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    专题3.3 几何光学-2023年高考物理靶向专项强化训练(三大题型+冲刺模拟)

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    专题3.3 几何光学-2023年高考物理靶向专项强化训练(三大题型+冲刺模拟)

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    这是一份专题3.3 几何光学-2023年高考物理靶向专项强化训练(三大题型+冲刺模拟),文件包含专题33几何光学解析版docx、专题33几何光学原卷版docx等2份试卷配套教学资源,其中试卷共15页, 欢迎下载使用。
    2023年高考物理靶向专项强化训练专题3.3 几何光学1.我国古代著作《墨经》中记载了小孔成倒像的实验,认识到光沿直线传播。身高1.6m的人站在水平地面上,其正前方0.6m处的竖直木板墙上有一个圆柱形孔洞,直径为1.0cm、深度为1.0cm,孔洞距水平地面的高度是人身高的一半。此时,由于孔洞深度过大,使得成像不完整,如图所示。现在孔洞中填充厚度等于洞深的某种均匀透明介质,不考虑光在透明介质中的反射。1)若该人通过小孔能成完整的像,透明介质的折射率最小为多少?2)若让掠射进入孔洞的光能成功出射,透明介质的折射率最小为多少?【答案】(11.13;(21.414【详解】(1)由几何关系可知sinθ==0.8sinα==由折射定律n==1.132)若让掠射进入孔洞的光从另一界面出射时,最大入射角正弦值为sinα==透明介质的折射率最小值n==1.4142消失的硬币是一个利用了光的全反射现象的魔术,为了说明其物理原理,我们将其模型简化如图甲所示,在一个方形玻璃容器内部左侧底端放置一个大小可忽略的硬币,容器宽度,容器深度,当向容器中加入的水时,从容器右上角恰好能透过水面中点看到硬币。1)求水的折射率2)已知玻璃的折射率,当光线从硬币出发,从水中射入玻璃内壁后,再次从玻璃射出到空气中时,发生了全反射,光线将无法从玻璃射出,特定视角的人将无法透过玻璃观察到硬币,若要光线在玻璃与空气界面发生全反射,如图乙所示,已知玻璃杯的玻璃厚度为,求光线在从玻璃界面射向空气时恰好发生全反射时光线在玻璃内壁、外壁入射点的竖直距离。【答案】(1;(2【详解】(1)设光线穿过水面时入射角为α,折射角为β,根据几何关系有联立解得2)设临界角为γ,因为发生了全反射,所以折射角,根据折射定律联立解得31965年香港中文大学校长高锟在一篇论文中提出以石英基玻璃纤维作长程信息传递,引发了光导纤维的研发热潮,1970年康宁公司最先发明并制造出世界第一根可用于光通信的光纤,使光纤通信得以广泛应用。被视为光纤通信的里程碑之一,高锟也因此被国际公认为光纤之父。如图为某种新型光导纤维材料的一小段,材料呈圆柱状,半径为l,长度为,将一束光从底部中心P点以人射角θ射入,已知光在真空中的速度为c1)若已知这种材料的折射率为,入射角θ=60°,求光线穿过这段材料所需的时间;2)这种材料的优势是无论入射角θ为多少,材料侧面始终不会有光线射出,求材料的折射率的最小值。【答案】(1;(2【详解】(1)如图1所示由折射定律可得解得α1=30°根据几何关系,光在圆柱体中的路程为s=6l传播时间为解得,光线穿过这段材料所需的时间为2)如图2所示若将θ逐渐增大,图中α也将不断增大,而光线在侧面的入射角i将不断减小。当θ趋近于90°时,由折射定律及全反射可知,图中α将趋于临界角C,而此时光线射到侧面处时的入射角i将达到最小,若此时刚好发生全反射,则所有到达侧面的光线将全部发生全反射,不会从侧面射出。因此可得i+C=90°联合以上各式解得折射率的最小值为4.将一左侧贴有反光条的透明体(图中的阴影部分)平放于平整坐标纸(由若干个正方形方格组成)上,并在一端放上足够大的光屏,如图(俯视图)所示。用激光平行于坐标纸照射该透明体表面上的P点,调整入射光角度,在光屏上仅出现MN两个亮斑,则:1)透明体对该激光的折射率n约为多少?(结果保留3位有效数字)2)若正方形方格边长为L,该透明体的折射率n光在真空中的传播速度为c,求该激光到达光屏上MN的时间差t为多少?【答案】(11.33;(2【详解】(1)设在P点入射角为,折射角为,由几何关系可知由折射定律2P点到N点的时间P点到M点的时间其中该激光到达光屏上MN的时间差为5.如果玻璃中有个小气泡,看起来会特别明亮,是因为光从玻璃射向气泡时,一部分光线发生了全反射的缘故。一个半径为、折射率为的球形玻璃中有一个同心球形气泡,气泡半径为RO为球形玻璃的球心,AB为过球心的一个轴线,如图所示。一束平行于AB轴线的光束射向球形玻璃,其中与AB距离为的入射光线从球形玻璃的M点射入。若气泡和玻璃周围空间均可看成真空。i.判断该光线在气泡界面上能否发生全反射(写出判断过程)ii.求该光线在玻璃中的传播时间(已知光在真空中的速度为c)。【答案】i.能;ⅱ.【详解】i.该光线的光路示意图如图所示,入射光线到AB距离可知入射角解得可得由正弦定理为锐角,可得由题意可知,该玻璃得折射率为反射临界角可知该光线在气泡界面上能发生全反射。ⅱ.OMN中几何关系可知MN=R光线在玻璃中传播的距离l=2MN=2R可得光线在玻璃中的传播时间6.如图所示,水池的底面与水平面所成夹角为,一尺寸很小的遥控船模某时刻从A点沿的速度匀速向岸边O点行驶,此时太阳位于船模的正后上方,太阳光线方向与水平面的夹角。已知水的折射率1)求该时刻太阳光线在水中的折射角2)如图所示,B点为连线上的一点,在遥控船模从A点驶向B点的过程中,其在水池底面的影子从C点移向D点。请在答题纸图中作图确定并标出C点和D点;3)求遥控船模在水池底面的影子沿水池底面向O点运动速度的大小;4)若图中太阳光线方向与水平面的夹角变大(),则遥控船模在水池底面的影子沿水池底面向O点运动的速度将如何变化(不要求推导过程,仅回答增大”“减小不变)?【答案】(1;(2) ;(3;(4)减小【详解】(1)由折射定律得解得2)由(1)求出的折射角结合几何关系可得下图3)光路图如图所示由几何关系可得解得4)由光路图可知,遥控船模在水池底部的影子沿水池底面向O点运动的速度将减小。7.如图所示,一横截面为半圆形的玻璃砖,O为圆心,半径为RPQ为直径,AOQ的中点,PQ与竖直放置的足够大的平面镜平行,两者间距为d2R,一单色细光束沿垂直于PQ方向从A点射入玻璃砖,光从弧形表面射出后,经平面镜反射,恰好打到竖直光屏上的D点(图中未画出),QPD三点在同一条直线上。玻璃砖对该光的折射率n,不考虑光线在玻璃砖中的多次反射。求:1D点到P点的距离;2)将玻璃砖沿QP连线向上平移多少距离,光屏上的光点会消失。【答案】(1L=2R;(2【详解】1)由题意入射角α=30°,由折射定律β=60°经平面镜反射到达光屏D点,设D点到P点距离为L,根据几何关系L=2R2)设全反射临界角为C,则设玻璃砖向上移动x发生全反射,由几何关系8202324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?【答案】(1;(2【详解】(1)根据折射定律得解得根据解得临界角2)如图,由正弦定理可知,从PQ点垂直于圆面发出的光射到球面时的入射角最大,设为,由几何关系有设光发生全反射的临界角为C,则有为使从发光圆面PQ射向半球面上所有的光都不发生全反射,应满足解得管芯发光区域面积应满足所以管芯发光区域面积最大值为  

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