專題78幾何光學中的光的折射和全反射（原卷版）

2024年高考物理一輪復習熱點重點難點夯練與提升專題78幾何光學中的光的折射和全反射特訓目標特訓內(nèi)容目標1圓形邊界光學問題（1T—4T）目標2多邊形邊界光學問題（5T—8T）目標3立體空間光學問題（9T—12T）目標4實際情景中幾何光學問題（13T—16T）【特訓典例】圓形邊界光學問題1．如圖所示的圓面是一透明的圓柱形物體的截面，圓心為，半徑為為邊界上的三點，為水平直徑，一束平行于的光線從點射入圓柱休，從點射出，光在真空中的傳播速度為，則光線從點傳播到點用的時間為（

）A． B． C． D．2．地球大氣層對光線的折射會使我們提前看到日出，稱為蒙氣差效應。地理老師制作了教具來演示這一效應，如圖所示為教具中“地球”的北極俯視圖，“地球”半徑，繞“地軸”逆時針自轉(zhuǎn)周期為。折射率為的“大氣層”厚度為，以平行光入射充當“太陽光”，則由于“大氣層”的存在，“地球赤道”上的點相對于沒有大氣層將提前約多長時間看到“太陽光”（

）A． B． C． D．3．真空中半徑為R的半圓柱體玻璃磚的截面圖如圖所示，平行于半圓柱體底面固定放置一塊平面鏡。一束單色光從玻璃磚底面上的P點垂直射入玻璃磚，從玻璃磚側面上的Q點射出，經(jīng)平面鏡反射后從玻璃磚側面再次進入玻璃磚，從M點垂直玻璃磚底面射出。已知O、P兩點間的距離為，玻璃磚的折射率，則平面鏡與玻璃磚底面間的距離為（）A． B． C．2R D．4．2021年12月9日，“天宮課堂”第一課正式開講，某同學在觀看太空水球光學實驗后，想研究光在含有氣泡的水球中的傳播情況，于是找到一塊環(huán)形玻璃磚模擬光的傳播，俯視圖如圖所示。已知玻璃磚的折射率為，外圓半徑為2R，光線a沿半徑方向射入玻璃磚，光線b與光線a平行，兩束光線之間的距離為x=R，光線b經(jīng)折射后恰好與內(nèi)柱面相切；光在真空中的傳播速度為c。求：（1）該玻璃磚的內(nèi)圓半徑r；（2）光線a、b在外圓界面內(nèi)傳播的時間差?t（不考慮光線反射）。多邊形邊界光學問題5．如圖所示為一橫截面為直角三角形的透明三棱柱，其中ac邊長為L，∠abc＝30°。一細束激光從ab邊中點垂直ab邊射入三棱柱。若只考慮一次反射，進入三棱柱中的光線，在三棱柱中傳播的最長時間與最短時間之差為。已知光在真空中的速度為c，則該三棱柱的折射率為（）A． B． C． D．6．如圖甲所示，每年夏季，我國多地會出現(xiàn)日暈現(xiàn)象，日暈是日光通過卷層云時，受到冰晶的折射或反射形成的。如圖乙所示為一束太陽光射到正六角形冰晶上時的光路圖，a、b為其折射出的光線中的兩種單色光，其中，下列說法正確的是（）A．a(chǎn)光在冰晶中的波長小于b光在冰晶中的波長B．a(chǎn)光光子的能量大于b光光子的能量C．冰晶對b光的折射率為D．冰晶對a光的折射率可能為27．如圖是一個用折射率n=2.4的透明介質(zhì)做成的四棱柱的橫截面圖，其中∠A=∠C=90°，∠B=60°，現(xiàn)有一束光垂直入射到棱鏡的AB面上，則（

）A．光在介質(zhì)中的傳播速度為0.8×108m/sB．光在介質(zhì)內(nèi)會發(fā)生三次全反射C．與入射時相比，光從介質(zhì)中射出時可能偏轉(zhuǎn)了60°D．若將入射光沿AB面平行下移，光可能垂直AD面射出8．如圖所示，直角三角形ABC為一棱鏡的橫截面，∠A=30°，該棱鏡對紅光的折射率，對紫光的折射率。AC邊的右側、到AC邊的距離m處有一與AC邊平行的光屏MN，在截面所在的早面內(nèi)，有由紅光.紫光兩種單色光組成的很細的光束垂直AB邊射入按鏡，從AC邊上的D點射出棱鏡并在光屏上留下E、F兩個光點。求：（1）紅光和紫光在校鏡中的傳播速度大小之比；（2）E、F兩光點間的距離。立體空間光學問題9．如圖所示為一半徑為的透明半球體，為半球體的直徑，為半球體的球心，A為的中點，現(xiàn)有一束平行光垂直圓面射入半球體，其中由A點射入半球體的光線射出半球體的偏轉(zhuǎn)角為。如果在入射面放一圓形遮光板，使其余位置射入的光線都能發(fā)生全反射，則遮光板面積的最小值為（

）A． B． C． D．10．如圖所示為一個邊長為的實心透明正立方體，在正立方體中心O點放置一個紅色點光源，該點光源發(fā)出的部分光通過透明正立方體折射出來。已知該單色光在透明正立方體材料中的折射率為（不考慮光線在正立方體內(nèi)的反射，為真空中的光速）。對該光現(xiàn)象的描述正確的是（）A．紅色光從正立方體表面射出后光子能量減小B．有光線射出的區(qū)域占正立方體表面積的C．從立方體表面直接射出的光線在正立方體內(nèi)經(jīng)過的最長時間為D．若把紅色點光源換成藍色點光源，正立方體表面有光線射出的面積變小11．一個高為h的玻璃圓柱體中心S處裝有一個小彩燈。小彩燈可以發(fā)出紅、藍兩種顏色變換的光，已知圓柱體的玻璃對紅、藍兩種光的折射率分別為n1、n2，則（）A．在玻璃圓柱體內(nèi)，紅光的傳播速度大于藍光的傳播速度B．若圓柱體的半徑足夠大，紅光在上表面的圓形透光面比藍光小C．若要使兩種色光均可從玻璃圓柱體上表面的各個方向地方射出，則玻璃圓柱體上表面的半徑不能超過D．從玻璃圓柱體上表面正上方觀看小彩燈，看到的燈比實際高，且藍光比紅光更高12．某著名冰雕節(jié)上展出的一塊邊長為的立方體冰塊，如圖所示。該冰塊是由水溶解了適量鹽后冰凍而成，底層不透光。在冰塊的幾何中心有一單色點光源S，該單色光對冰塊的折射率，真空中光速。不考慮光在冰塊內(nèi)部的多次反射。求；（1）S發(fā)出的光能從立方體表面射出的總面積；（2）將點光源S移到立方體底面ABCD中心，S發(fā)出的光在立方體內(nèi)傳播的最長時間。實際情景中幾何光學問題13．汽車的前擋風玻璃設計成雙層玻璃，會使駕駛員在視覺上有“縮短”距離的作用。如圖甲，在水平路面上行駛的某型號重卡的雙層玻璃中夾的是空氣，雙層玻璃的傾斜角為30°（與豎直方向的夾角），將重卡駕駛員前方的小轎車尾燈簡化為一個點光源A，若其發(fā)出的與水平方向成30°角的光線在B點到達重卡外層玻璃外表面，該光線在外層玻璃內(nèi)部的折射光線恰好沿水平方向，光線射出外層玻璃經(jīng)過中間的空氣層進入內(nèi)層玻璃，折射后進入重卡駕駛員的眼睛，部分光路圖如圖乙所示。已知雙層玻璃的厚度均為d。則雙層玻璃使駕駛員的視覺上“縮短”的安全行駛距離的長度為（）A． B．C． D．14．隱身技術中要用到一種負折射率材料，光在通過這種介質(zhì)時，折射光線與入射光線分布在法線的同一側，折射角取負值，折射率也取負值，折射率的公式為（i、r分別是入射光線、折射光線與法線的夾角）。如圖所示，在真空中放置兩個完全相同的負折射率材料制作的直角三棱鏡A、B，頂角為，A、B兩棱鏡斜面相互平行位置，兩斜面間的距離為d。一束同種頻率光的激光，從A棱鏡上的P點垂直入射，它在棱鏡中的折射率為，在B棱鏡下方有一平行于下表面的光屏。光通過兩棱鏡后，打在光屏上的點到P'（P'點為P點在光屏上的投影）距離為（）A．0 B．d C．d D．d15．如圖所示，某同學設計了一種能看見室外全景的貓眼。貓眼是由同種材料的球冠和圓柱體拼接在一起的復合形狀。觀察者能在室內(nèi)貓眼的中點O，恰能看到室外的全景。設墻壁的厚度為d，玻璃的折射率為，圓柱體的直徑為，則A．球面的半徑R=B．沿墻壁射向貓眼的極限光線，其入射角為60°C．從室內(nèi)貓眼中點入射的光可能在球冠與空氣的界面上發(fā)生全反射D．球冠的球心位置處在貓眼的內(nèi)部16．如圖1所示為教材上“做一做”環(huán)節(jié)“水流導光”實驗，如圖2所示為其簡化示意圖。一盛有水的圓柱形大容器側面開一個圓形小孔，O、A、B分別表示圓形小孔的中心、上沿和下沿，從小孔流出的水在空中運動形成的一段水柱