高考物理新光学知识点之几何光学全集汇编及答案解析(4)

高考物理新光学知识点之几何光学全集汇编及答案解析(4)
一、选择题
1．下列说法正确的是（）
A．麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在
B．光导纤维传送图象信息利用了光的衍射原理
C．光的偏振现象说明光是纵波
D．微波能使食物中的水分子热运动加剧从而实现加热的目的
2．题图是一个1
4
圆柱体棱镜的截面图，图中E、F、G、H将半径OM分成5等份，虚线
EE1、FF1、GG1、HH1平行于半径ON，ON边可吸收到达其上的所有光线．已知该棱镜的折
射率n=5
3
，若平行光束垂直入射并覆盖OM，则光线
A．不能从圆孤射出B．只能从圆孤射出
C．能从圆孤射出D．能从圆孤射出
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
4．一束单色光从空气进入玻璃，下列关于它的速度、频率和波长变化情况的叙述正确的是A．只有频率发生变化 B．只有波长发生变化
C．只有波速发生变化 D．波速和波长都变化
5．一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．
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．如图所示，O1O2是半圆柱形玻璃体的对称面和纸面的交线，A、B是关于O1O2轴等距且平行的两束不同单色细光束，从玻璃体右方射出后的光路如图所示，MN是垂直于O1O2放置的光屏，沿O1O2方向不断左右移动光屏，可在屏上得到一个光斑P,根据该光路图，下列说法正确的是（）
A．在该玻璃体中，A光比B光的运动时间长
B．光电效应实验时，用A光比B光更容易发生
C．A光的频率比B光的频率高
D．用同一装置做双缝干涉实验时A光产生的条纹间距比B光的大
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．在杨氏干涉实验中,从两个狭缝到达像屏上的某点的光走过的路程相等,该点即为中央亮条纹的位置(即k=0对应的那条亮条纹),双缝屏上有上下两狭缝,设想在双缝屏后用一块极薄的玻璃片遮盖上方的缝,则屏上中央亮条纹的位置将( ）
A．向上移动 B．向下移动
C．不动 D．可能向上移动，也可能向下移动
10．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
11．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
12．如图所示，一束光由空气射入某种介质，该介质的折射率等于
A ．sin50sin55︒
︒ B ．sin55sin50︒
︒
C ．sin40sin35︒
︒ D ．
sin35sin40︒
︒
13．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
14．明代学者方以智在《阳燧倒影》中记载：“凡宝石面凸，则光成一条，有数棱则必有一面五色”，表明白光通过多棱晶体折射会发生色散现象。

如图所示，一束复色光通过三棱镜后分解成两束单色光a 、b ，下列说法正确的是（ ）
A ．若增大入射角i ，则b 光先消失
B ．在该三棱镜中a 光波长小于b 光
C．a光能发生偏振现象，b光不能发生
D．若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则a光的遏止电压低
15．1966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
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．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
18．如图所示，一束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。

下列判断不正确的是
A．a光的频率小于b光的频率
B．a光光子能量小于b光光子能量
C．玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率
D．a光在玻璃砖中的速度大于b光在玻璃砖中的速度
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，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
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．为了表演“隐形的大头针”节目，某同学在半径为r的圆形软木片中心垂直插入一枚大
头针，并将其放入盛有水的碗中，如右图所示．已知水的折射率为4
3
，为了保证表演成功
(在水面上看不到大头针)，大头针末端离水面的最大距离h为
A．7
r B．
4
3
r C．
3
4
r D．
37
r
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<n b
C．λa<λb，n a <n b D．λa>λb，n a >n b
25．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
【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】
【详解】
A.麦克斯韦提出了电磁波理论，赫兹通过实验进行了验证，故A错误；
B.光导纤维传送图象信息利用了光的全反射原理，故B错误；
C.光的偏振现象说明了光是横波，故C错误；
D.微波与食物中水分子的固有频率接近时，发生共振使热运动加剧从而实现加热的目的，故D正确.
2．B
解析：B
【解析】
本题考查光的折射有关的知识，本题为中等难度题目．由该棱镜的折射率为可知其临界角C满足：，可求出GG1右边的入射光线没有发生全反射，其左边的光
线全部发生全反射．所以光线只能从圆弧NG1射出．
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】光的频率由光源决定，因此光一旦形成，频率不再改变．光在不同介质中传播时，波长变化，波速也发生变化，故D 正确．
5．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．
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．D
解析：D 【解析】
光线通过玻璃体后，A 光的偏折程度比B 光的小，则该玻璃体对A 光的折射率比对B 光的折射率小，根据n=c/v 可知，A 在玻璃中的速度较大，在该玻璃体中，A 光比B 光的运动时间短，选项A 错误；折射率越大，光的频率越高，说明A 光的频率比B 光的频率低，光电效应实验时，用B 光比A 光更容易发生，选项BC 错误；A 光的频率比B 光的频率低，由c=λγ知，在真空中，A 光的波长比B 光的长，而双缝干涉条纹间距与波长成正比，则A 光的条纹较B 宽．故D 正确．故选D ．
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．A
解析：A
【解析】
【详解】
玻璃的折射率大于空气的折射率，所以同一种光在玻璃中的波长小于在空气中的波长；同样的距离，光在玻璃中的波长的个数多，光程变长。

所以在双缝干涉实验中，若在双缝屏后用一块极薄的玻璃片遮盖下方的缝，通过双缝的光仍然是相干光，仍可产生干涉条纹，经过上下两狭缝到中央亮纹位置的光程差仍等于0.
由于光通过玻璃时的光程变长，所以中央亮纹P的位置略向上移动。

故选：A
【点睛】
当光程差是光波波长的整数倍时，出现亮条纹，光程差是半波长的奇数倍时，出现暗条纹．中央亮纹P点分别通过双缝到S的光程差为零，抓住该规律判断中央亮纹位置的移动．
10．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。

11．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．
12．C 解析：C
【解析】根据折射定律可得
() () sin
9050sin40
sin9055sin35
n
︒-︒︒
==
︒-︒︒
，C正确．
【点睛】注意公式
sin
sin
i
n
r
=中的角为入射线（折射线）与法线的夹角．
13．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12
n n
>，光在介质
1
n中的传播最
长路程为
sin
L
x
C
=，传播速度为
1
c
v
n
=，则最长时间1
sin
Ln
x
t
v c C
==，所以光通过光缆的时间大于1
n L
c
，故D正确，ABC错误．
14．D
解析：D
【解析】
【分析】
【详解】
A．设折射角为α，在右界面的入射角为β，如图所示：
根据几何关系有
A
αβ
+=
根据折射定律：
sin
sin
i
n
α
=，增大入射角i，折射角α增大，β减小，而β增大才能使b光发生全反射，故A错误；
B．由光路图可知，a光的折射率小于b光的折射率（a b
n n
<），则a光的波长大于b光的波长（a b
λλ
>），故B错误；
C．光是一种横波，横波有偏振现象，纵波没有，有无偏振现象与光的频率无关，故C错误．
D．根据光电效应方程和遏止电压的概念可知：最大初动能
k0
E h W
=-
ν，再根据动能定
理：c k 0eU E -=-，即遏止电压0c W h
U e e
ν=-，可知入射光的频率越大，需要的遏止电压越大，a b n n <，则a 光的频率小于b 光的频率（a b νν<），a 光的遏止电压小于b 光的遏止电压，故D 正确。

故选D 。

【点睛】
本题考查的知识点较多，涉及光的折射、全反射、光电效应方程、折射率与波长的关系、横波和纵波的概念等，解决本题的关键是能通过光路图判断出两种光的折射率的关系，并能熟练利用几何关系．
15．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．
16．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1sin 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．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． 18．C
解析：C
【解析】
【详解】
A ．b 光的偏折程度比a 大，则b 的折射率大， 故b 的频率较大，A 说法正确，故A 不符
B．根据=h
εν可知，b光的频率大于a光，故b光光子能量较大，B说法正确，故B不符合题意。

C．因为b光的偏折程度大于a光，所以玻璃对b光的折射率大于对a光的折射率。

C说法不正确，故C符合题意。

D．根据公式
c
v
n
=可知，a的折射率小，所以a光在玻璃砖中的速度大于b光在玻璃砖中
的速度，故D说法正确，故D不符合题意。

故选C。

19．A
解析：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．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14
R π。

故选B 。

【点睛】
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】
只要从大头针末端发出的光线射到圆形软木片边缘界面处能够发生全反射，就从水面上看不到大头针，如图所示，
根据几何关系有
2213sin 4
C n r h =
==+ 所以 73
h r =
故A 正确，BCD 错误；
故选A ．
【点睛】 以大头针末端为研究对象，只要从大头针末端发出的光线射到圆形软木片边缘界面处能够发生全反射，就从水面上看不到大头针，作出光路图，根据全反射的临界角公式求解即可．
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 <n b ，故b 光的频率大于a 光的频率，在根据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 a <n b 与分析结果相符；故B 项正确．
C ．λa <λb ，n a <n b 与分析结果不相符；故C 项错误．
D ．λa >λb ，n a >n b 与分析结果不相符；故D 项错误． 25．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．。