高考物理光学知识点之几何光学知识点总复习含答案

高考物理光学知识点之几何光学知识点总复习含答案

一、选择题

1．一束只含红光和紫光的复色光沿PO方向射入玻璃三棱镜后分成两束光，并沿OM和ON方向射出，如图所示，已知OM和ON两束光中只有一束是单色光，则（）

A．OM为复色光，ON为紫光

B．OM为复色光，ON为红光

C．OM为紫光，ON为复色光

D．OM为红光，ON为复色光

2．如图所示，将等腰直角棱镜截去棱角，使截面平行于底面，制成“道威棱镜”，可以减小棱镜的重量和杂散的内部反射。从M点发出一束平行于底边CD的单色光从AC边射入，已知折射角γ＝30°，则

A．光在玻璃中的频率比空气中的频率大

B．玻璃的折射率

6 n

C．光在玻璃中的传播速度为2×108 m/s

D．CD边不会有光线射出

3．如图所示，两束单色光a、b同时从空气中斜射入平行玻璃砖的上表面，进入玻璃砖中后形成复合光束c则下列说法中正确的是

A．a光的能量较大

B．在玻璃中a光的传播速度小于b光的传播速度

C．在相同的条件下，a光更容易发生衍射

D．a光从玻璃到空气的全反射临界角小于b光从玻璃到空气的全反射临界角

4．一束光线从空气射向折射率为1.5的玻璃内，人射角为45o下面光路图中正确的是A． B．

C． D．

5．甲、乙两单色光分别通过同一双缝干涉装置得到各自的干涉图样，相邻两个亮条纹的中心距离分别记为Δx1和Δx2，已知Δx1＞Δx2。另将两单色光在真空中的波长分别用λ1、λ2，在同种均匀介质中传播的速度分别用v1、v2，光子能量分别用E1、E2、在同种介质中的折射率分别用n1、n2表示。则下列关系正确的是

A．λ1<λ2 B．v1n2

6．如图所示，放在空气中的平行玻璃砖，表面M与N平行，一束光射到表面M上，(光束不与M平行)

①如果入射角大于临界角，光在表面M即发生反射。

②无论入射角多大，光在表面M也不会发生全反射。

③可能在表面N发生全反射。

④由于M与N平行，光只要通过M，则不可能在表面N发生全反射。

则上述说法正确的是( )

A．①③ B．②③ C．③ D．②④

7．图1、2是利用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置得到的干涉图样．下列关于a、b两束单色光的说法正确的是（）

A．真空中，a光的频率比较大

B．同一介质中，a光传播的速度大

C．a光光子能量比较大

D．同一介质对a光折射率大

8．如图所示，为观察门外情况，居家防盗门一般都会在门上开一小圆孔.假定门的厚度为a=8cm，孔的直径为d=6cm，孔内安装一块折射率n=1.44的玻璃，厚度可]的厚度相同，已知sin37°=0.6，cos37°=0.8.则

A．如未装玻璃，室内的人通过小孔能看到外界的角度范围为106°

B．装人玻璃后，室内的人通过玻璃能看到外界的角度范围约为106°

C．装人玻璃的折射率越大，室内的人通过玻鵯能看到外界的角度范围就越小

D．若要将视野扩大到180°，需嵌入折射率大于或等于5

3

的玻璃

9．如图所示为用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样．现让a、b 两种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时，光的传播路径与方向可能正确的是

（）

A．①③B．①④C．②④D．只有③10．ABCDE为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图，AB⊥BC，由a、b两种单色光组成的细光束从空气垂直于AB射入棱镜，经两次反射后光线垂直于BC射出，且在CD、AE边只有a光射出，光路图如图所示，则a、b两束光()

A．在真空中，a光的传播速度比b光的大

B．在棱镜内，a光的传播速度比b光的小

C．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小

D．分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距小

11．如图所示，放在暗室中的口径较大不透明的薄壁圆柱形浅玻璃缸充满水，缸底中心有

一红色发光小球（可看作点光源），从上往下看，则观察到（）

A．水面有一个亮点

B．充满水面的圆形亮斑

C．发光小球在水面上的像

D．比小球浅的发光小球的像

12．华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理奖，他被誉为“光纤通讯之父”．光纤通讯中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播．下列关于光导纤维的说法中正确的是

A．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射

B．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射

C．波长越短的光在光纤中传播的速度越大

D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大

13．如图所示，一束红光从空气穿过平行玻璃砖，下列说法正确的是

A．红光进入玻璃砖前后的波长不会发生变化

B．红光进入玻璃砖前后的速度不会发生变化

C．若紫光与红光以相同入射角入射，则紫光不能穿过玻璃砖

D．若紫光与红光以相同入射角入射，在玻璃砖中紫光的折射角比红光的折射角小

14．如图，半径为R的半圆柱玻璃体置于水平桌面上，半圆柱玻璃体的上表面水平，半圆柱玻璃体与桌面相切于A点。一细束单色光经球心O从空气中射入玻璃体内（入射面即纸

面），入射角为60°，出射光线射在桌面上B点处。测得AB之间的距离为3

R，则下列

说法正确的是（）

A ．该玻璃体的折射率为62

n = B ．该玻璃体折射率为2n =

C ．若将入射光束在纸面内向左平移，移到距O 点2

3

R 位置时射入玻璃体的光线在玻璃体下表面处恰好发生全反射

D ．若用同样频率、宽度为R 的光束CO 沿与玻璃体上表面成30?入射，从玻璃体下表面折射出的弧长占圆柱体弧长的

13

15．如图所示，是两个城市间的光缆中的一条光导纤维的一段，光缆总长为L ，它的玻璃芯的折射率为n 1，外层材料的折射率为n 2．若光在空气中的传播速度近似为c ，则对于光由它的一端射入经多次全反射后从另一端射出的过程中，则下列判断中正确的是( )

A ．n 1< n 2，光通过光缆的时间等于1n L

c

B ．n 1< n 2，光通过光缆的时间大于1n L

c C ．n 1> n 2，光通过光缆的时间等于1n L

c D ．n 1> n 2，光通过光缆的时间大于

1n L

c

16．关于下列光学现象，正确的说法是( ) A ．水中蓝光的传播速度比红光快 B ．光从空气射入玻璃时可能发生全反射

C ．在岸边观察前方水中的一条鱼，鱼的实际深度比看到的要深

D ．分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距较窄。 17．如图甲所示，在平静的水面下有一个点光源s ，它发出的是两种不同颜色的a 光和b 光，在水面上形成了一个被照亮的圆形区域，该区域的中间为由ab 两种单色光所构成的复色光的圆形区域，周边为环状区域，且为a 光的颜色（见图乙）．则一下说法中正确的是（ ）

A ．a 光的频率比b 光大

B ．水对a 光的折射率比b 光大

C ．a 光在水中的传播速度比b 光大

D ．在同一装置的杨氏双缝干涉实验中，a 光的干涉条纹比b 光窄

18．某单色光由玻璃射向空气，发生全反射的临界角为θ， c 为真空中光速，则该单色光在玻璃中的传播速度是 （ ） A ．

B ．

C ．

cos c

θ

D ．

sin c θ

19．下面四种与光有关的叙述中，哪些说法是不正确的( ) A ．用光导纤维传播信号，是利用了光的全反射原理 B ．B 光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波

C ．通过两枝铅笔的狭缝所看到的远处日光灯的彩色条纹，是光的干涉所致

D ．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由黄光改为绿光，则条纹间距变窄 20．一束光从某介质进入真空,方向如图所示,则下列判断中正确的是 ( )

A ．该介质的折射率是

3 B ．该介质的折射率是3

C ．该介质相对真空发生全反射的临界角是45°

D ．光线从介质射入真空的过程中,无论怎样改变入射方向都不可能发生全反射现象 21．如图所示，空气中有一折射率为2的玻璃柱体，其横截而是圆心角为90o 、半径为R 的扇形OAB 、一束平行光平行于横截面，以45o 入射角射到OA 上，OB 不透光，若考虑首次入射到圆弧AB 上的光，则AB 上有光透出的部分的弧长为（ ）

A ．1

6

R π B ．14

R π C ．13R π

D ．

5

12

R π 22．一半径为R 的半圆形玻璃砖放置在竖直平面上，其截面如下图所示. 图中O 为圆心，MN 为竖直方向的直径.有一束细光线自O 点沿水平方向射入玻璃砖，可以观测到有光线自玻璃砖内射出，现将入射光线缓慢平行下移，当入射光线与O 点的距离为d 时，从玻璃砖射出的光线刚好消失.则此玻璃的折射率为（ ）

A ．

22

R R d -

B ．22R d R

- C ．

R d

D ．

d R

23．如图所示是迈克尔逊用转动八面镜法测光速的实验示意图，图中S 为发光点，T 是望远镜，平面镜O 与凹面镜B 构成了反射系统。八面镜距反射系统的距离为AB ＝L （L 可长达几十千米），且远大于OB 以及S 和T 到八面镜的距离。现使八面镜转动起来，并缓慢增大其转速，当转动频率达到0f 并可认为是匀速转动时，恰能在望远镜中第一次看见发光点S ，由此迈克尔逊测出光速c 。根据题中所测量的物理量得到光速c 的表达式正确的是（ ）

A ．04Lf c =

B ．08Lf c =

C ．016Lf c =

D ．032Lf c =

24．以往，已知材料的折射率都为正值（n>0）．现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值（n< 0），称为负折射率材料．位于空气中的这类材料，入射角i 与折射角r 依然满足

sin sin i

n r

=，但是折射线与入射线位于法线的同一侧（此时折射角取负值）．现空气中有一上下表面平行的负折射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出．若该材料对此电磁波的折射率n=?1，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是（ ）

A ．A

B ．B

C ．C

D ．D

25．如图所示是一透明玻璃球体，其半径为R ，O 为球心，AB 为水平直径。M 点是玻璃球的最高点，一条平行于AB 的光线自D 点射入球体内，其折射光线为DB ，已知∠ABD ＝30°，光在真空中的传播速度为c 、波长为λ，则

A ．此玻璃的折射率为

B ．光线从D 传播到B 的时间是

C ．光在玻璃球体内的波长为λ

D ．光在B 点会发成全反射

【参考答案】***试卷处理标记，请不要删除

一、选择题 1．D 解析：D 【解析】

ON 为反射光，应为复色光；而折射后只有一束光线，故有一束光发生了全反射；而红光与紫光相比较，紫光的折射率较大，临界角较小，故紫光发生了全反射；可知OM 应为红光．故D 正确，ABC 错误．故选D.

2．D

解析：D

【解析】折射不改变光的频率，频率相同，A 错误；根据折射定律：

sin sin452sin sin30i n r ?=

==?，B 错误；根据c

n v

=可得光在玻璃中的传播速度为8832/10/22

c v m s m s n ===?，C 错误；光路图如图所示，由几何关系知

75β=?，根据全反射定律， 12

sin 2

C n =

=

得C=45°，7545?>?，故在CD 面发生全反射，没有光线射出，D 正确．

3．C

解析：C

【解析】试题分析：由图看出，a 光的入射角小于b 光的入射角，而折射角相同，根据折射定律分析玻璃对两束光的折射率的大小关系，即可知道两光的频率关系、波长关系，由

c v n =

分析光在玻璃中速度关系．由公式1

sin C n

=分析临界角大小． a 光的入射角小于b 光的入射角，而折射角相同，根据折射定律得知，玻璃对b 光的折射率大于a 光的折射率，则b 光的频率大于a 光的频率，根据E h γ=可知b 光的能量较大，根据c

v n

=

可知a 光在玻璃中的传播速度较大，AB 错误；频率越大，波长越小，即a 的波长大于b 的波长，在相同条件下，波长越长，越容易发生衍射现象，所以a 更容易发生衍射现象，C 正确；根据1

sin C n

=

可得b 光的全反射角小，D 错误． 4．C

解析：C

【解析】光由空气射向玻璃，折射角小于入射角，反射角等于入射角，故C 正确．

5．C

解析：C

【解析】试题分析：根据双缝干涉的条纹间距公式求解波长大小关系，波长越长，频率越小，在同一种介质中的折射率越小，结合c

v n

=、E h γ=分析解题． 由于同一装置，L 、d 相同，根据公式L

x d

λ?=

可得12λλ>，波长越大，频率越小，折射率越小，故12n n <，根据E h γ=可知12E E <，根据c

v n

=

可知12v v >，故C 正确． 6．D

解析：D

【解析】①、②、B 产生全反射的必要条件是光必须从光密介质射入光疏介质，可知，光从空气进入玻璃砖时，不会产生光的全反射现象，无论入射角多大，光都能从界面ab 进入玻璃砖．故①错误，②正确．③、④、由于ab 与cd 两个表面平行，根据几何知识得知，光线在ab 面上的折射角等于在cd 面上的入射角，根据光路可逆原理可知，光线一定从界面cd 射出，故③错误，④正确．综上选D ．

【点睛】解决本题的关键是掌握全反射的条件，灵活运用光路的可逆性分析玻璃砖的光学特性．

7．B

解析：B 【解析】

A 、a 光照射产生的条纹间距大于b 光照射产生的条纹间距，根据双缝干涉条纹的间距公式L

x d

λ?=

知，a 光的波长大于b 光的波长，A 正确．B 、由c f λ=结合波长关系知a 光的频

率小于b 光的频率，而hf ε=可得a 光光子能量比较小，B 错误．C 、D 、由c

v n

=

可知a 光的频率小，折射率小，则波速较大，即两种光在同一介质中的传播速度满足a b v v <，C 正确、D 错误.故选AC.

【点睛】解决本题的关键掌握双缝干涉条纹的间距公式L

x d

λ?=，以及知道波长、频率的大小关系，注意光电效应方程的内容．

8．D

解析：D 【解析】 因3

tan 4

d a α=

=，则0=37α，如未装玻璃，室内的人通过小孔能看到外界的角度范围为

74°，选项A 错误；装入玻璃后，根据折射定律：sin sin n βα=

=4

sin 5

β=>，则0

53β>，则室内的人通过玻璃能看到外界的角度范围大于106°，选项B 错误；装入玻璃的折射率越大，则折射角β越大，则室内的人通过玻璃能看到外界的角度范围就越大，

选项C 错误；若要将视野扩大到180°，则β=900

，则00sin sin 905

sin sin 373

n βα===，则需嵌入

折射率大于或等于5/3的玻璃，选项D 正确；故选D.

点睛：对于几何光学，其基础是作出光路图，借助几何知识研究入射角与折射角，再求解折射率．

9．A

解析：A 【解析】

由干涉图样可知，a 光的双缝干涉条纹间距比b 光的大，根据双缝干涉相邻条纹间距公式△x=

L

d

λ可知，a 光的波长长，则同一介质对a 的折射率小，对b 光的折射率大．根据平行玻璃砖的光学特性可知，出射光线与入射光线平行，由于a 光的折射率小，偏折程度小，所以出射时a 光应在右侧，故①正确，②错误．由sinC=

1

n

分析可知，a 光的临界角较大．当光从棱镜射入空气中时，若发生全反射的话首先是b 光，若b 不发生全反射，能射出棱镜，则a 光一定也不发生全反射从棱镜射出，故③正确，④错误．故选A. 点睛：解决本题是掌握光学的基本知识：双缝干涉相邻条纹间距公式△x=L

d

λ、折射定律、临界角公式sinC=

1

n

和全反射的条件．要知道折射率越大，介质对该光的折射率越大． 10．C

解析：C 【解析】

所有光在真空中有相同的速度，选项A错误；在CD、AE边只有a光射出，b光发生了全

反射，说明b光的临界角小，在五棱镜中的折射率大，由

c

v

n

=知，b光在棱镜里的速度

小，选项B错误；由折射定律

sin

sin

i

n

γ

=知，b光的折射率大，折射角小，选项C正确；a

光的频率小于b光的频率，则a光的波长大于b光的波长，由

l

x

d

λ

?=知，a光的相邻亮

条纹间距大于b光的相邻亮条纹间距，选项D错误；故选C．

点睛：本题考查了光的折射和干涉现象．关键要根据光路图正确判断出折射率的大小，再根据其他量与折射率的关系进行分析.

11．D

解析：D

【解析】

【详解】

AB.小球所发的光射向水面的入射角较大时会发生全反射，在水面上可以看到一个圆形亮斑，但不是充满水面的圆形亮斑，故AB错误；

CD.由于光的折射，在水面上可看到比小球浅的发光小球的像，如图所示，选项C错误，D 正确.

12．B

解析：B

【解析】

试题分析：当内芯的折射率比外套的大时，光传播时在内芯与外套的界面上才能发生全反

射．A错，B对；波长越短的光，频率越大，介质对它的折射率n越大，根据公式，

光在光纤中传播的速度越小，CD错，所以本题选择B。

考点：光的折射定律全反射

13．D

解析：D

【解析】

【详解】

AB、波在传播的过程中频率和周期保持不变，在玻璃中，红光的传播速度为

c

v

n

=，故红

光进入玻璃后的速度会发生变化，在玻璃中，红光的波长

cT

vT

n

λ==，波长发生改变，

故AB错误；

CD、紫光与红光以相同入射角入射，光从光疏介质射入光密介质，折射角一定小于全反射的临界角，所以能再次从玻璃砖中穿出来，故C错误，因为

sin

sin

n

θ

γ

=，紫光的折射率大于红光的折射率，故在玻璃砖中紫光的折射角比红光的折射角小，D正确。

14．C

解析：C

【解析】

【分析】

【详解】

AB．作出光路图如图

根据几何关系可知

22

22

3

1

3

sin

2

1

3

R

r

AB R R R

===

++

根据折射定律可知玻璃体的折射率为

sin sin60

3

1

sin

2

i

n

r

?

===

AB错误；

C．根据题意作出光路图，假设光在D点发生全反射

已知30

r?

=，则

60

OED EOD EDO?

∠=∠=∠=

根据全反射定律

1

sin sin60

3

C

n

?

==<

所以光在D 点发生全反射，C 正确；

D

．若从玻璃体下表面折射出的弧长占圆柱体弧长的

1

3

，作出光路图如图

假设光在M 点发生全反射，则MN 对应的圆心角60MON ?∠=，则EM 对应的圆心角

60EOM ?∠=，则60OPM ?∠=，故30θ?=，入射角与折射角相同，不符合折射定律，

所以若用同样频率、宽度为R 的光束CO 沿与玻璃体上表面成30?入射，从玻璃体下表面折射出的弧长不可能占圆柱体弧长的1

3

，D 错误。 故选C 。

15．D

解析：D 【解析】 【分析】 【详解】

如图所示，欲使光在1n 和2n 的界面上发生全反射，需有1

2n n >，光在介质1n 中的传播最

长路程为sin L x C =，传播速度为1c v n =，则最长时间1sin Ln x t v c C

==，所以光通过光缆的时间大于

1n L

c

，故D 正确，ABC 错误． 16．C

解析：C 【解析】 【详解】

A ．光在介质中传播速度

，其中n 是折射率，由于蓝光折射率大于红光折射率，所以

蓝光传播速度比红光慢，不符合题意；

B ．光从光密介质射向光疏介质时，才会发生全发射，空气属于光疏介质，而玻璃属于光密介质，不会发生全发射，不符合题意；

C ．视深h 与实际深度H 关系为：，所以鱼的实际深度比看到的要深，符合题意；

D ．条纹间距，由于红光波长大于蓝光波长，所以红光得到的条纹间距较宽，不符

合题意。

17．C

解析：C 【解析】

试题分析：由图乙可知a 光发生全反射的临界角大，由1

sin C n

=可知a 光的折射率小，即频率小，波长长，故选项AB 错误；由c v n =可知选项C 正确；由L

x d

λ?=可知选项D 错误．

考点：全发射；单色光的特点．

18．B

解析：B 【解析】

试题分析：根据全反射定律可得1

sin n

θ=，根据折射率与传播速度公式c n v =，两式联立

可得sin v c θ=，故B 正确，ACD 错误 故选B

考点：考查了全反射，折射率公式 点评：关键是知道公式1

sin n

θ=

和c n v =

19．C

解析：C 【解析】

用光导纤维传播信号，是利用了光的全反射原理，A 正确，光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波，横波传播方向与振动方向垂直，所以B 正确，通过两枝铅笔的狭缝所看到的远处日光灯的彩色条纹，是光的色散现象，C 错误，在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由黄光改为绿光，波长减小，根据公式l

x d

λ?=

，间距变窄，D 正确． 20．B

解析：B 【解析】 【详解】

AB ．入射光线与法线之间的夹角为入射角：r =90°-60°=30°；折射光线与法线之间的夹角为折射角：i =90°-30°=60°；根据折射定律60330sini sin n sinr sin ?

=

==?

A 错误，

B 正确；

C ．根据公式sin C =1/n 得：3

arcsin

453

C =≠?，故C 错误；

D ．光从介质射入真空中，即从光密介质射向光疏介质，当入射角大于临界角C 的时候会发生全反射，故D 错误．

21．B

解析：B 【解析】 【分析】 【详解】 根据折射定律有：

sin 45sin n r

?

=

可得光进入玻璃后光线与竖直方向的夹角为30°。过O 的光线垂直入射到AB 界面上点C 射出，C 到B 之间没有光线射出；越接近A 的光线入射到AB 界面上时的入射角越大，发生全反射的可能性越大．根据临界角公式：

sin 2

C =

得临界角为45°，如果AB 界面上的临界点为D ，此光线在AO 界面上点E 入射，在三角形ODE 中可求得OD 与水平方向的夹角为：

180°-（120°+45°）=15°

所以A 到D 之间没有光线射出．由此可得没有光线射出的圆弧对应圆心角为：

90°-（30°+15°）=45°

所以有光透出的部分的弧长为1

4

R π。 故选B 。

【点睛】

22．C

解析：C

【详解】

根据题意可知，当入射光线与O 点的距离为d 时，从玻璃砖射出的光线刚好消失，光线恰好在MN 圆弧面上发生了全反射，作出光路图，如图

根据几何知识得：

d sinC R

=

1sinC n

=

, 联立得：

R n d

=

22

R d -R

n d

=

不相符，故A 错误； 22

R d -R n d = 不相符，故B 错误； C. R d 与上述计算结果R

n d

=相符，故C 正确； D.

d

R 与上述计算结果R n d

= 不相符，故D 错误。 23．C

解析：C 【解析】 【分析】 【详解】

从A 点开始经一系列的反射再到达望远镜所通过的距离s =2L ，则光从A 点开始经一系列的反射再到达望远镜所用的时间为

1

88T t f =

= 解得

21618s L c Lf t f =

== 故C 正确，ABD 错误。

24．B

解析：B

【解析】

【分析】

【详解】

AD．本题给定信息“光的折射光线和入射光线位于法线的同侧”，无论是从光从空气射入介质，还是从介质射入空气，都要符合此规律，故A、D错误．

BC．折射率为-1，由光的折射定律可知，同侧的折射角等于入射角，故B正确，C错误．25．A

解析：A

【解析】

【详解】

A：如图所示：

由几何知识得入射角，折射角，则此玻璃的折射率为：，A正确；

B：BD长度，光在玻璃球内传播的速度，所以光线从B到D的时间为，B错误；

C、光在玻璃体内的波长，C错误

D、在玻璃体内，发生全反射时，根据几何知识可知光在B点的入射角为30°，而，即临界角，所以光线不可能在B点发生全反射现象，D 错误。