发光面发出的红外光第一次到达半球面时都不发生全反射，发光二极管的发光面半径r最大应为多大？
14．（2023·山东·高三专题练习）近年来，对具有负折射率人工材料的光学性质及应用的研究备受关注，该材料折射率为负值（n