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专题71 光学+光在液体中传播模型-2024高考物理二轮复习80模型最新模拟题专项训练
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这是一份专题71 光学+光在液体中传播模型-2024高考物理二轮复习80模型最新模拟题专项训练，文件包含模型71光在液体中传播模型原卷版-2024高考物理二轮复习80模型最新模拟题专项训练docx、模型71光在液体中传播模型解析版-2024高考物理二轮复习80模型最新模拟题专项训练docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共38页， 欢迎下载使用。
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。
2024高考物理二轮复习80热点模型
最新高考题模拟题专项训练
模型71 光在液体中传播
最新高考题
1. （2023高考湖南卷）一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，设激光光束与水面的夹角为α，如图所示。他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，下列说法正确的是（ ）
A. 水的折射率为
B. 水的折射率为
C. 当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°
D. 当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60°
【参考答案】BC
【名师解析】根据题述，当α＞41°时，即从水面下的入射角小于49°时，光线才能射出水面，水面全反射临界角为C=49°，由sinC=1/n可得n=1/sin49°，B正确A错误；当他以α=60°向水面发射激光时，入射角i=30°，由折射定律n=sinr/sini可得射出水面的折射角正弦值sinr=1/2sin49°，折射角大于30°，岸上救援人员接收到激光束的方向与水面小于60°，C正确D错误。
2．（2023年6月高考浙江选考科目）在水池底部水平放置三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体，直角边的长度为0.9m，水的折射率，细灯带到水面的距离，则有光射出的水面形状（用阴影表示）为（ ）
A． B． C． D．
【参考答案】D
【名师解析】灯带发出的光从水面射出的时发生全反射临界角的正弦值
则
灯带上的一个点发出的光的发生全反射的临界角如图所示
根据几何关系可得
则一个点发出的光在水面上能看到的的圆，光射出的水面形状边缘为弧形，AB错误。在等腰直角三角形发光体中，斜边上的高为0.45m=0.64m，大于斜边上高的两个端点发出的光在上面上内看到的光面宽度2r=0.6m，所以光带射出水面的光面中间有无法射出光线的等腰三角形区域，所以则有光射出的水面形状为图D，C错误D正确。
3. （2022高考湖北物理）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，求:
（1）tanθ的值；
（2）B位置到水面的距离H。
【参考答案】（1）；（2）
【命题意图】本题平抛运动规律、折射定律。
【解题思路】（1）由平抛运动规律，小球入水前瞬间竖直方向速度vy==，，d=vxt，联立解得：vx=，tanθ==4/3。
（2）因可知，从A点射到水面光线的入射角为α，折射角为，则由折射定律可知
解得
由几何关系可知
解得
4．（2022年6月浙江选考）如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是
第8题图
A．气泡表面有折射没有全反射
B．光射入气泡衍射形成“亮斑”
C．气泡表面有折射和全反射
D．光射入气泡干涉形成“亮斑”
【参考答案】C
【命题意图】本题考查光的折射和全反射。
【解题思路】气泡看起来很明亮，其主要原因是气泡表面有折射和全反射，C正确。
5（2022·高考广东物理）（6分）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16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。
【命题意图】本题考查折射定律、光速。
【解题思路】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，说明发生了全反射，由sin45°=1/n，
解得n=
由n=c/v，解得v=c/2.
6. . （2022高考辽宁物理）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
【参考答案】C
【命题意图】本题考查光的折射、全反射及其相关知识点.
【名师解析】
由于光的频率是由光源决定的，与介质无关，所以此单色光从空气进入水球，频率不变，选项AB错误；
由光路图可看出光线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，由正弦定理可得
由此可知光线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。
7（8分）（2022重庆高考）如图所示，水面上有一透明均质球，上半球露出水面，下半球内竖直中心轴上有红、蓝两种单色灯（可视为点光源），均质球对两种色光的折射率分别为和。为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折射（不考虑光线在球内反射后的折射），若红灯到水面的最大距离为，
求蓝灯到水面的最大距离；
②两灯都装在各自到水面的最大距离处，蓝灯在红灯的上方还是下方？为什么？
【参考答案】.①；②蓝灯应该在红灯的下方。
【名师解析】①为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折射，关键是光线能够从水平方向折射出去。以红光为例，当折射角最大达到临界角C时，光线平行水面射出，光路如图。
假设球体半径为R，sinC红=1/n红=，
sinC蓝=1/n篮=，
联立解得：h篮=
②蓝光的折射率n蓝大于红光的折射率n红，根据①问结果，变形
h篮2=
结合n蓝＞n红＞1可知，h蓝＞h红
所以蓝灯应该在红灯的下方。
8. （2022新高考江苏卷）如图所示，两条距离为D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。
【参考答案】（1）；（2）
【命题意图】本题考查折射定律及其相关知识点。
【解题思路】
（1）设折射角为，根据几何关系可得
根据折射定律可得
联立可得
（2）如图所示
根据几何关系可得
最新模拟题
1.(2023重庆四区期末) 在公园水池m深处有一盏灯，可视为点光源，灯正上方漂浮着一个不透明的球体，刚好有一半没入水中，球体半径为m，水面足够宽，如图。已知水的折射率为，π取3.0。求：
（1）若撤去球体，该灯能照亮的水面面积；
（2）若不撤去球体，该灯能照亮的水面面积。
【参考答案】（1）；（2）
【名师解析】
（1）由已知条件可得
做出光路图如图所示
解得
则此时灯能照亮的水面面积为
（2）若不撤去球体，过水池底部的光源做不透明球体的切线OA，如图
根据几何关系可得
解得
因为
解得
而当射向水面的光刚好发生全反射时的情况同（1）中相同，则若不撤去球体，该灯能照亮的水面面积
2. (2023年7月福建福州40中期末)如图为“水流导光”实验装置，长直开口透明塑料瓶内装有适量清水，在其底侧开一小孔，水从小孔流出形成弯曲不散开的水流，用细激光束透过塑料瓶水平射向该小孔，观察到激光束没有完全被限制在水流内传播。下列操作有助于激光束完全被限制在水流内传播的是（ ）
A. 增大该激光的强度
B. 向瓶内再加适量清水
C. 改用频率更低的激光
D. 改用折射率更大的液体
【参考答案】BD
【名师解析】
．增大该激光的强度，不能改变临界角，无助于激光束完全被限制在水流内传播，A错误；
向瓶内再加适量清水，增加了出水口的压强，增大了水流的初速度，水流射程增大，增大了激光射出水流时的入射角，当入射角达到一定值时，激光将发生全反射，不会射出水流，有助于激光束完全被限制在水流内传播，B正确；
改用频率更低的激光，临界角变大，更难发生全反射，无助于激光束完全被限制在水流内传播，C错误；根据 ，改用折射率更大的液体，临界角变小，更易发生全反射，有助于激光束完全被限制在水流内传播，D正确。
3. (2023年7月福建福州一中期末)一湖面上有一伸向水面的混凝土观景台，如图所示是截面图，观景台下表面恰好和水面相平，A为观景台右侧面在湖底的投影，水深h=4m。在距观景台右侧面x=4m处有一可沿竖直方向移动的单色点光源S，现该光源从距水面高3m处向下移动到接近水面的过程中，观景台水下被照亮的最远距离为AC，最近距离为AB，若AB=3m，求：
（1）水折射率n；
（2）光能照亮的最远距离AC（计算结果可以保留根号）。
【参考答案】(1)；(2)
【名师解析】
（1）点光源S在距水面高3m处发出的光在观景台右侧面与水面交接处折射到水里时，被照亮的距离为最近距离AB，由于
所以，水的折射率
（2）点光源S接近水面时，光在观景台右侧面与水面交接处掠射到水里时，被照亮距离为最远距离AC，此时，入射角为90°，折射角为临界角C，则
解得
4. （2023年7月浙江湖州期末）如图所示，一救生员面向泳池坐在池边的高凳上。他的眼睛距离地面的高度为1.8m，眼睛距离他正前方池边缘O点的水平距离为2.4m，当泳池注满水时，水深度可达2.0m。此时救生员可观察到他正前方池底离池边缘最近的点为P，P点到池底边缘的垂直距离为1.5m。下列说法正确的是（ ）
A. 水的折射率为1.25
B. 光在水中的速度为2.5×108m/s
C. 随着泳池水位下降，P点靠近池边缘
D. 当水位下降0.4m，P点到池边缘的距离为1.73m
【参考答案】D
【名师解析】
根据题意做出光路图如图所示
根据几何关系可得
，
即
，
可得折射率
故A错误；
B．根据
可知光在水中传播的速度
故B错误；
根据光路图可知，随着水位的下降，P点远离泳池边缘，故C错误；
根据几何关系可得
，
到泳池边的距离为
联立解得
故D正确。
5．（2023年7月河南新乡高二期末）观光水池的水面下安装有几个彩色灯泡，岸上的游客看到红灯和绿灯是在同一水平线上，红灯和绿灯均可视为点光源，下列说法正确的是（ ）
A．红灯的实际位置比绿灯低
B．游客看到的灯的深度比灯的实际深度要小
C．若水池面积足够大，则红灯把水面照亮的面积较大
D．岸上的人看到的灯实际是光的全反射所成的像
【参考答案】．BC
【名师解析】岸上的游客看到的水中的灯是灯发出的光线经过水面折射形成的虚像，眼睛看到的深度h和实际深度H的关系为，它们的折射率均大于1且红光的折射率小于绿光的折射率，则选项A、D均错误，选项B正确；设灯在水下的实际深度为H，灯发出的光在水面上A、B两处恰好发生全反射，临界角为C，光路图如图所示，则，结合，可得光源把水面照亮的圆的半径，红光的折射率小于绿光的折射率，且根据前述可知红灯的实际深度大于绿灯，则红灯把水面照亮的面积较大，选项C正确。
6.如图，在折射率的液体表面上方有一单色激光发射器S，它能垂直液面射出细激光束，在液体内深h处水平放置一平面镜，镜面向上，平面镜中心O在光源S正下方。现让平面镜绕过O点垂直于纸面的轴开始逆时针匀速转动，转动周期为T，液面上方的观察者跟踪观察液面，观察到液面上有一光斑掠过，进一步观察发现光斑在液面上P、Q两位置间移动。下列说法正确的是（ ）
A.在平面镜开始转动的一个周期内，能观察到液面上光斑的时间为
B.液面上P、Q两位置间距离为h
C.光斑刚要到达P点时的瞬时速度为
D.光斑刚要到达P点时的瞬时速度为
【正确答案】 AC
【名师解析】垂直液面射出细激光束，平面镜水平放置时反射光线沿原路返回，平面镜绕O逆时针方向转动时，光线经平面镜的反射，光开始逆时针方向转动，液面上的观察者能得到由液面折射出去的光线，则看到液面上的光斑从P处向左再也看不到光斑，说明从平面镜反射P点的光线在液面产生全反射，根据在P处产生全反射条件：sinC=1/n，得C=45°。
根据反射定律，反射角等于入射角，可知此时镜面转过的角度θ=C/2=22.5°，如图1；光斑由Q点运动到P点所用的时间为t==T/8，则在平面镜开始转动的一个周期内，能观察到液面上光斑的时间为T/8，A正确B错误。因为C=45°，则PA=AQ=OA=h，所以液面上PQ=2h，B错误；由几何关系可得PO=h，光斑转到P位置的速度是由光线的伸长速度和光线绕O转动的线速度合成的，如图2. 根据反射定律可知光斑转到的角速度是镜面转动的角速度的2倍；设镜面转动的角速度为ω，则光斑在P位置的线速度为v线=2ω·PO=2×·h=，所以光斑向左移动的速度v==，C正确D错误。
7. （2023河南开封二模）如图所示，在平静的水面下处有一静止点光源，水对该光源发出的单色光的折射率为。请解答下列问题：
(1)试证明：在点光源正上方观察，看到点光源的视深为（在角很小时，近似认为：）；
(2)如果点光源从时刻开始，竖直向上做加速度为的匀加速运动，在水面上方可以看，到一圆形的透光面，求经时间后该圆形透光面的面积（光源未出水面）。
【参考答案】(1)见解析；(2)
【名师解析】
(1)如图所示的光路图，在点光源正上方观察时，、都比较小
由折射定律得
由几何关系得
又角很小时，近似认为
故
即
(2)如图所示
光在水面发生全反射有
时刻光源距水面的距离为
光斑的半径
光斑的面积
解得
8. (10分)(2022四川成都七中模拟)如图甲所示是边缘发黄光的圆形线光源,线光源的半径为R,将此线光源放置到某种液体内部,线光源所在的圆面与液面平行,调节线光源到液面的距离,观察者正对液面观察,发现液面上有黄光射出的圆环面积与圆环中间无黄光射出的圆面积之比为8∶1,如图乙所示。已知这种液体对黄光的折射率为233。
甲
乙
(ⅰ)求此时线光源在液体中的深度h;
(ⅱ)若使中间不发黄光的部分恰好消失,求应将发光的线光源向液体底部平移的距离。
【参考答案】. (2)(ⅰ)36R (ⅱ)36R
【名师解析】(ⅰ)如图所示,液面上发黄光的圆环面积与圆环中间不发光的面积之比为8∶1,由空间位置关系可知不发光的圆半径为R2,发光圆环的外侧半径为3R2
圆环边缘的光线发生全反射sin C=1n
根据几何关系有sin C=R2R24+ℎ2
解得此时圆形线光源在液体中的深度h=36R
故线光源在液体中的深度为36R。
(ⅱ)若使中间不发光的部分恰好消失,则有sin C=RR2+H2
得H=33R
所以将发光的线光源向液体底部平移的距离为Δh=H-h=36R
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。
2024高考物理二轮复习80热点模型
最新高考题模拟题专项训练
模型71 光在液体中传播
最新高考题
1. （2023高考湖南卷）一位潜水爱好者在水下活动时，利用激光器向岸上救援人员发射激光信号，设激光光束与水面的夹角为α，如图所示。他发现只有当α大于41°时，岸上救援人员才能收到他发出的激光光束，下列说法正确的是（ ）
A. 水的折射率为
B. 水的折射率为
C. 当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角小于60°
D. 当他以α = 60°向水面发射激光时，岸上救援人员接收激光光束的方向与水面夹角大于60°
【参考答案】BC
【名师解析】根据题述，当α＞41°时，即从水面下的入射角小于49°时，光线才能射出水面，水面全反射临界角为C=49°，由sinC=1/n可得n=1/sin49°，B正确A错误；当他以α=60°向水面发射激光时，入射角i=30°，由折射定律n=sinr/sini可得射出水面的折射角正弦值sinr=1/2sin49°，折射角大于30°，岸上救援人员接收到激光束的方向与水面小于60°，C正确D错误。
2．（2023年6月高考浙江选考科目）在水池底部水平放置三条细灯带构成的等腰直角三角形发光体，直角边的长度为0.9m，水的折射率，细灯带到水面的距离，则有光射出的水面形状（用阴影表示）为（ ）
A． B． C． D．
【参考答案】D
【名师解析】灯带发出的光从水面射出的时发生全反射临界角的正弦值
则
灯带上的一个点发出的光的发生全反射的临界角如图所示
根据几何关系可得
则一个点发出的光在水面上能看到的的圆，光射出的水面形状边缘为弧形，AB错误。在等腰直角三角形发光体中，斜边上的高为0.45m=0.64m，大于斜边上高的两个端点发出的光在上面上内看到的光面宽度2r=0.6m，所以光带射出水面的光面中间有无法射出光线的等腰三角形区域，所以则有光射出的水面形状为图D，C错误D正确。
3. （2022高考湖北物理）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，求:
（1）tanθ的值；
（2）B位置到水面的距离H。
【参考答案】（1）；（2）
【命题意图】本题平抛运动规律、折射定律。
【解题思路】（1）由平抛运动规律，小球入水前瞬间竖直方向速度vy==，，d=vxt，联立解得：vx=，tanθ==4/3。
（2）因可知，从A点射到水面光线的入射角为α，折射角为，则由折射定律可知
解得
由几何关系可知
解得
4．（2022年6月浙江选考）如图所示，王亚平在天宫课堂上演示了水球光学实验，在失重环境下，往大水球中央注入空气，形成了一个空气泡，气泡看起来很明亮，其主要原因是
第8题图
A．气泡表面有折射没有全反射
B．光射入气泡衍射形成“亮斑”
C．气泡表面有折射和全反射
D．光射入气泡干涉形成“亮斑”
【参考答案】C
【命题意图】本题考查光的折射和全反射。
【解题思路】气泡看起来很明亮，其主要原因是气泡表面有折射和全反射，C正确。
5（2022·高考广东物理）（6分）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16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。
【命题意图】本题考查折射定律、光速。
【解题思路】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，说明发生了全反射，由sin45°=1/n，
解得n=
由n=c/v，解得v=c/2.
6. . （2022高考辽宁物理）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
【参考答案】C
【命题意图】本题考查光的折射、全反射及其相关知识点.
【名师解析】
由于光的频率是由光源决定的，与介质无关，所以此单色光从空气进入水球，频率不变，选项AB错误；
由光路图可看出光线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，由正弦定理可得
由此可知光线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。
7（8分）（2022重庆高考）如图所示，水面上有一透明均质球，上半球露出水面，下半球内竖直中心轴上有红、蓝两种单色灯（可视为点光源），均质球对两种色光的折射率分别为和。为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折射（不考虑光线在球内反射后的折射），若红灯到水面的最大距离为，
求蓝灯到水面的最大距离；
②两灯都装在各自到水面的最大距离处，蓝灯在红灯的上方还是下方？为什么？
【参考答案】.①；②蓝灯应该在红灯的下方。
【名师解析】①为使从光源照射到上半球面的光，都能发生折射，关键是光线能够从水平方向折射出去。以红光为例，当折射角最大达到临界角C时，光线平行水面射出，光路如图。
假设球体半径为R，sinC红=1/n红=，
sinC蓝=1/n篮=，
联立解得：h篮=
②蓝光的折射率n蓝大于红光的折射率n红，根据①问结果，变形
h篮2=
结合n蓝＞n红＞1可知，h蓝＞h红
所以蓝灯应该在红灯的下方。
8. （2022新高考江苏卷）如图所示，两条距离为D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。
【参考答案】（1）；（2）
【命题意图】本题考查折射定律及其相关知识点。
【解题思路】
（1）设折射角为，根据几何关系可得
根据折射定律可得
联立可得
（2）如图所示
根据几何关系可得
最新模拟题
1.(2023重庆四区期末) 在公园水池m深处有一盏灯，可视为点光源，灯正上方漂浮着一个不透明的球体，刚好有一半没入水中，球体半径为m，水面足够宽，如图。已知水的折射率为，π取3.0。求：
（1）若撤去球体，该灯能照亮的水面面积；
（2）若不撤去球体，该灯能照亮的水面面积。
【参考答案】（1）；（2）
【名师解析】
（1）由已知条件可得
做出光路图如图所示
解得
则此时灯能照亮的水面面积为
（2）若不撤去球体，过水池底部的光源做不透明球体的切线OA，如图
根据几何关系可得
解得
因为
解得
而当射向水面的光刚好发生全反射时的情况同（1）中相同，则若不撤去球体，该灯能照亮的水面面积
2. (2023年7月福建福州40中期末)如图为“水流导光”实验装置，长直开口透明塑料瓶内装有适量清水，在其底侧开一小孔，水从小孔流出形成弯曲不散开的水流，用细激光束透过塑料瓶水平射向该小孔，观察到激光束没有完全被限制在水流内传播。下列操作有助于激光束完全被限制在水流内传播的是（ ）
A. 增大该激光的强度
B. 向瓶内再加适量清水
C. 改用频率更低的激光
D. 改用折射率更大的液体
【参考答案】BD
【名师解析】
．增大该激光的强度，不能改变临界角，无助于激光束完全被限制在水流内传播，A错误；
向瓶内再加适量清水，增加了出水口的压强，增大了水流的初速度，水流射程增大，增大了激光射出水流时的入射角，当入射角达到一定值时，激光将发生全反射，不会射出水流，有助于激光束完全被限制在水流内传播，B正确；
改用频率更低的激光，临界角变大，更难发生全反射，无助于激光束完全被限制在水流内传播，C错误；根据 ，改用折射率更大的液体，临界角变小，更易发生全反射，有助于激光束完全被限制在水流内传播，D正确。
3. (2023年7月福建福州一中期末)一湖面上有一伸向水面的混凝土观景台，如图所示是截面图，观景台下表面恰好和水面相平，A为观景台右侧面在湖底的投影，水深h=4m。在距观景台右侧面x=4m处有一可沿竖直方向移动的单色点光源S，现该光源从距水面高3m处向下移动到接近水面的过程中，观景台水下被照亮的最远距离为AC，最近距离为AB，若AB=3m，求：
（1）水折射率n；
（2）光能照亮的最远距离AC（计算结果可以保留根号）。
【参考答案】(1)；(2)
【名师解析】
（1）点光源S在距水面高3m处发出的光在观景台右侧面与水面交接处折射到水里时，被照亮的距离为最近距离AB，由于
所以，水的折射率
（2）点光源S接近水面时，光在观景台右侧面与水面交接处掠射到水里时，被照亮距离为最远距离AC，此时，入射角为90°，折射角为临界角C，则
解得
4. （2023年7月浙江湖州期末）如图所示，一救生员面向泳池坐在池边的高凳上。他的眼睛距离地面的高度为1.8m，眼睛距离他正前方池边缘O点的水平距离为2.4m，当泳池注满水时，水深度可达2.0m。此时救生员可观察到他正前方池底离池边缘最近的点为P，P点到池底边缘的垂直距离为1.5m。下列说法正确的是（ ）
A. 水的折射率为1.25
B. 光在水中的速度为2.5×108m/s
C. 随着泳池水位下降，P点靠近池边缘
D. 当水位下降0.4m，P点到池边缘的距离为1.73m
【参考答案】D
【名师解析】
根据题意做出光路图如图所示
根据几何关系可得
，
即
，
可得折射率
故A错误；
B．根据
可知光在水中传播的速度
故B错误；
根据光路图可知，随着水位的下降，P点远离泳池边缘，故C错误；
根据几何关系可得
，
到泳池边的距离为
联立解得
故D正确。
5．（2023年7月河南新乡高二期末）观光水池的水面下安装有几个彩色灯泡，岸上的游客看到红灯和绿灯是在同一水平线上，红灯和绿灯均可视为点光源，下列说法正确的是（ ）
A．红灯的实际位置比绿灯低
B．游客看到的灯的深度比灯的实际深度要小
C．若水池面积足够大，则红灯把水面照亮的面积较大
D．岸上的人看到的灯实际是光的全反射所成的像
【参考答案】．BC
【名师解析】岸上的游客看到的水中的灯是灯发出的光线经过水面折射形成的虚像，眼睛看到的深度h和实际深度H的关系为，它们的折射率均大于1且红光的折射率小于绿光的折射率，则选项A、D均错误，选项B正确；设灯在水下的实际深度为H，灯发出的光在水面上A、B两处恰好发生全反射，临界角为C，光路图如图所示，则，结合，可得光源把水面照亮的圆的半径，红光的折射率小于绿光的折射率，且根据前述可知红灯的实际深度大于绿灯，则红灯把水面照亮的面积较大，选项C正确。
6.如图，在折射率的液体表面上方有一单色激光发射器S，它能垂直液面射出细激光束，在液体内深h处水平放置一平面镜，镜面向上，平面镜中心O在光源S正下方。现让平面镜绕过O点垂直于纸面的轴开始逆时针匀速转动，转动周期为T，液面上方的观察者跟踪观察液面，观察到液面上有一光斑掠过，进一步观察发现光斑在液面上P、Q两位置间移动。下列说法正确的是（ ）
A.在平面镜开始转动的一个周期内，能观察到液面上光斑的时间为
B.液面上P、Q两位置间距离为h
C.光斑刚要到达P点时的瞬时速度为
D.光斑刚要到达P点时的瞬时速度为
【正确答案】 AC
【名师解析】垂直液面射出细激光束，平面镜水平放置时反射光线沿原路返回，平面镜绕O逆时针方向转动时，光线经平面镜的反射，光开始逆时针方向转动，液面上的观察者能得到由液面折射出去的光线，则看到液面上的光斑从P处向左再也看不到光斑，说明从平面镜反射P点的光线在液面产生全反射，根据在P处产生全反射条件：sinC=1/n，得C=45°。
根据反射定律，反射角等于入射角，可知此时镜面转过的角度θ=C/2=22.5°，如图1；光斑由Q点运动到P点所用的时间为t==T/8，则在平面镜开始转动的一个周期内，能观察到液面上光斑的时间为T/8，A正确B错误。因为C=45°，则PA=AQ=OA=h，所以液面上PQ=2h，B错误；由几何关系可得PO=h，光斑转到P位置的速度是由光线的伸长速度和光线绕O转动的线速度合成的，如图2. 根据反射定律可知光斑转到的角速度是镜面转动的角速度的2倍；设镜面转动的角速度为ω，则光斑在P位置的线速度为v线=2ω·PO=2×·h=，所以光斑向左移动的速度v==，C正确D错误。
7. （2023河南开封二模）如图所示，在平静的水面下处有一静止点光源，水对该光源发出的单色光的折射率为。请解答下列问题：
(1)试证明：在点光源正上方观察，看到点光源的视深为（在角很小时，近似认为：）；
(2)如果点光源从时刻开始，竖直向上做加速度为的匀加速运动，在水面上方可以看，到一圆形的透光面，求经时间后该圆形透光面的面积（光源未出水面）。
【参考答案】(1)见解析；(2)
【名师解析】
(1)如图所示的光路图，在点光源正上方观察时，、都比较小
由折射定律得
由几何关系得
又角很小时，近似认为
故
即
(2)如图所示
光在水面发生全反射有
时刻光源距水面的距离为
光斑的半径
光斑的面积
解得
8. (10分)(2022四川成都七中模拟)如图甲所示是边缘发黄光的圆形线光源,线光源的半径为R,将此线光源放置到某种液体内部,线光源所在的圆面与液面平行,调节线光源到液面的距离,观察者正对液面观察,发现液面上有黄光射出的圆环面积与圆环中间无黄光射出的圆面积之比为8∶1,如图乙所示。已知这种液体对黄光的折射率为233。
甲
乙
(ⅰ)求此时线光源在液体中的深度h;
(ⅱ)若使中间不发黄光的部分恰好消失,求应将发光的线光源向液体底部平移的距离。
【参考答案】. (2)(ⅰ)36R (ⅱ)36R
【名师解析】(ⅰ)如图所示,液面上发黄光的圆环面积与圆环中间不发光的面积之比为8∶1,由空间位置关系可知不发光的圆半径为R2,发光圆环的外侧半径为3R2
圆环边缘的光线发生全反射sin C=1n
根据几何关系有sin C=R2R24+ℎ2
解得此时圆形线光源在液体中的深度h=36R
故线光源在液体中的深度为36R。
(ⅱ)若使中间不发光的部分恰好消失,则有sin C=RR2+H2
得H=33R
所以将发光的线光源向液体底部平移的距离为Δh=H-h=36R
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