高考物理最新光学知识点之几何光学经典测试题及答案

高考物理最新光学知识点之几何光学经典测试题及答案

一、选择题

1．如图所示，ABC 为等腰棱镜，a 、b 两束不同频率的单色光垂直AB 边射入棱镜，两束光在AB 面上的入射点到OC 的距离相等，两束光折射后相交于图中的P 点，以下判断正确的是( )

A ．在真空中，a 光光速大于b 光光速

B ．在真空中，a 光波长大于b 光波长

C ．a 光通过棱镜的时间大于b 光通过棱镜的时间

D ．a 、b 两束光从同一介质射入真空过程中，a 光发生全反射的临界角大于b 光发生全反射的临界角

2．某单色光在真空中传播速度为c ，波长为λ0，在水中的传播速度为v ，波长为λ，水对这种单色光的折射率为n ，当这束单色光从空气斜射入水中时，入射角为i ，折射角为r ，下列正确的是（ ） A ．v=

n

c

，λ=n c 0λ

B ．λ0=λn，v=sini

csinr

C ．v=cn ，λ=

c

v

0λ

D ．λ0=λ/n，v=

sinr

csini

3．如图所示，一细束平行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 ．当它们在真空中传播时，a 光的速度最大

B ．当它们在玻璃中传播时，c 光的速度最大

C ．若它们都从玻璃射向空气，c 光发生全反射的临界角最大

D ．若它们都能使某种金属产生光电效应，c 光照射出的光电子最大初动能最大

4．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

5．如图所示，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图中能正确描述其光路的是()

A． B．

C． D．

6．一细光束由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7．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

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°

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．下列说法正确的是________．

A．物体做受迫振动时，振幅与物体本身无关

B．光纤通信是激光和光导纤维相结合实现的

C．火车以接近光速通过站台时车上乘客观察到站台上的旅客变矮

D．全息照相技术是光的衍射原理的具体应用

10．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

11．如图所示，△ABC为一直角玻璃三棱镜的横截面，∠A＝30°，一束红光垂直AB边射入，从AC边上的D点射出，其折射角为60°。则下列说法正确的是

A2

B．红光在玻璃中的传播速度大小为8

?

210m/s

C．若使该束红光绕O点顺时针转过60°角，则光不会从AC面射出来

D．若将这束红光向左水平移动一小段距离则从AC面上出来的折射角小于60°

12．在玻璃中有一个截面为三角形的柱状真空空腔，a, b两束单色光以同样的入射角θ由玻璃射入空腔，部分光路如图，下列说法正确的是（）

A．若增大b光在空腔内先消失

B．若改变 ，a光通过空腔的时间一定比b光短

C．在同一双缝干涉装置的干涉条纹a光较宽

D．若将两个相同的小球分别涂上a、b两种颜色放在同样深度的水中，在水面上看涂a颜色的小球较浅

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．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

15．如图所示，有一玻璃三棱镜ABC，顶角A为30°，一束光线垂直于AB射入棱镜，从AC射出进入空气，测得出射光线与AC夹角为30°，则棱镜的折射率为( )

A．1

2

B．

2

2

C3D．

3

3

16．1966年华裔科学家高锟博士提出一个理论：直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来做为

光的波导来传输大量信息，43年后高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖，他被誉为“光纤通讯之父”．以下哪个实验或现象的原理和光导纤维是相同的（ ）

A ．图甲中，弯曲的水流可以导光

B ．图乙中，用偏振眼镜看3D 电影，感受到立体的影像

C ．图丙中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色

D ．图丁中，白光通过三棱镜，出现色散现象

17．如图潜水员在水深为h 的地方向水面张望，发现自己头顶上有一圆形亮斑，如果水对空气的临界角为C ，则此圆形亮斑的直径是( )

A ．2htanC

B ．2hsin

C C ．2hcosC

D ．2h

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．如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为a 、b 两束单色光．如果光束b 是蓝光，则光束a 可能是

A ．红光

B ．黄光

C ．绿光

D ．紫光

20．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

C．液体的折射率为23 3

D．液体的折射率为3

E.液体的折射率为3

21．物理老师在课堂上做了一个演示实验：让某特制的一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖（玻璃较厚），经折射分成两束单色光a、b，下列说法正确的是（）

A．a光光子的能量小于b光光子的能量

B．若增大入射角i，则a光可能先消失

C．进行双缝干涉实验，在其他条件相同的情况下，a光条纹间距大于b光条纹间距D．在玻璃砖中，a光的波长比b光的波长短

22．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

πB．

1

4

R

π

C．1

3

R

πD．

5

12

R

π

23．如图所示，真空中有一个半径为R，质量分布均匀的玻璃球，频率为γ的细激光束在

真空中沿直线BC 传播，并于玻璃球表面的C 点经折射进入玻璃球，并在玻璃球表面的D 点又经折射进入真空中，已知120COD ?∠=，玻璃球对该激光的折射率为3，则下列说法中正确的是（ ）

A ．出射光线的频率变小

B ．改变入射角α的大小，细激光束可能在玻璃球的内表面发生全反射

C ．此激光束在玻璃中穿越的时间为3t R

c

=（c 为真空中的光速） D ．激光束的入射角为α=45° 24．下列说法不正确．．．

的是（ ）

A ．检验工件平整度的操作中，如图1所示，上面为标准件，下面为待检测工件，通过干涉条纹可推断：P 为凹处，Q 为凸处

B ．图2为光线通过小圆板得到的衍射图样

C ．图3的原理和光导纤维传送光信号的原理一样

D ．图4的原理和照相机镜头表面涂上增透膜的原理一样

25．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

【参考答案】***试卷处理标记，请不要删除

一、选择题 1．C 解析：C 【解析】 【分析】 【详解】

因为两束光折射后相交于图中的P 点，根据折射定律可知a 光的折射率n a ＞n b ，a 光的频率νa ＞νb ，光在真空中的传播速度相等，A 错误；由λ＝得B 错误；由v ＝和t ＝得C 正确；根据sinC ＝得a 光的临界角小于b 光的临界角，D 错误．

2．B

解析：B 【解析】

试题分析：光在水中的传播速度是c v n =．折射率12sin n sin θθ=，则21sin v c sin θθ＝．由c

v n

=，

v=λf，c=λ0f 得：00

f n f λλλλ

==得：λ0=nλ．故B 正确，ACD 错误．故选B ． 考点：光的折射定律

3．D

解析：D

【解析】试题分析：通过各种色光折射光线，比较出折射率，从而知道各种色光的频率大小，然后根据公式c v n =

、1

sin C n

=、0Km E h W γ=-分析解题 光在真空中传播的速度相等，都等于光速，A 错误；三种色光，c 的偏折程度最大，知c 的折射率最大，a 的折射率最小．则c 的频率最大，a 的频率最小，根据公式c

v n

=可得在玻璃中传播时a 光的速度最大，B 错误；根据1

sin C n

=

可得a 光的临界角最大，C 错误；根据光电效应方程0Km E h W γ=-，频率越大，照射出光电子的最大初动能越大，所以c 光照射出的光电子最大初动能最大，D 正确．

4．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．

5．A

解析：A

【解析】试题分析：根据折射定律垂直于射向界面的光线不发生偏折，由光疏介质射向光密介质折射角变小．

垂直射向玻璃时，光线不发生偏折，到达玻璃底面时，若入射角大于临界角则发生反射，没有折射光线．故A 有可能，A 正确；由空气射向玻璃，时光疏介质射向光密介质，不可能发生全反射，没有折射光线，故B 错误；若光线到达玻璃的底面时入射角小于临界角则同时发生折射和反射，但应该空气中的折射角大于玻璃中的入射角，故C 错误；由空气射向玻璃时，同时发生折射和反射，但应该玻璃中的折射角小于空气中的入射角，故D 错误．

6．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．

7．C

解析：C

【解析】该介质的折射率为sin45sin30n ?

=

=?

，A 错误；光在介质中传播的速度是

88

10/

2c 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1sin C n =

=，该束光的全反射临界角为45°，D 错误． 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．B

解析：B

【解析】

【分析】

受迫振动时，其振幅与驱动的频率和固有频率的比值有关；光纤通信是激光的频率单一性；光速不变原理有相对论的基本公式，可知物体的长度、时间间隔和物体的质量都是相对的；全息照片是利用激光的相干性较好.

【详解】

A、物体做受迫振动时，当驱动力频率等于物体的固有频率时，振幅最大，出现共振现象，驱动力频率与固有频率相差越小，振幅越大；故A错误.

B、光纤通信是激光和光导纤维相结合的产物，利用了激光的频率单一性的特点；故B正确.

C、根据尺缩效应，沿物体运动的方向上的长度将变短，火车以接近光束通过站台时，车上乘客观察到站在站台上旅客变瘦，而不是变矮；故C错误.

D、全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性；故D错误.

故选B.

【点睛】

该题考查受迫振动、光纤通信、激光的性质、全息照片、爱因斯坦的相对论等在实际生活的现象．

10．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.

11．C

解析：C 【解析】 【详解】

A 、红光到达AC 面的入射角为 i =30°，折射角为r =60°，则玻璃对红光的折射率为：

sin sin 603sin sin 30

r n i ??

===A 错误； B 、红光在玻璃中的传播速度大小为：8

8m 310s 3

C V n ===，故B 错误； C 、设临界角为C ，则33

sin 60C C ?=

<<若使该束红光绕O 点顺时针转过60°角，入射角为 i =60°，根据折射定律可得sin sin i

n r

=

，折射角为r=30°，光线射到AC 面上的入射角等于60°，大于临界角C ，所以光线在AC 面发生全反射，不会从AC 面射出来，故C 正确；

D 、若将这束红光向左水平移动一小段距离，光线射到AC 面上的入射角不变，则折射角不变，仍为60°，故D 错误。

12．D

解析：D 【解析】

试题分析：由于空腔内部是真空、外部是玻璃，故在左边侧面上可能发生全反射，是a 光线的折射角先达到90°，故是a 光在空腔内先消失，故A 错误；由于a 光线偏折大，故在空腔中是a 光的光程大，光速为c ，故a 光的传播时间长，故B 错误；由于a 光线偏折大，故n a ＞n b ，故a 光的频率大，波长短，根据L

x d

λ＝

，在同一双缝干涉装置上，是a 光的条纹间距窄，故C 错误；若将两个相同的小球分别涂上a 、b 两种颜色放在同样深度的水中，由于n a ＞n b ，根据视深推论式1

h H n

=，在水面上看涂a 颜色的小球较浅，故D 正确； 故选D 。

考点：光的折射定律；光的干涉

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】 【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

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 a

C ．λa <λb ，n a

D ．λa >λb ，n a >n b 与分析结果不相符；故D 项错误．

15．C

解析：C 【解析】 【分析】

顶角A 为30°，则光从AC 面射出时，在玻璃中的入射角i ＝30°.由于出射光线和入射光线的

夹角为30°，所以折射角r ＝60°.由光路可逆和折射率的定义可知n ＝sinr

sini

C 项正确． 【详解】

16．A

解析：A 【解析】

图甲中，弯曲的水流可以导光是因为光在水和空气界面上发生了全反射现象，故与光导纤维原理相同，A 正确；图乙中，用偏振眼镜看3D 电影，感受到立体的影像是因为光的偏振现象，B 错误；图丙中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色是因为光的干涉现象，C 错误；图丁中，白光通过三棱镜，出现色散现象是因为光发生了折射现象，D 错误．

17．A

解析：A 【解析】 【详解】

在圆形亮斑边缘从空气射入水中的光线，折射角的大小等于临界角C ，如图所示，有几何关系可知，此圆形亮斑的直径是：

A 符合题意。BCD 不符合题意

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．D

解析：D 【解析】

根据题意作出完整光路图，如图所示，a 光进入玻璃砖时光线偏折角较大，根据光的折射定律可知玻璃砖对a 光的折射率较大，因此a 光的频率应高于b 光，故选D ．

【名师点睛】由教材中白光通过三棱镜时发生色散的演示实验可知，光线在进入棱镜前后偏折角度越大，棱镜对该光的折射率越大，该光的频率越大．

20．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 603

n =

=

? 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 。

21．D

解析：D 【解析】 【详解】

A ．由折射率的定义式可知

sin sin i

n r

=

通过比较a 光折射率大，频率大，光子的能量大于b 光光子的能量，故A 错误； B ．从空气射向玻璃不可能发生全反射，增大入射角i ，当入射角为直角时，a 光、b 光同时消失，故B 错误；

C ．进行双缝干涉实验，在其他条件相同的情况下，条纹间距l

x d

λ?= a 光频率大，波长短，条纹间距小于b 光条纹间距，故C 错误；

D ．光线通过玻璃砖比较折射角，可知a 光折射率大，频率大，波长短，故D 正确。 故选D 。

22．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

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14

R π。 故选B 。

【点睛】

23．C

解析：C 【解析】 【详解】

A.光在不同介质中传播时，频率不会发生改变，所以出射光线的频率不变，故A 错误；

B. 激光束从C 点进入玻璃球时，无论怎样改变入射角，折射角都小于临界角，根据几何知识可知光线在玻璃球内表面的入射角不可能大于临界角，所以都不可能发生全反射，故B 错误；

C. 此激光束在玻璃中的波速为

3

c v n =

= CD 间的距离为

2603S Rsin R =?=

则光束在玻璃球中从C 到D 传播的时间为

3S R t v c

=

= 故C 正确；

D. 由几何知识得到激光束在在C 点折射角30r =?，由

sin n sinr

α

=

可得入射角60α=?，故D 错误。

24．D

解析：D

【解析】

A、薄膜干涉是等厚干涉，即明条纹处空气膜的厚度相同，从弯曲的条纹可知，P处检查平面左边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知P处凹陷，而Q处检查平面右边处的空气膜厚度与后面的空气膜厚度相同，知Q处凸起，故A正确；

B、图为光线通过小圆板得到的衍射图样，若用光照射很小的不透明圆板时，后面会出现一亮点，故B正确；

C、沙漠蜃景是光的全反射现象，而光导纤维是光的全反射现象，它们的原理相同，故C 正确；

D、立体电影是光的偏振，与镜头表面涂上增透膜是利用光的干涉，它们的原理不相同，故D错误；

错误的故选D．

25．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。