高考物理最新光学知识点之几何光学分类汇编及答案(1)

高考物理最新光学知识点之几何光学分类汇编及答案(1)
一、选择题
1．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。

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．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
4．公园里灯光喷泉的水池中有处于同一深度的若干彩灯,在晚上观察不同颜色彩灯的深度和水面上被照亮的面积,下列说法正确的是( )
A．红灯看起来较浅,红灯照亮的水面面积较小
B．红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较小
C．红灯看起来较浅,红灯照亮的水面面积较大
D．红灯看起来较深,红灯照亮的水面面积较大
5．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
6．如图所示，为观察门外情况，居家防盗门一般都会在门上开一小圆孔.假定门的厚度为a=8cm，孔的直径为d=6cm，孔内安装一块折射率n=1.44的玻璃，厚度可]的厚度相同，已知sin37°=0.6，cos37°=0.8.则
A．如未装玻璃，室内的人通过小孔能看到外界的角度范围为106°
B．装人玻璃后，室内的人通过玻璃能看到外界的角度范围约为106°
C．装人玻璃的折射率越大，室内的人通过玻鵯能看到外界的角度范围就越小
D．若要将视野扩大到180°，需嵌入折射率大于或等于5
3
的玻璃
7．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
8．ABCDE为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图，AB⊥BC，由a、b两种单色光组成的细光束从空气垂直于AB射入棱镜，经两次反射后光线垂直于BC射出，且在CD、AE边只有a光射出，光路图如图所示，则a、b两束光()
A．在真空中，a光的传播速度比b光的大
B．在棱镜内，a光的传播速度比b光的小
C．以相同的入射角从空气斜射入水中，b光的折射角较小
D．分别通过同一双缝干涉装置，a光的相邻亮条纹间距小
9．下列说法正确的是（）
A．由红光和绿光组成的一细光束从水中射向空中，在不断增大入射角水面上首先消失的是绿光
B．光的双缝干涉实验中，在光屏上的某一位置会时而出现亮条纹，时而出现暗条纹
C ．红光的光子能量比紫光光子能量大
D ．只有横波才能产生干涉现象
10．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
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
22πc v h
C ．222πv
c v
h - D ．2222)(πc v c h - 13．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 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 15．一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
3 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 16．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
17．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
18．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
19．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
20．雨后太阳光射入空气中的水滴，先折射一次，然后在水滴的背面发生反射，最后离开水滴时再折射一次就形成了彩虹。

如图，太阳光从左侧射入球形水滴，a、b是其中的两条出射光线，在这两条出射光线中，一条是红光，另一条是紫光。

下面说法正确的是
A．a光线是红光，b光线是紫光
B．当光线在水滴背面发生全反射时，我们看到的彩虹最为鲜艳明亮
C．a光在水滴中的传播时间比b光在水滴中的传播时间长
D．遇到同样的障碍物，a光比b光更容易发生明显衍射
21．一半径为R的半圆形玻璃砖放置在竖直平面上，其截面如下图所示. 图中O为圆心，
MN 为竖直方向的直径.有一束细光线自O 点沿水平方向射入玻璃砖，可以观测到有光线自玻璃砖内射出，现将入射光线缓慢平行下移，当入射光线与O 点的距离为d 时，从玻璃砖射出的光线刚好消失.则此玻璃的折射率为（ ）
A ．
22
R d -
B ．22R d -
C ．
R d
D ．
d R
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．如图所示为一块透明光学材料的剖面图，在其上建立直角坐标系xOy ，设该光学材料的折射率沿y 轴正方向均匀减小，现有一束单色光a 从原点O 以某一入射角θ由空气射入该材料内部，则单色光a 在该材料内部可能的传播途径是（ ）
A ．
B ．
C．D．
24．以往，已知材料的折射率都为正值（n>0）．现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值（n< 0），称为负折射率材料．位于空气中的这类材料，入射
角i与折射角r依然满足sin
sin
i
n
r
，但是折射线与入射线位于法线的同一侧（此时折射角
取负值）．现空气中有一上下表面平行的负折射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出．若该材料对此电磁波的折射率n=−1，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是（）
A．A B．B C．C D．D
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
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一、选择题
1．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。

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．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． 4．D
解析：D 【解析】
试题分析：红灯看起来较深，因为水对红光的折射率小于对绿光的折射率，根据视深与实深的关系式h h n
=
实视，折射率越小，看起来较深．由1
sinC n
=
又由题意知，点光源照亮
的水面边缘光线刚好发生全反射，由几何知识得
sinC =，折射率越小，半径越
大，
点光源照亮的水面面积为2S R π=，故红灯照亮的水面面积较大， 故选D
考点：考查了折射定律的应用
点评：题关键要知道水面边缘光线刚好发生全反射，由折射定律和几何知识结合，就能轻松解答．
5．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 ．
6．D
解析：D 【解析】 因3
tan 4
d a α=
=，则0=37α，如未装玻璃，室内的人通过小孔能看到外界的角度范围为
74°，选项A 错误；装入玻璃后，根据折射定律：sin sin n βα=
=4
sin 5
β=>，则0
53β>，则室内的人通过玻璃能看到外界的角度范围大于106°，选项B 错误；装入玻璃的折射率越大，则折射角β越大，则室内的人通过玻璃能看到外界的角度范围就越大，
选项C 错误；若要将视野扩大到180°，则β=900
，则00sin sin 905
sin sin 373
n βα===，则需嵌入
折射率大于或等于5/3的玻璃，选项D 正确；故选D.
点睛：对于几何光学，其基础是作出光路图，借助几何知识研究入射角与折射角，再求解折射率．
7．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.
8．C
解析：C
【解析】
所有光在真空中有相同的速度，选项A错误；在CD、AE边只有a光射出，b光发生了全
反射，说明b光的临界角小，在五棱镜中的折射率大，由
c
v
n
=知，b光在棱镜里的速度
小，选项B错误；由折射定律
sin
sin
i
n
γ
=知，b光的折射率大，折射角小，选项C正确；a
光的频率小于b光的频率，则a光的波长大于b光的波长，由
l
x
d
λ
∆=知，a光的相邻亮
条纹间距大于b光的相邻亮条纹间距，选项D错误；故选C．
点睛：本题考查了光的折射和干涉现象．关键要根据光路图正确判断出折射率的大小，再根据其他量与折射率的关系进行分析.
9．A
解析：A
【解析】
【详解】
A．由于红光的频率比绿光的小，所以红光的折射率小，即绿光全反射的临界角小，所以最先消失的为绿光，故A正确；
B．光的双缝干涉，在光屏上的某一位置会始终出现明条纹或暗条纹，并非时明时暗，故B错误；
C．红光的频率比紫光小，则红光的光子能量比紫光光子能量小，选项C错误；
D．波的干涉和衍射现象是波特有的现象，并非只有横波才能产生干涉现象，故D错误．故选A．
10．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。

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
【解析】
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
22 R h
+=
v
c
，故
22
c v
+
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．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.
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．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．
16．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.
17．C
解析：C
【解析】
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 。

18．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．
19．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
13sin 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 。

解析：C
【解析】
【详解】
AD．a、b两种光在水滴表面发生折射现象，入射角相同，a光的折射角小于b光，根据折射定律可知，a光的折射率大于b光，所以a是紫光，b是红光，a光的波长小于b光，水滴背面发生全反射时b光更容易发生明显的衍射现象，故AD错误；
B．光在水滴背面发生全反射时，仍然有些不同颜色的光要相交重合，所以此时看到的彩虹并不鲜艳，故B错误；
C．令太阳光在水滴表面发生折射现象时，a光的折射角为α，b光的折射角为β，则球形水滴的半径为R，所以a光在水滴中的传播路径长为
x a=4R•cosα
b光在水滴中传播的路径长为
x b=4R cosβ
因为α＜β，所以
x a＞x b
又因为光在介质中的传播速度为
c
v
n
=，因为n a＞n b，所以
v a＜v b
光在水滴中的传播时间为
x
t
v
=，所以a光在水滴中的传播时间比b光在水滴中的传播时
间长，故C正确。

故选C。

21．C
解析：C
【解析】
【详解】
根据题意可知，当入射光线与O点的距离为d时，从玻璃砖射出的光线刚好消失，光线恰好在MN圆弧面上发生了全反射，作出光路图，如图
根据几何知识得：
d
sinC
R
=
1
sinC
n
=,
R n
d =
R
n
d
=不相符，故A错误；
B.
R
与上述计算结果
R
n
d
=不相符，故B错误；
C.
R
d
与上述计算结果
R
n
d
=相符，故C正确；
D.
d
R
与上述计算结果
R
n
d
=不相符，故D错误。

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．D
解析：D
【解析】
【分析】
【详解】
光线从空气射入透明的光学材料后，由于该光学材料的折射率沿y轴正方向均匀减小，以平行于x轴的平面作为界面，可得折射角越来越大，最终在某一平行于x轴的平面处发生全反射；全反射后，由于该光学材料的折射率沿y轴负方向均匀增大，以平行于x轴的平面作为界面，可得折射角越来越小。

故D正确，ABC错误。

故选D。

24．B
解析：B
【解析】
【分析】
【详解】
AD．本题给定信息“光的折射光线和入射光线位于法线的同侧”，无论是从光从空气射入介质，还是从介质射入空气，都要符合此规律，故A、D错误．
BC．折射率为-1，由光的折射定律可知，同侧的折射角等于入射角，故B正确，C错误．
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.。