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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73 光学+实际模型
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高考山东高中学业水平等级考试） 一种反射式光纤位移传感器可以实现微小
位移测量，其部分原理简化如图所示。两光纤可等效为圆柱状玻璃丝M、N，相距为d，直
径均为 ，折射率为n（ ）。M、N下端横截面平齐且与被测物体表面平行。激光
在M内多次全反射后从下端面射向被测物体，经被测物体表面镜面反射至N下端面，N下
端面被照亮的面积与玻璃丝下端面到被测物体距离有关。
（1）从M下端面出射的光与竖直方向的最大偏角为 ，求 的正弦值；
（2）被测物体自上而下微小移动，使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，
求玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围（只考虑在被测物体表面反射一次的光线）。
【参考答案】（1） ；（2）
【名师解析】
（1）由题意可知当光在两侧刚好发生全反射时从M下端面出射的光与竖直方向夹角最大，
设光在M下端与竖直方向的偏角为α，此时
可得
又因为所以
（2）根据题意要使N下端面从刚能接收反射激光到恰好全部被照亮，光路图如图所示
则玻璃丝下端面到被测物体距离b的相应范围应该为
当距离最近时有
当距离最远时有
根据（1）可知
联立可得
所以满足条件的范围为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 v= =
y
， ，d=vt，联立解得：v= ，tanθ= =4/3。
x x
的
（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。
最新模拟题
1. （2023天津南开二模）“浸没式”光刻机的原理是一种通过在光刻胶和投影物镜之间加入
浸没液体，从而减小曝光波长，提高分辨率的技术，如图所示。若浸没液体的折射率为，当不加液体时（可视为真空）光刻胶的曝光波长为 ，则加上液体后与不加液
体相比，该曝光光波（ ）
A. 在液体中的频率变为原来的
B. 在液体中的传播速度变为原来的 倍
C. 在液体中的曝光波长约为
D. 传播相等的距离，在液体中所需的时间变为原来的 倍
【参考答案】CD
【名师解析】
频率由光源决定，光由空气进入该液体中传播时，光波频率不变，故A错误；
光在液体中的传播速度为
解得
故B错误；
加上液体时光刻胶 的曝光波长为
不加液体时，有
联立代入数据可得故C正确；
由上分析可知，在液体中曝光光波的传播速度变为原来的 ，而传播距离不变，所以在液
体中所需的时间变为原来的 ，故D正确。
2.（2023山东烟台三模） 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
的
号衰减小，而远优于电缆、微波通信 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。
【参考答案】（1） ；（2）
【名师解析】
（1）从A端最下方入射的光线发生全反射时其他光线都能发生全反射，如图所示，根据几
何关系得设全反射临界角为C，则要使A端垂直入射的光线全部从B端射出，必须有 。根据
全反射临界角公式公式
因此有
即有
解得
所以R的最小值为 。
（2）在（1）问的情况下，由解析图可知 ，则有
光在光纤内传播的总路程为
光在光纤内传播的速度为所以所求时间为
3. (2023河北临考信息卷)唐代诗人韩愈的《原道》里“坐井而观天，日天小者，非天小
也。”说的是青蛙在井底所能看到的天空是有限的。若深8m、半径为0.5m的井中被灌满
水，水的折射率 ，如图所示，处在井底正中央A处的青蛙沿其正上方上浮，若青蛙
想要把井外景物全部尽收眼底，则所处位置与井口水面的竖直距离最远为
A． m B． m C． m D． 5m
【参考答案】.A
【名师解析】：如图所示，几乎贴着水面射入水里的光线，在青蛙看来是从折射角为C的
方向射来的，根据折射定律 ，设青蛙所处位置最远与井口水面距离为h，根据几
何关系可知 ，解得 。A正确。
4.（2023辽宁沈阳三模）盛京灯会冰雕展，利用现代光雕艺术与传统灯艺相结合，打造璀
璨梦幻的现场效 果。如图所示，边长为 2a 的正方体冰块，底面中心有一单色点光源
O，从外面看冰块 的上表面刚好全部被照亮。求：（1）此单色光的折射率；
（2）每个侧面，有光射出的面积（不考虑光的反射）
【名师解析】（1）由几何关系可知底面对角线为：
玻璃砖的上表面刚好全部被照亮，设临界角为 C，由几何关系可得
由全反射临界角公式， n=1/sinC
解得n=
（2）点光源 O 在侧面的出射情况为一个半圆，设其半径为 r，则有
解得r= a
每个侧面被照亮的面积为：S=
解得S=
5.（8分）（2023广东汕头二模）为保证泳池夜间安全，需要在泳池铺设池底灯提供光照.
如图所示，足够大的泳池中央有一直径为d的圆形池底灯，灯面与池底相平.已知水的折射
率为n，水深为h，水面平静，求：
（1）灯光在水中发生全反射的临界角C的正切值；
（2）在水面上形成的光斑面积S.【名师解析】.（8分）解:（1）根据全反射的临界角 与折射率的关系得 ①
取正视图如图所示，由几何关系得 ②
（2）如图所示，假设 端发出的光在水面 点发生全反射，则形成的光斑是以点 为圆
心、 为半径的圆，设 为 ，则有
③
光斑半径为 ，有 ④
光斑面积为 ，有 ⑤
联立解得 ⑥
评分要求:①⑥各2分，其余式子各1分.
6. （2023长春三模）倒挂的彩虹被叫作“天空的微笑”，是由薄且均匀的卷云里面大量扁平
的六角片状冰晶（如图甲所示）折射形成。图乙为光线的简化光路图，冰晶的上下表面平
行且与侧面垂直，光线从冰晶的上表面进入，经折射从侧面射出，当太阳高度角 增大到
某一临界值时，侧面的折射光线因发生全反射而消失不见，下列说法正确的是（ ）A. 光线有可能在下表面发生全反射
B. 光从空气进入冰晶后波长变长
C. 红光在冰晶中的传播速度比紫光在冰晶中的传播速度小
D. 随太阳高度角 增大，紫光比红光先在侧面发生全反射
【参考答案】：D
【名师解析】．下表面的入射角等于上表面的折射角，根据光路可逆原理可知，光线不可
能在下表面发生全反射，故A错误；
光从空气进入冰晶后，频率不变，速度减小，根据
可知，波长变小，故B错误；
红光频率低，折射率小，根据
可知，红光传播速度比紫光在冰晶中的传播速度大，故C错误；
因为紫光频率高，折射率大，则临界角小，所以随太阳高度角 增大，紫光比红光先在侧
面发生全反射，故D正确。
7. （2023湖南张家界模拟）日晕是一种常见的大气光学现象，如图甲所示。太阳光线经卷
层云中同一冰晶的两次折射，分散成单色光，形成日晕。冰晶截面可看作正六边形。如图
乙所示为一束紫光在冰晶上的折射光路， 为冰晶上的入射角， 为经过第一个界面的折
射角， 为光线离开冰晶的折射角， 为出射光相对入射光的偏转角。下列说法中正确的
是（ ）A. 在冰晶内红光的传播速度比紫光的小
B. 若 ，则冰晶对紫光的折射率为
C. 保持入射角不变，将紫光改为红光，偏转角将增大
D. 若红光和紫光均能使同一金属发生光电效应，紫光照射产生的光电子的最大初动能大
【参考答案】BD
【名师解析】
．由于红光的折射率小于紫光的折射率，根据
可知在冰晶内红光的传播速度比紫光的大，故A错误；
B．图3中紫光满足 ，根据几何关系可知θ=30°，则折射率为
2
代入数据解得
故B正确；
保持入射角不变，将紫光改为红光，因紫光的折射率大于红光的折射率，则偏转角将减小，
故C错误；
根据光电效应方程有 可知，由于红光频率小于紫光频率，则红光和紫光均
能使同一金属产生光电效应，则紫光对应的光电子最大初动能一定比红光的大，故D正确。。
8. （2023广东名校联盟大联考）某摄影爱好者假日期间前往公园观赏荷花，发现荷叶上的
水珠特别“明亮”。下列说法正确的是（ ）
A. 光从水珠表面照射到内部，该光的波长不变
B. 光从水珠表面照射到内部，该光的波长变小
C. 荷叶上的水珠特别“明亮”的原因是发生了光的折射和全反射
D. 荷叶上的水珠特别“明亮”的原因是发生了光的干涉和衍射
【参考答案】BC
【名师解析】
光从水珠表面照射到内部，该光的频率不变，光速变小，由 可知，波长变小，故A
错误，B正确；
荷叶上的露珠显得特别“明亮”是由于光线经折射进入水珠后，在水珠的后表面发生光的
全反射，导致其特别“明亮”，并不是水珠将光线会聚而形成的，故C正确，D错误。
