157光學(xué)中STSE問題（原卷版）-2024高考一輪復(fù)習(xí)100考點(diǎn)100講

2024年高考一輪復(fù)習(xí)100考點(diǎn)100講第15章光學(xué)第15.7講光學(xué)中的STSE問題【知識(shí)點(diǎn)精講】光學(xué)中的STSE問題主要包括與生活相關(guān)、與自然相關(guān)、與科技相關(guān)等?！咀钚赂呖碱}精練】1.（2023高考山東高中學(xué)業(yè)水平等級(jí)考試）一種反射式光纖位移傳感器可以實(shí)現(xiàn)微小位移測(cè)量，其部分原理簡(jiǎn)化如圖所示。兩光纖可等效為圓柱狀玻璃絲M、N，相距為d，直徑均為，折射率為n（）。M、N下端橫截面平齊且與被測(cè)物體表面平行。激光在M內(nèi)多次全反射后從下端面射向被測(cè)物體，經(jīng)被測(cè)物體表面鏡面反射至N下端面，N下端面被照亮的面積與玻璃絲下端面到被測(cè)物體距離有關(guān)。（1）從M下端面出射的光與豎直方向的最大偏角為，求的正弦值；（2）被測(cè)物體自上而下微小移動(dòng)，使N下端面從剛能接收反射激光到恰好全部被照亮，求玻璃絲下端面到被測(cè)物體距離b的相應(yīng)范圍（只考慮在被測(cè)物體表面反射一次的光線）。2.（2020高考江蘇物理）我國的光纖通信技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平.光纖內(nèi)芯（內(nèi)層玻璃）的折射率比外套（外層玻璃）的_______（選填“大”或“小”）。.某種光纖的內(nèi)芯在空氣中全反射的臨界角為，則該內(nèi)芯的折射率為_______.（取，結(jié)果保留2位有效數(shù)字）3.（10分）（2019全國理綜I卷34）如圖，一般帆船靜止在湖面上，帆船的豎直桅桿頂端高出水面3m。距水面4m的湖底P點(diǎn)發(fā)出的激光束，從水面出射后恰好照射到桅桿頂端，該出射光束與豎直方向的夾角為53°（取sin53°=0.8）。已知水的折射率為（i）求桅桿到P點(diǎn)的水平距離；（ii）船向左行駛一段距離后停止，調(diào)整由P點(diǎn)發(fā)出的激光束方向，當(dāng)其與豎直方向夾角為45°時(shí)，從水面射出后仍然照射在桅桿頂端，求船行駛的距離。4（2011·浙江理綜）“B超”可用于探測(cè)人體內(nèi)臟的病變狀況。下圖是超聲波從肝臟表面入射，經(jīng)折射與反射，最后從肝臟表面射出的示意圖。超聲波在進(jìn)入肝臟發(fā)生折射時(shí)遵循的規(guī)律與光的折射規(guī)律類似，可表述為（式中是入射角，是折射角，ν1，ν2分別是超聲波在肝外和肝內(nèi)的傳播速度），超聲波在腫瘤表面發(fā)生反射時(shí)遵循的規(guī)律與光的反射規(guī)律相同，已知ν2=0.9v1入射點(diǎn)與出射點(diǎn)之間的距離是d，入射角為i，腫瘤的反射面恰好與肝臟表面平行，則腫瘤離肝臟表面的深度h為A.B.C.D.【最新模擬題精練】1.（2023天津南開二模）“浸沒式”光刻機(jī)的原理是一種通過在光刻膠和投影物鏡之間加入浸沒液體，從而減小曝光波長(zhǎng)，提高分辨率的技術(shù)，如圖所示。若浸沒液體的折射率為，當(dāng)不加液體時(shí)（可視為真空）光刻膠的曝光波長(zhǎng)為，則加上液體后與不加液體相比，該曝光光波（）A.在液體中的頻率變?yōu)樵瓉淼腂.在液體中的傳播速度變?yōu)樵瓉淼谋禖.在液體中的曝光波長(zhǎng)約為D.傳播相等的距離，在液體中所需的時(shí)間變?yōu)樵瓉淼谋?.（2023山東煙臺(tái)三模）光纖通信作為一門新型技術(shù)，以其通信容量大、抗干擾性高和信號(hào)衰減小，而遠(yuǎn)優(yōu)于電纜、微波通信傳輸，已成為世界通信中主要傳輸方式。但光纖光纜在轉(zhuǎn)彎的地方彎曲半徑不能太小，否則影響正常通信。如圖所示，模擬光纖通信，將直徑為d的圓柱形玻璃棒彎成圓環(huán)，已知玻璃的折射率為，光在真空中的速度為c，要使從A端垂直入射的光線能全部從B端射出。求：（1）圓環(huán)內(nèi)徑R的最小值；（2）在（1）問的情況下，從A端最下方入射的光線，到達(dá)B端所用的時(shí)間。3.(2023河北臨考信息卷)唐代詩人韓愈的《原道》里“坐井而觀天，日天小者，非天小也?！闭f的是青蛙在井底所能看到的天空是有限的。若深8m、半徑為0.5m的井中被灌滿水，水的折射率，如圖所示，處在井底正中央A處的青蛙沿其正上方上浮，若青蛙想要把井外景物全部盡收眼底，則所處位置與井口水面的豎直距離最遠(yuǎn)為A．m B．m C．m D．5m4.（2023遼寧沈陽三模）盛京燈會(huì)冰雕展，利用現(xiàn)代光雕藝術(shù)與傳統(tǒng)燈藝相結(jié)合，打造璀璨夢(mèng)幻的現(xiàn)場(chǎng)效果。如圖所示，邊長(zhǎng)為2a的正方體冰塊，底面中心有一單色點(diǎn)光源O，從外面看冰塊的上表面剛好全部被照亮。求：（1）此單色光的折射率；（2）每個(gè)側(cè)面，有光射出的面積（不考慮光的反射）5.（8分）（2023廣東汕頭二模）為保證泳池夜間安全，需要在泳池鋪設(shè)池底燈提供光照.如圖所示，足夠大的泳池中央有一直徑為d的圓形池底燈，燈面與池底相平.已知水的折射率為n，水深為h，水面平靜，求：（1）燈光在水中發(fā)生全反射的臨界角C的正切值；（2）在水面上形成的光斑面積S.6.（2023長(zhǎng)春三模）倒掛的彩虹被叫作“天空的微笑”，是由薄且均勻的卷云里面大量扁平的六角片狀冰晶（如圖甲所示）折射形成。圖乙為光線的簡(jiǎn)化光路圖，冰晶的上下表面平行且與側(cè)面垂直，光線從冰晶的上表面進(jìn)入，經(jīng)折射從側(cè)面射出，當(dāng)太陽高度角增大到某一臨界值時(shí)，側(cè)面的折射光線因發(fā)生全反射而消失不見，下列說法正確的是（）A.光線有可能在下表面發(fā)生全反射B.光從空氣進(jìn)入冰晶后波長(zhǎng)變長(zhǎng)C.紅光在冰晶中的傳播速度比紫光在冰晶中的傳播速度小D.隨太陽高度角增大，紫光比紅光先在側(cè)面發(fā)生全反射7.（2023湖南張家界模擬）日暈是一種常見的大氣光學(xué)現(xiàn)象，如圖甲所示。太陽光線經(jīng)卷層云中同一冰晶的兩次折射，分散成單色光，形成日暈。冰晶截面可看作正六邊形。如圖乙所示為一束紫光在冰晶上的折射光路，為冰晶上的入射角，為經(jīng)過第一個(gè)界面的折射角，為光線離開冰晶的折射角，為出射光相對(duì)入射光的偏轉(zhuǎn)角。下列說法中正確的是（）A.在冰晶內(nèi)紅光的傳播速度比紫光的小B.若，則冰晶對(duì)紫光的折射率為C.保持入射角不變，將紫光改為紅光，偏轉(zhuǎn)角將增大D.若紅光和紫光均能使同一金屬發(fā)生光電效應(yīng)，紫光照射產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能大8.（2023廣東名校聯(lián)盟大聯(lián)考）某攝影愛好者假日期間前往公園觀賞荷花，發(fā)現(xiàn)荷葉上的水珠特別“明亮”。下列說法正確的是（）A.光從水珠表面照射到內(nèi)部，該光的波長(zhǎng)不變B.光從水珠表面照射到內(nèi)部，該光的波長(zhǎng)變小C.荷葉上的水珠特別“明亮”的原因是發(fā)生了光的折射和全反射D.荷葉上的水珠特別“明亮”的原因是發(fā)生了光的干涉和衍射9.（2023福建泉州三模）如圖，被董黑的鐵球表面有一層很薄的碳顆粒層，將其放入水中，碳粒層與水之間又形成了一空氣層，看上去變得锃亮。這屬于光的（）A.折射現(xiàn)象 B.全反射現(xiàn)象 C.干涉現(xiàn)象 D.衍射現(xiàn)象10.（2023湖南懷化二模）高錕是著名的華裔物理學(xué)家，因在光纖通信方面的研究獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，被人們尊稱為光纖之父。光纖通信的主要部件為光導(dǎo)纖維，其由纖芯和包層兩部分組成，以合適角度進(jìn)入光纖的光能夠在纖芯和包層分界面上發(fā)生全反射。如圖所示，一條長(zhǎng)直光導(dǎo)纖維的長(zhǎng)度，纖芯的折射率，在纖芯與包層的分界面發(fā)生全反射的臨界角?，F(xiàn)一束細(xì)光從左端面中點(diǎn)射入，下列說法正確的是（）A.光導(dǎo)纖維中纖芯材料的折射率應(yīng)小于包層材料的折射率B.為使射入的光在纖芯與包層的界面恰好發(fā)生全反射，光在左端面的入射角應(yīng)為C.若從左端射入的光能夠傳送到右端（無損失），則光在光導(dǎo)纖維內(nèi)傳輸?shù)淖铋L(zhǎng)時(shí)間約為D.若從左端射入的光能夠傳送到右端（無損失），則光在光導(dǎo)纖維內(nèi)傳輸?shù)淖疃虝r(shí)間約為11（2023廣州二模）如圖，光導(dǎo)纖維的內(nèi)芯折射率為、外套折射率為，光由光導(dǎo)纖維的一端從空氣進(jìn)入內(nèi)芯后，經(jīng)多次全反射傳播到另一端射出，則（）A.> B.< C.sin= D.sin=12.（2023重慶名校質(zhì)檢）下列說法中正確的是（）A.全息照相利用了激光的衍射成像B.激光測(cè)距是利用激光的平行性好C.用激光“焊接”剝落的視網(wǎng)膜利用了激光的相干性好D.激光刻錄利用激光的亮度高13.（2022山東青島二模）日暈是一種常見的大氣光學(xué)現(xiàn)象，如圖甲所示。太陽光線經(jīng)卷層云中同一冰晶的兩次折射，分散成單色光，形成日暈。冰晶截面可看作正六邊形。如圖乙所示為一束紫光在冰晶上的折射光路，為冰晶上的入射角，為經(jīng)過第一個(gè)界面的折射角，為光線離開冰晶的折射角，為出射光相對(duì)入射光的偏轉(zhuǎn)角。下列說法中正確的是（）A.在冰晶內(nèi)紅光的傳播速度比紫光的小B.若，則冰晶對(duì)紫光的折射率為C.保持入射角不變，將紫光改為紅光，偏轉(zhuǎn)角將增大D.若紅光和紫光均能使同一金屬發(fā)生光電效應(yīng)，紫光照射產(chǎn)生的光電子的最大初動(dòng)能大14.（2023山東煙臺(tái)一模）某小轎車雨刮器自動(dòng)控制裝置的主要部件是雨量傳感器，雨量傳感器的結(jié)構(gòu)如圖所示。傳感器的光學(xué)元件MNQP緊貼在前擋風(fēng)玻璃內(nèi)表面，其折射率與擋風(fēng)玻璃相同，光學(xué)元件的MN、PQ邊分別與擋風(fēng)玻璃表面垂直，MN、PQ的長(zhǎng)度均為3.4cm，MP的長(zhǎng)度為，擋風(fēng)玻璃的厚度為0.8cm。當(dāng)擋風(fēng)玻璃外表面處于干燥狀態(tài)時(shí)，紅外發(fā)射管發(fā)出一細(xì)束紅外線從MN中點(diǎn)射向擋風(fēng)玻璃，紅外線恰好在擋風(fēng)玻璃的外表面發(fā)生全反射后射向PQ中點(diǎn)，最終被紅外接收管接收；當(dāng)擋風(fēng)玻璃外表面有雨滴時(shí)，入射到擋風(fēng)玻璃的紅外線不能發(fā)生全反射，導(dǎo)致接收管接收的紅外線變?nèi)?，從而自?dòng)控制雨刮的轉(zhuǎn)動(dòng)。（1）求擋風(fēng)玻璃和光學(xué)元件的折射率n；（2）請(qǐng)通過計(jì)算判斷在圖中紅外發(fā)射管應(yīng)該在a還是在b位置？紅外接收管應(yīng)該在c還是在d位置？請(qǐng)畫出當(dāng)擋風(fēng)玻璃外表面處于干燥狀態(tài)時(shí)，紅外線在擋風(fēng)玻璃和光學(xué)元件中傳播的光路圖。15.（2023浙江溫州重點(diǎn)高中期中聯(lián)考）我國軍事技術(shù)不斷向高端發(fā)展，基本防御設(shè)施更加完善，在某種防御設(shè)施中有一種特殊材料制作的觀察孔玻璃磚，既有較強(qiáng)的抗擊打能力，又可以有較好的視角。如圖所示，在寬度為d，厚度未知的矩形玻璃磚里側(cè)，挖掉一塊截面為半圓的部分，玻璃磚折射率合適時(shí)，外部角度范圍內(nèi)景物發(fā)出的光線恰能全部進(jìn)入O點(diǎn)的人眼，且穿過玻璃磚內(nèi)側(cè)界面時(shí)不偏折，方便觀察。假設(shè)在O點(diǎn)瞭望員的視角為，設(shè)該玻璃磚對(duì)自然光的折射率為n，真空中光速為c。（1）求自然光在玻璃磚內(nèi)傳播的速度v；（2）求該玻璃磚對(duì)自然光折射率n；（3）求光線同時(shí)沿AO與CO方向在玻璃磚中傳播的時(shí)間差。16.（2022山東淄博二模）電子產(chǎn)品中常用到發(fā)