高考物理光学知识点之几何光学经典测试题及解析(4)

高考物理光学知识点之几何光学经典测试题及解析(4)

一、选择题

1．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

2．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 3．如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球，则（ ）

A ．小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球

B ．小球所发的光能从水面任何区域射出

C ．小球所发的光从水中进入空气后频率变大

D ．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大

4．频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如图所示，下列说法正确的是( )

A．单色光1的波长小于单色光2的波长

B．在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度

C．单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间

D．单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角5．一细光束由a、b两种单色光混合而成，当它由真空射入水中时，经水面折射后的光路如图所示，则以下看法正确的是

A．a光在水中传播速度比b光小

B．b光的光子能量较大

C．当该两种单色光由水中射向空气时，a光发生全反射的临界角较大

D．用a光和b光在同一装置上做双缝干涉实验，a光的条纹间距大于b光的条纹间距6．有一束波长为6×10－7m的单色光从空气射入某种透明介质，入射角为45°，折射角为30°，则

A．介质的折射率是

2

B．这束光在介质中传播的速度是1.5×108m／s

C．这束光的频率是5×1014Hz

D．这束光发生全反射的临界角是30°

7．如图所示，黄光和紫光以不同的角度，沿半径方向射向半圆形透明的圆心O，它们的出射光线沿OP方向，则下列说法中正确的是（）

A．AO是黄光，穿过玻璃砖所需时间短

B．AO是紫光，穿过玻璃砖所需时间短

C．AO是黄光，穿过玻璃砖所需时间长

D．AO是紫光，穿过玻璃砖所需时间长

8．如图所示，一束复色光由空气射向玻璃，发生折射而分为a、b两束单色光．则

A．玻璃对a、b光的折射率满足n a>n b

B．a、b光在玻璃中的传播速度满足v a>v b

C．逐渐增大入射角，a光将先消失

D．分别通过同一双缝干涉实验装置时，相邻亮条纹间距离a光大于b光

9．如图所示，一束红光P A从A点射入一球形水珠，光线在第一个反射点B反射后到达C 点，CQ为出射光线，O点为球形水珠的球心．下列判断中正确的是( )

A．光线在B点可能发生了全反射

B．光从空气进入球形水珠后，波长变长了

C．光从空气进入球形水珠后，频率增大了

D．仅将红光改为紫光，光从A点射入后到达第一个反射点的时间增加了

10．如图所示，一束可见光射向半圆形玻璃砖的圆心O，经折射后分为两束单色光a和b。下列判断正确的是

A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率

B．逐渐增大入射角，b光首先发生全反射

C．在玻璃中，a光的速度大于b光的速度

D．在真空中，a光的波长小于b光的波长

11．有关光的应用，下列说法不正确的是（）

A．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度

B．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象

C．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是光的折射形成的色散现象

D．在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射原理

12．半径为R的玻璃半圆柱体，截面如图所示，圆心为O，两束平行单色光沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直，∠AOB＝60°，若玻璃对此单色光的折射率n3

经柱面和底面折射后的交点与O 点的距离为（ ）

A ．

3

R B ．

2

R C ． 2R D ．R

13．如果把光导纤维聚成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图像就可以从一端传到另一端，如图所示．在医学上，光导纤维可以制成内窥镜，用来检查人体胃、肠、气管等器官的内部．内窥镜有两组光导纤维，一组用来把光输送到人体内部，另一组用来进行观察．光在光导纤维中的传输利用了( )

A ．光的全反射

B ．光的衍射

C ．光的干涉

D ．光的折射

14．下列说法正确的是（ ）

A ．用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干涉现象

B ．在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象

C ．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象

D ．在LC 振荡电路中，电容器刚放电完毕时，电容器极板上电量最多，电路电流最小 15．如图所示，三束细光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的a 、b 、c 三束单色光.比较

a 、

b 、

c 三束光，可知( )

A ．a 为波长较长的光

B ．当它们在真空中传播时，a 光的速度最大

C ．分别用这三种光做光源，使用同样的装置进行双缝干涉实验，a 光的干涉条纹中相邻亮纹的间距最小

D ．若它们都从玻璃射向空气，c 光发生全反射的临界角最大

16．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

17．如图所示，两束单色光a、b从水下射向A点后，光线经折射合成一束光c，则下列说法中正确的是

A．水对单色光a的折射率比对单色光b的折射率大

B．在水中a光的临界角比b光的临界角大

C．在水中a光的速度比b光的速度小

D．用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距

18．如图，在某种液体内，有一轴截面为正三角形的薄壁透明圆锥罩ABC,底面水平,罩内为空气。发光点D位于BC中点，发出的垂直于BC的光恰好不能射出液面。下列说法正确的是

A．D发出的光照射到CB界面时可能发生全反射

B．液面上方能够看到透明罩所有位置都被照亮

23

C．液体的折射率为

D．液体的折射率为3

E.液体的折射率为3

19．氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线，都是氢原子中电子从量子数n>2的能级跃迁到n=2的能级发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定

A．对应的前后能级之差最小

B．同一介质对的折射率最大

C．同一介质中的传播速度最大

D．用照射某一金属能发生光电效应，则也一定能

20．彩虹是悬浮于空气中的大量小水珠对阳光的色散造成的，如图所示为太阳光照射到空气中的一个小水珠发生全反射和色散的光路示意图，其中a、b为两束频率不同的单色光．对于这两束光，以下说法中正确的是（）

A．单色光a比单色光b的频率高

B．由水射向空气，a光发生全反射的临界角大于b光发生全反射的临界角

C．在水中a光的传播速度小于b光的传播速度

D．如果b光能使某金属发生光电效应，则a光也一定能使该金属发生光电效应

21．如图所示两细束单色光平行射到同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一个点M．则下列说法中正确的是（）

A．如果 a为蓝色光,则b可能为红色光

B．在该三棱镜中a色光的传播速率比b光的传播速率大

C．棱镜射向空气中a色光的临界角比b色光的临界角大

D．a光的折射率小于b光折射率

22．很多公园的水池底都装有彩灯，当一细束由红、蓝两色组成的灯光从水中斜射向空气时，关于光在水面可能发生的反射和折射现象，下列光路图中正确的是 ( )

A．B．

C．D．

23．用a．b．c．d表示4种单色光，若①a．b从同种玻璃射向空气，a的临界角小于b的临界角；②用b．c和d在相同条件下分别做双缝干涉实验，c的条纹间距最大；③用b．d 照射某金属表面，只有b能使其发射电子．则可推断a．b．c．d分别可能是( ) A．紫光．蓝光．红光．橙光B．蓝光．紫光．红光．橙光

C．紫光．蓝光．橙光．红光D．紫光．橙光．红光．蓝光

24．如图所示，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，波长分别为λa、λb，该玻璃对单色光a、b的折射率分别为n a、n b，.则()

A．λa<λb，n a>n b B．λa>λb，n a

C．λa<λb，n a λb，n a >n b

25．一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

【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】 【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． 2．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． 3．D

解析：D 【解析】 【详解】

A ．小球发出的光先从水中传播，然后再射入空气中，故我们从侧面就可以看到小球，选项A 错误；

B ．由于光从水中射入空气中，故当入射角大于临界角时，光会发生全反射，故球所发的光不是从水面任何区域都能够射出的，选项B 错误；

CD ．光从水中进入空气后频率不变，由于折射率变小，故光的传播速度变大，选项C 错误，D 正确．

4．A

解析：AD

【解析】试题分析：由折射光路可知，单色光1的折射率大于单色光2，则单色光1的频率大于单色光2，单色光1的周期小于单色光2，根据，所以单色光1的波长小于

单色光2的波长 ，选项A 正确；根据

在玻璃中单色光1的传播速度小于单色光2的

传播速度，选项B 错误；根据，所以单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小

于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角，选项D 正确；设光线由空气射向玻璃时的入射角是а折射角为θ，则

，设玻璃的厚度为d ，则光线在玻璃中的路程为

，穿过玻璃的时间为

，联立以上各式可得：，特殊

的，当а=00时

，n 越大则t 越大，所以单色光1通过玻璃板所需的时间大于单色光

2通过玻璃板所需的时间，选项C 错误。

考点：此题考查了光的折射定律、全反射现象及光在介质中的传播规律。

视频

5．A

解析：A

【解析】由题，两光束的入射角i 相同，折射角r a ＜r b ，根据折射定律得到，折射率n a ＞n b ．由公式c

v n

=

分析得知，在玻璃砖中a 光的速度比b 光的速度小．故A 正确．由于b 光的折射率较小，则b 光的频率较小，光子能量较小，故B 错误．根据sinC=

1

n

分析知：a 光的折射率大，临界角小，故C 错误．折射角r a ＞r b ，频率f a ＞f b ，则波长λa ＜λb ，根据公式△x=

L

d

λ，则知a 光的干涉条纹间距小于b 光的间距．故D 错误．故选A. 点睛：本题关键要掌握光的折射定律、全反射临界角公式、干涉和衍射的条件等多个知识点，同学们只要加强对光学基础知识的学习，就能轻松解答．

6．C

解析：C

【解析】该介质的折射率为sin452sin30n ?

=

=?

，A 错误；光在介质中传播的速度是

88

3210/2

c v m s n ===，该束光的频率为8147

310510/610v f m s λ?===??－，B 错误C 正确；因为12

sin 2

C n =

=，该束光的全反射临界角为45°，D 错误． 7．D

解析：D 【解析】

试题分析：由图看出两光束的折射角r 相同，因BO 的入射角i 较大，由折射定律

sin s n 1 i i r

n =

，得知BO 的折射率较小，故BO 是黄光，AO 是紫光；由c

v n =知，黄光在玻璃

砖中传播较大，而在玻璃中两光的光程相等，故BO（黄光）穿过玻璃砖所需时间短，AO （紫光）穿过玻璃砖所需时间长．故D正确，ABC错误．

故选D．

考点：光的折射定律

【名师点睛】本题考查对光的色散的理解和掌握情况．关键要抓住玻璃对红光的折射率最小，紫光的折射率最大。

8．A

解析：A

【解析】

【详解】

A、由图可知a光偏折程度大，则玻璃对a光的折射率大，a光的频率较大，故A正

确．B、a光的折射率大，则根据光速公式

c

v

n

=，知b光在该玻璃中的传播速度比a大，

故B错误．C、由

1

sin C

n

=分析知，a光的临界角比b光的小，则让该复色光从玻璃射向

空气，逐渐增大入射角，a光的入射角先达到临界角，则a光先发生全反射，折射光线消失，但产生反射光线，故C错误．D、a光的频率大，波长短，根据双缝干涉条纹的间距与波长成正比，可知a光形成的干涉条纹间距比b光的小，故D错误．故选A．

【点睛】

解决本题的关键在于根据光的偏折程度分析折射率的大小，掌握光的频率、波长、传播速度与折射率、临界角的关系，并能熟练运用.

9．D

解析：D

【解析】

试题分析：根据光路图可知，光线在B点的入射角等于在A点的折射角，因为光线在A点的折射角不可能大于等于临界角，所以光线在B点不可能发生全反射；光从空气进入球形

水珠后，频率不变，由可知光速减小，所以波长变小；仅将红光改为紫光，则由于

紫光的频率大于红光，紫光的折射率大于红光，紫光在水珠中的传播速度小于红光，又由于紫光的折射角大于红光，所以AB线变长，所以光从A点射入后到达第一个反射点的时间增加了．选项D正确．

考点：光的折射及全反射；光在介质中的传播．

10．D

解析：D

【解析】

【详解】

A.因为光的偏折程度大于光，所以根据折射定律得知玻璃对光的折射率大于对光的折射率，故选项A错误；

B.根据全反射临界角公式知，光的临界角小于光的临界角，光首先发生全反

射，故选项B错误；

C.由可知，光的折射率较大，则在玻璃砖中，光的速度小于光的速度，故选项C

错误；

D.根据折射率大，频率大，波长短，可知光的折射率大于光的折射率，则光在真空中的波长小于光在真空中的波长，故选项D正确。

11．A

解析：A

【解析】

【详解】

A.拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片减弱反射光的强度，故A错误；

B.增透膜是利用薄膜干涉，故B正确；

C.用三棱镜观察白光，由于三棱镜对不同色光的折射率不同，进出三棱镜的偏折角度不同，出现了不同色光的色散，故C正确；

D.光导纤维束内传送图象是利用光的全反射原理，故D正确。

12．A

解析：A

【解析】

【分析】

【详解】

光路图如图所示，θ1=60°

根据，得：θ2=30°

由几何关系得：光线射到底边上时的入射角θ3=30°

光线在底边折射时，由折射定律得

可得：θ4=60°

由几何知识得：CO=CB，所以

在△OCD中可得：所求距离；

故选项A正确．

【点睛】

先根据折射定律求出光线2在玻璃半圆柱体圆弧面上和底面上的折射角，再运用折射定律求出光线1在底面上的折射角，根据几何知识求解即可．

【考点】

光的折射定律

13．A

解析：A

【解析】

光在光导纤维中传播时，其入射角大于或等于临界角，光线只能在光导纤维中传播，折射不出去，是利用了全反射，A正确．

14．B

解析：B

【解析】

【分析】

【详解】

A．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光发生折射而形成色散现象，故A错误；B．光导纤维束内传送图象是利用了光由光密介质到光疏介质时会发生全反射的性质，故B正确；

C．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，故C错误；

D．在LC振荡电路中，电容器刚放电完毕时，电容器极板上电量最小，电路电流最大，故D错误。

故选B。

15．A

解析：A

【解析】

【详解】

A．三种色光，a的偏折程度最小，知a的折射率最小，a的频率最小，根据

c

f

λ=，得a

的波长最长，符合题意；

B．三种色光在真空中传播时，速度相等，都等于光速，不符合题意；C．a的波长最长，再由双缝干涉的条纹间距：

l x

d λ

?=

知a光的干涉条纹中相邻亮纹的间距最大，不符合题意；

D．根据全反射公式：

1

sin C

n

=

得：折射率越大，临界角越小，所以c光的临界角最小，不符合题意

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．

17．B

解析：B 【解析】

试题分析：由折射定律1

2

sin sin n θθ=

，a 、b 从水中射向空气的折射角1θ相等，而由图可得22a b θθ>，所以a b n n <，所以，A 选项错误；由1

sin n C

=

,可知a b C C >,所以B 选项正确；由c

n v

=

，a b v v >，C 选项错误；因为a b n n <，所以a 光的频率小于b 光的频率，而c f λ=，所以a b λλ>，用同一双缝干涉实验装置分别以a 、b 光做实验，由L x d

λ?=

知，a 光的干涉条纹间距大于b 光的干涉条纹间距，D 选项错误． 考点：光的折射 光在介质中的传播 全发射 光的干涉

18．C

解析：C 【解析】 【分析】

本题考查光的反射和折射，重点考查全反射时临界角与折射率的关系。 【详解】

CDE ．由D 发出的垂直于BC 的光在上液面的入射角为60?，且恰好不能射出液面，则发生全反射，液体的折射率

1sin 60n =

=

? C 正确，DE 错误；

A ．D 发出的光照射到C

B 界面时入射角最大为60?，故不发生全反射，A 错误； B ．D 发出的垂直于B

C 的光恰好不能射出液面，则

D 发出的在垂直于BC 之下的光也不能射出液面，液面上方不能看到透明罩所有位置都被照亮，B 错误； 故选C 。

19．A

【解析】试题分析：根据分析前后能级差的大小；根据折射率与频率的关系

分析折射率的大小；根据判断传播速度的大小；根据发生光电效应现象的条件是入射光的频率大于该光的极限频率判断是否会发生光电效应．

波长越大，频率越小，故的频率最小，根据可知对应的能量最小，根据可知对应的前后能级之差最小，A正确；的频率最小，同一介质对应的

折射率最小，根据可知的传播速度最大，BC错误；的波长小于的波长，故的频率大于的频率，若用照射某一金属能发生光电效应，则不一定能，D错误．

【点睛】光的波长越大，频率越小，同一介质对其的折射率越小，光子的能量越小．20．B

解析：B

【解析】

【分析】

【详解】

A．由图可看出两种光从空气射入水珠时，入射角相同，而b光的折射角小于a光，故b 光的折射率大于a光，b光的频率大于a光，选项A错误；

B．根据

1

sin C

n

=则由水射向空气，a光发生全反射的临界角大于b光发生全反射的临界

角，选项B正确；

C．根据

c

n

v

=，在水中a光的传播速度大于b光的传播速度，选项C错误；

D．由于b光的频率大于a光，所以如果b光能使某金属发生光电效应，则a光不一定能使该金属发生光电效应，选项D错误．

故选B。

21．A

解析：A

【解析】

【分析】

【详解】

由图看出，a光通过三棱镜后偏折角较大，根据折射定律得知三棱镜对a光的折射率大于b

光折射率，若a为蓝光，b可能为红光．故A正确，D错误．由

c

v

n

=，知a光的折射率大

于b光折射率，则在该三棱镜中a色光的传播速率比b光的传播速率小，故B错误．由临

界角公式

1

sinC

n

=分析知从棱镜射向空气中a色光的临界角比b色光的临界角小，故C错

误．故选A.

本题是光的色散问题，考查光的折射定律的应用问题；要知道在七种色光中，紫光的折射率是最大的，在同样条件下，其偏折角最大．在介质中传播速度最小，临界角最小；可结合光的色散实验结果进行记忆；

22．C

解析：C

【解析】

【分析】

【详解】

蓝光折射率大于红光，故入射角首先达到蓝光的临界角，如果等于或大于这个临界角，蓝光发生全反射，出射光只剩红光，如果小于蓝光的临界角两束光都出射，但蓝光折射角将大于红光；因此AB图错误，D图错误的原因是红光也有反射光；只有C图正确，故选C。

23．A

解析：A

【解析】

【详解】

根据临界角C、折射率

1

sin

n

C

=，由①a的临界角小于b的临界角，可知n a＞n b，根据色

散规律可知a的频率大于b即γa＞γb；根据双缝干涉条纹间距

L

x

d

λ

?=，由②c的条纹间距

最大可知b、c和d中c的波长最长，故c的频率最小；每种金属都有对应的最小入射光频率，入射光频率越大、光电效应越容易发生，由③可知b和d中b的频率较大即γb＞γd，综合上述可知a、b、c、d的频率从大到小依次为abdc，故A正确．

24．B

解析：B

【解析】

【详解】

由图知，三棱镜对b光的折射率较大，又因为光的频率越大，介质对光的折射率就越大，

所以n a

c

v

λ

=，所以b光的波长小于a光的波

长，即λa>λb.

A．λa<λb，n a>n b与分析结果不相符；故Ａ项错误．B．λa>λb，n aλb，n a>n b与分析结果不相符；故D项错误．25．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.