高考物理新光学知识点之几何光学经典测试题及答案解析(4)

高考物理新光学知识点之几何光学经典测试题及答案解析(4)
一、选择题
1．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 ．33
2．先后用两种不同的单色光，在相同的条件下用同双缝干涉装置做实验，在屏幕上相邻的两条亮纹间距不同，其中间距较大．．．．．
的那种单色光，比另一种单色光（ ） A.在真空中的波长较短
B.在玻璃中传播的速度较大
C.在玻璃中传播时，玻璃对其折射率较大
D.其在空气中传播速度大
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，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
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．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．v1<v2 C．E1<E2 D．n1>n2
7．两束不同频率的平行单色光。

、从空气射入水中，发生了如图所示的折射现象（a>）。

下列结论中正确的是（）
A．光束的频率比光束低
B．在水中的传播速度，光束比小
C．水对光束的折射率比水对光束的折射率小
D．若光束从水中射向空气，则光束的临界角比光束的临界角大
8．一束单色光由玻璃斜射向空气，下列说法正确的是
A．波长一定变长 B．频率一定变小
C．传播速度一定变小 D．一定发生全反射现象
9．a、b两种单色光以相同的入射角从半圆形玻璃砖的圆心O射向空气，其光路如图所示．下列说法正确的是（）
A．a光由玻璃射向空气发生全反射时的临界角较小
B．该玻璃对a光的折射率较小
C．b光的光子能量较小
D．b光在该玻璃中传播的速度较大
10．如图所示，将一个折射率为n的透明长方体放在空气中，矩形ABCD是它的一个截
面，一单色细光束入射到P点，入射角为θ．
1
2
AP AD
=，则( )
A．若要使光束进入长方体后能射至AD面上，角θ的最小值为arcsin 1 2 n
B．若要使光束进入长方体后能射至AD面上，角θ的最小值为arcsin 5 n
C．若要此光束在AD面上发生全反射，角θ的范围应满足arcsin 1
2
n＜θ≤arcsin21
n-
D．若要此光束在AD面上发生全反射，角θ的范围应满足arcsin 25
n＜θ≤arcsin21
n-
11．如图所示，把由同种玻璃制成的厚度为d的立方体A和半径为d的半球体B分别放在报纸上，且让半球的凸面向上．从正上方(对B来说是最高点)竖直向下分别观察A、B中心处报纸上的文字，下面的观察记录正确的是
①看到A中的字比B中的字高
②看到B中的字比A中的字高
③看到A、B中的字一样高
④看到B中的字和没有放玻璃半球时一样高
A．①④ B．只有① C．只有② D．③④
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
14．已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光
A．在该玻璃中传播时，蓝光的速度较大B．以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，蓝光折射角较大C．从该玻璃中射入空气发生反射时，红光临界角较大D．用同一装置进行双缝干涉实验，蓝光的相邻条纹间距较大
15．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
16．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
17．一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33
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 18．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
19．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
20．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
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
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，在空气中，一束单色光由两面平行的玻璃板的a表面射入，从b表面射出，则以下说法中正确的是
A．出射光线不一定与入射光线平行
B．随着θ角的增大，光可能在a表面发生全反射
C．随着θ角的增大，光可能在b表面发生全反射（90
θ<︒）
D．无论如何改变θ角，光线从a表面射入，不可能在b表面发生全反射
【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】
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
3C项正
确．【详解】
解析：B
【解析】 试题分析：根据双缝干涉中相邻两条亮条纹间距公式λd L x Δ=，用同双缝干涉装置做实验条纹间距大的说明波长大，所以A 项错误；波长越大折射率越小，所以C 项错误；在介质
中的速度根据公式n
c v =
，折射率越小在介质中传播的速度越大，所以B 项正确；在空气中不同的单色光的速度与在真空中速度相同都等于光速，所以D 项错误。

考点：本题考查了双缝干涉和不同色光的折射率 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
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 =、1sin 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1sin 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．
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．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． 7．C
解析：C
【解析】
试题分析：光束b 的偏折角大，水对光束b 的折射率，光束b 的频率大，波长小，速度小，临界角小，故选C
考点：考查光的折射
点评：本题难度较小，熟记7中单色光中折射率、频率、波长、速度和临界角的大小关系 8．A
解析：A
【解析】
试题分析：当单色光由玻璃射向空气时，频率不变，但光速要变大，故根据公式v=fλ可知，其波长一定变长，A 是正确的，B 是不对的，C 也是不对的；是否发生全反射还要看其入射角是否大于临界角，如果大于临界角，则会发生全反射，如果不大于临界角，则不会发生全反射，故D 是不对的。

考点：光的折射。

解析：B
【解析】
试题分析：从玻璃射入空气中会发生全反射现象，由光路图可知， a 、b 光入射角相同，在分界面上a 光发生反射及折射，而b 光发生全反射，因此a 光的折射率小于b 光折射率，故B 正确； a 光折射率小，因此a 光发生全反射的临界角大，故A 错误；b 光折射率大，则b 光在玻璃中的传播速度小， b 光的波长小， b 光的光子能量大，故C 、D 均错误．
考点：折射率，临界角，光子的能量．
10．B
解析：B
【解析】
A 、
B 、当光束进入长方体后恰好射至AD 面上D 点时，角θ的值最小．设此时光线在AB 面的折射角为α．
根据几何知识得：22sin AP AD α=+12
AP AD =代入解得：5sin α=，由sin sin n θα=得：5sin sin 5n n θα==，可得5arcsin 5
n θ=，故A 错误，B 正确．C 、D 、设光束射AD 面上的入射角为β，若要此光束在AD 面上发生全反射，则必须有β≥C ，得到1sin sin C n β≥=
，由几何知识得：α+β=90°，可得：2221sin cos 1sin 1sin 1C n
αββ==-≤-=-sin sin n θα=得2sin sin 1n n θα=<-21n θ≤-AD 面上发生全反射，角θ的范围应满足：25arcsin arcsin 15
n n θ≤≤-，故C 、D 均错误．故选B ． 【点睛】本题是全反射、折射定律、临界角等知识的综合应用，首先要正确作出光路图，运用几何知识研究折射角的正弦．
11．A
解析：A
【解析】
【分析】
判断光的折射现象，要对折射的定义理解清楚，光从一种透明介质斜射入另一种透明介质中时，传播方向一般会发生改变，这是光的折射，当光线垂直入射时，传播方向不改变。

【详解】
如图所示：
折射只有在入射角不等于0°的时候才发生，当人眼通过半球看的时候进入眼睛的光线恰恰是从球面法线方向出来的光线，所以不发生折射，通过球体观察物像重合，则看到B中的字和没有放玻璃半球时一样高；
通过立方体观察时，由于光线发生了折射角，折射角大于入射角，所以看到的像比物高，即看到A中的字比B中的字高，故①④正确，应选A。

【点睛】
此题主要考查学生对光的折射的理解和掌握，解答此类题目，画图解答，效果会更好。

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．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。

14．C
解析：C
【解析】
【分析】
根据题目中的蓝光的折射率比红光的折射率大，可以判断这两种光在该玻璃中的波速大小，以及波长、临界角等大小情况，然后以及相关物理知识即可解答．
【详解】
A．由
C
v
n
=可知，蓝光在玻璃中的折射率大，蓝光的速度较小，故A错误；
B．以相同的入射角从空气中斜射入玻璃中，蓝光的折射率大，向法线靠拢偏折得多，折射角应较小，故B错误；
C．从玻璃射入空气发生全反射时的临界角由公式
1
sin C
n
=可知，红光的折射率小，临界
角大，故C正确；
D．用同一装置进行双缝干涉实验，由公式
L
x
d
λ
∆=可知蓝光的波长短，相邻条纹间距小，
故D错误．15．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．
16．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． 17．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6030sini sin n sinr sin ︒=
==︒A 错误，B 正确；
C ．根据公式sin C =1/n 得：arcsin 45C =≠︒，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．
18．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.
19．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 不符合题意。

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。

20．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．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．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.
【点睛】
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；
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．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】
【分析】
根据折射定律和光路的可逆性分析出射光线与入射光线的关系．产生全反射的必要条件是光线必须由光密介质射入光疏介质．运用几何关系和光路可逆性分析光线能否在界面b上发生全反射现象．
【详解】
由于a、b两表面平行，光线在a表面的折射角等于b表面的入射角，根据光路的可逆性可知，光线在b表面的折射角等于在a表面的入射角，由几何关系可知出射光线一定与入射光线平行，故A错误．根据几何知识可知：光经过表面b上的入射角与在表面a上的折射角相等，根据光路可逆性可知：所以不管入射角多大，不可能在b表面和a表面发生全反射，故BC错误，D正确．故选D．
【点睛】
解决本题的关键知道光的传播的可逆性原理，以及掌握全反射的条件，由此记牢平行玻璃砖的光学特性．。