高考物理光学知识点之几何光学经典测试题附答案解析(1)

高考物理光学知识点之几何光学经典测试题附答案解析(1)
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．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．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n ＝3，则两条光线经柱面和底面折射后的交点与O 点的距离为（ ）
A ．3R
B ．2R
C ． 2R
D ．R
4．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
5．如图所示的四种情景中，属于光的折射的是（）．
A．B．
C．D．
6．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
7．如图所示，一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，c光的波长最大
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小
D．对同一双缝干涉装置，a光干涉条纹之间的距离最小
8．下列说法中正确的是
A．白光通过三棱镜后呈现彩色光带是光的全反射现象
B．照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的衍射现象
C．门镜可以扩大视野是利用了光的干涉现象
D．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉
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③
10．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
11．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
12．光在真空中的传播速度为c ，在水中的传播速度为v 。

在平静的湖面上，距水面深h 处有一个点光源，在水面上某些区域内，光能从水面射出，这个区域的面积为（ ）
A ．2222πv c v h -
B ．2
2
2πc v h C ．222πv c v
h - D ．2222)(πc v c h - 13．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 ．12
B ．22
C ．3
D ．3 14．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 =
15．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
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
18．一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 3
B 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 19．打磨某剖面如题图所示的宝石时，必须将OP 、OQ 边与轴线的夹角θ切磨在12θθθ<<的范围内，才能使从MN 边垂直入射的光线，在OP 边和OQ 边都发生全反射（仅考虑如图所示的光线第一次射到OP 边并反射到OQ 过后射向MN 边的情况），则下列判断正确的是( )
A ．若2θθ>，光线一定在OP 边发生全反射
B ．若2θθ>，光线会从OQ 边射出
C ．若1θθ<，光线会从OP 边射出
D ．若1θθ<，光线会在OP 边发生全反射
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C
B 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233
D ．液体的折射率为3
E.液体的折射率为3
21．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
22．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°
23．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 ．
24．下面事实与光的干涉有关的是（ ）
A ．用光导纤维传输信号
B ．水面上的油膜呈现彩色
C ．水中的气泡显得格外明亮
D ．一束白光通过三棱镜形成彩色光带
25．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
【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．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：00f 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．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
4．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．
5．B
解析：B
【解析】
A 属于光沿直线传播；
B 属于光的折射；
C 属于光沿直线传播，C 属于光的反射，故B 正确．
6．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。

7．C
解析：C
【解析】
【详解】
A．由光路图可知，c光的偏转程度最大，则c光的折射率最大，频率最大，根据
c
f λ=
知，c光的波长最小，故A错误；
B．c光的折射率最大，根据
c
v
n
=知，c光在玻璃中传播的速度最小，故B错误；
C．根据
1
sinC
n
=知，c光的折射率最大，则c光发生全反射的临界角最小，故C正确；
D．a光的频率最小，则波长最长，根据
L
x
d
λ
∆=知，a光干涉条纹之间的距离最大，故D
错误；故选C．【点睛】
根据光线的偏折程度比较出各种色光的折射率，从而得出频率的大小，根据
c
f
λ=得出波
长的大小，根据
c
v
n
=比较在三棱镜中的传播速度大小，根据
1
sinC
n
=比较发生全反射的
临界角大小；根据波长的大小，结合
L
x
d
λ
∆=比较干涉条纹间的间距大小．
8．D
解析：D
【解析】
【分析】
【详解】
A. 白光通过三棱镜后呈现彩色光带是由于不同颜色的光折射率不同，相同的入射角经过折射后折射角不同，故A错误；
B. 表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的干涉现象，故B错误；
C. 门镜可以扩大视野是利用了光的折射现象，故C错误；
D. 用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉，故D正确．
故选D.
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．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.
11．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．
12．A
解析：A
试题分析：最边缘的部分应该是光发生全反射的时候，故求出区域的半径即可，由于光在水中的折射率n=c/v，而临界角的正弦sinC=1/n=v/c，设区域半径为R，则
=
v
c
，故
S=πR2=
2
2
2
2
π
v
c
v
h
-，选项A正确。

考点：折射率，临界角。

13．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】
14．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
88
T
t
f
==
解得
2
16
1
8
s L
c Lf
t
f
===
故C正确，ABD错误。

故选C。

15．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，
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】
【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
60
3
30
sini sin
n
sinr sin
︒
===
︒
A错误，B正确；
C．根据公式sin C=1/n得：
3
arcsin45
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．
19．D
解析：D
【解析】
试题分析：由全反射的临界角满足1sin C n
=，则入射角满足i C ≥发生全反射；作出光路可知当2θθ＞时，根据几何关系，可知光线在PO 边上的入射角较小，光线将从PO 射出，AB 项错误；同理当1θθ＜时，光线在PO 边上的入射角较大，大于临界角，光线将在PO 射边上发生全反射，D 项正确．
考点：本题考查了光的折射和全反射.
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CB 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BC 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．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1sin
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 。

22．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
c v n =
= CD 间的距离为
260S Rsin =︒=
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。

23．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 。

24．B
解析：B
【解析】
【分析】
【详解】
A ．光导纤维是利用光的全反射的原理传播光信号，与光的干涉无关，故A 错误；
B ．光照射在水面上的油膜上光在油膜的上下两个表面分别发生反射，两列反射光在油膜的上表面发生薄膜干涉形成彩色干涉条纹，故与光的干涉有关，故B 正确；
C ．光从水或玻璃射到气泡中时，由于一部分射到气泡界面上的光发生了全反射，所以气泡看起来特别明亮，与干涉无关，故C 错误；
D．白光是复色光，而同一种玻璃对不同的单色光的折射率不同，故虽然不同的单色光的入射角相同但经玻璃折射后的出射角不同即发生了色散，故折射的结果与光的干涉无关，故D错误。

故选B。

25．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。