江苏省2023年高考物理模拟试题知识点分类训练：光学解答题

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江苏省2023年高考物理模拟试题知识点分类训练：光学解答题 一、解答题1．（2023·江苏淮安·统考三模）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、半径为，上涂有吸光材料。一细光束始终平行于桌面从上射入玻璃砖，光束在上的入射点以非常小的速度匀速由移向的过程中，光恰好不射出时入射点的位置到圆心的距离为。光在真空中的速度为。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）。2．（2023·江苏·模拟预测）如图所示，直角三角形ABC为某三棱镜的截面，∠B=90°，∠C=30°，AB=a，D为AB边的中点，一单色细光束从D点以与AB成30°角方向射入棱镜，依次通过AB面折射、BC面反射，再从AC面射出，此时折射角为60°（已知光在真空中的传播速度为c）。求：（1）棱镜对该单色光的折射率；（2）光在棱镜中传播的时间。3．（2023·江苏南通·统考一模）为测量双层玻璃中间真空层的厚度，用激光笔使单色光从空气以入射角θ射入玻璃，部分光线如图所示。测得玻璃表面两出射点B、C与入射点A的距离分别为和。已知玻璃的折射率为n，光在真空中的速度为c。求：（1）真空层的厚度d；（2）光从A传播到B的时间t。4．（2023·江苏淮安·模拟预测）如图，半圆形玻璃砖可绕过圆心的轴转动，圆心O与足够大光屏的距离d＝10cm，初始玻璃砖的直径与光屏平行，一束光对准圆心沿垂直光屏方向射向玻璃砖，在光屏上O1位置留下一光点，保持入射光方向不变，让玻璃砖绕O点顺时针方向转动时，光屏上光点也会移动，当玻璃砖转过30°角时，光屏上光点位置距离O1点为10cm。求（1）玻璃砖的折射率n；（2）当光屏上光点消失时，玻璃砖绕O点相对初始位置转过的角度α的正弦值。5．（2023·江苏·模拟预测）如图所示，直线过半圆柱玻璃砖直径，一束入射光线与直线成进入半圆柱玻璃砖，出射光线与平行且到距离为半圆柱半径的倍。已知半圆柱半径为R，光在真空中的速度为c，求：（1）半圆柱玻璃砖的折射率；（2）光在半圆柱传播的时间。6．（2023·江苏·模拟预测）如图，一潜水员在距海岸A点45m的B点竖直下潜，B点和灯塔之间停着一条长4m的皮划艇。皮划艇右端距B点4m，灯塔顶端的指示灯与皮划艇两端的连线与竖直方向的夹角分别为和（，），水的折射率为，皮划艇高度可忽略。(1)潜水员在水下看到水面上的所有景物都出现在一个倒立的圆锥里。若海岸上A点恰好处在倒立圆锥的边缘上，求潜水员下潜的深度；(2)求潜水员竖直下潜过程中看不到灯塔指示灯的深度范围。7．（2023·江苏·模拟预测）如图所示，两块半径均为R的半圆形玻璃砖正对放置，沿竖直方向的两条直径BC、相互平行，两圆心之间的距离为，一束单色光正对圆心O从A点射入左侧的玻璃砖，最后从右侧玻璃砖上的P点（图中未画出）射出。已知∠AOB=60°，玻璃折射率，若不考虑光在各个界面的反射，求该单色光在第一块半圆形玻璃砖中传播的时间和从P点射出时出射角大小（已知光在真空中的速度大小为c）。 8．（2023·江苏·模拟预测）一块厚度为4cm的长方体玻璃砖，其下表面涂有反光膜，置于水平桌面上，如图所示，玻璃砖右端上方竖直放置一光屏。一束光线以53°的入射角射向玻璃砖，入射点到光屏距离为8cm，已知玻璃砖对该光束的折射率为，sin37°=0.6。求：①玻璃砖右侧光屏上两光点之间的距离；②光在玻璃砖中传播的最短时间。
参考答案：1．（1）；（2）【详解】（1）对于在圆弧面上发生全反射的光束，结合几何知识可知，反射光最终一定会照射到AC上，作出光恰在圆弧面上发生全反射的情况，如图所示根据临界角与折射率的关系光在玻璃砖上的入射角为，由折射定律有光恰好不射出时入射点的位置到圆心的距离为，由几何关系有解得（2）结合上述分析和几何知识可知，光从射入玻璃砖到第一次打到圆弧面上经过的距离为光从第一次打到圆弧面上到打到底面经过的距离为光在玻璃砖中的传播速度为则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为2．（1）；（2）【详解】（1）画出光路图，如图所示设，，则，，由光的折射定律可得该棱镜的折射率为则又根据几何关系可得故，则该棱镜的折射率为（2）根据几何关系可得，，又则有光在棱镜中传播的速度故光在棱镜中传播的时间为3．（1）； （2）【详解】（1）光路图如图所示，设真空层的厚度为d，由光路图可知，AC比AB多了光线在真空层平移的部分，由几何关系知：解得;（2）光在玻璃中的速度为v由得：由折射定律可知则从A到B的光程为所用时间为4．（1）；（2）【详解】（1）璃砖转过角时，折射光路如图由几何关系可知入射角 又则那么折射角 由折射定律可知解得（2）发生全反射时有所以玻璃砖绕O点相对初始位置转过的角度α的正弦值为5．（1）；（2） 【详解】（1）光路图如图所示根据题意和几何关系可知解得因为故根据几何关系解得（2）根据几何关系根据正弦定理解得光在半圆柱传播的速度传播用时6．(1) ；(2) 【详解】(1)设潜水员下潜深度为h，水的折射率为，海岸上A点恰好处在倒立圆锥的边缘上，得临界角正弦为解得：(2)设入射角为 的光线的折射角为 ，入射角为的折射角为 ，则 ，根据几何关系可知 ，解得： ，故潜水员竖直下潜过程中看不到灯塔指示灯的深度范围 。7．，【分析】根据求出光在玻璃砖中传播速度，再由求光在第一块半圆形玻璃砖中传播的时间。根据题意，作出的光路图。由折射定律求出光BC界面上的折射角，再结合几何关系求出光射在BC界面上的位置、入射角、折射角，由几何关系确定光射到弧面上的位置，最后由折射定律求出该单色光从P点射出时出射角大小。【详解】根据公式，解得：则光在第一块玻璃砖中传播的时间为：根据题意，作出的光路图，如图所示：在O点发生折射，由图可知，解得：在D点发生折射，由光路可逆可知在中，由正弦定理有： 而解得：所以在D点发生折射，由折射定律有解得【点睛】本题考查光的折射。关键是作出光路图，根据几何知识求出的位置，以及各个入射角与折射角。8．①4.5cm；②【详解】①由作图如图由折射定律入射点到出射点的距离为x，则解得光屏上两光点之间的距离则解得y=4.5cm②光在玻璃砖中传播的距离且s=vt，又因为，解得