高考物理光学知识点之几何光学经典测试题附答案(1)

高考物理光学知识点之几何光学经典测试题附答案(1)

一、选择题

1．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

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 3．一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 ．

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

5．一细光束由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6．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．介质的折射率是

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°

7．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

8．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

9．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

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 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＜21

n-

D．若要此光束在AD面上发生全反射，角θ的范围应满足25

＜21

n-

11．红、黄、绿三种单色光以相同的入射角从水中射向空气，若黄光恰能发生全反射，则A．绿光也一定能发生全反射

B．红光也一定能发生全反射

C．红、绿光都能发生全反射

D．红、绿光都不能发生全反射

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．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

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．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

16．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

17．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

18．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

19．某单色光由玻璃射向空气，发生全反射的临界角为 ， 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

20．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

21．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

22．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33

D 3E.323．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

24．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

25．已知单色光a的频率低于单色光b的频率，则（）

A．通过同一玻璃三棱镜时，单色光a的偏折程度小

B．从同种玻璃射入空气发生全反射时，单色光a的临界角小

C．通过同一装置发生双缝干涉，用单色光a照射时相邻亮纹间距小

D．照射同一金属发生光电效应，用单色光a照射时光电子的最大初动能大

【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】

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.

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．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．

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．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=

1n 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．

6．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

8810/

c v m s n ===，该束光的频率为8147310510/610v f m s λ?===??－，B

错误C 正确；因为1sin 2

C n ==，该束光的全反射临界角为45°，

D 错误． 7．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。

8．B

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．

9．D

解析：D

【解析】 因3tan 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=

=4sin 5β=>，

则053β>，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 905sin sin 373n 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．

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

AP AD α=+，由已知条件12

AP AD =代入解得：5sin α=，由sin sin n θα=得：5sin sin n n θα==，可得5arcsin 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==-≤-=-，又由sin sin n θα=得2sin sin 1n n θα=<-，则2arcsin 1n θ≤-，所以若要此光束在AD 面上发生全反射，角θ的范围应满足：25arcsin arcsin 1n 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】

红橙黄绿蓝靛紫，七种光的波长在减小，折射率在增大，根据公式可得：同一介质对红光折射率小,对绿光折射率大,所以发生全反射时,红光的临界角最大,绿光的临界角最

小.若黄光发生全反射,则绿光一定能发生全反射.，A正确，

思路分析：红橙黄绿蓝靛紫，七种光的波长在减小，折射率在增大，再根据公式分析

试题点评：做本题的关键是知道对红橙黄绿蓝靛紫七种光的折射率的变化12．C

解析：C

【解析】根据折射定律可得

()

()

sin9050sin40

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．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．

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

0188T t f =

= 解得 00

21618s L c Lf t f ===

故C 正确，ABD 错误。

故选C 。

15．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。

16．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．

17．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12n 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． 18．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

19．B

解析：B

【解析】 试题分析：根据全反射定律可得1sin 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1sin n

θ=和c n v = 20．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． 21．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 。 22．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 60n =

=? 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 。

23．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 。 24．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．

25．A

解析：A

【解析】

【分析】

单色光的频率越小，折射率越小，发生折射时偏折程度越小；折射率越小，临界角越大；波长越长，干涉条纹的间距越大；频率越大，发生光电效应时，逸出的光电子的最大初动能越大；

【详解】

A 、单色光的频率越小，折射率越小，发生折射时偏折程度越小，则知a 光的折射率小，通过三棱镜时，单色光a 的偏折程度小，故A 正确；

B 、由1sin

C n

=知，折射率越小，全反射临界角越大，故B 错误； C 、频率越小，波长越长，发生双缝干涉时，干涉条纹的间距与波长成正比，则知用单色光a 照射时相邻亮纹间距大，故C 错误；

D 、发生光电效应时,光电子的最大初动能为km

E hv W =-，光的频率越小，光电子的最大初动能越小，所以用单色光a 照射时光电子的最大初动能小，故D 错误；

故选A 。

【点睛】

关键要掌握折射率与光的频率、波长的关系，要掌握全反射临界角公式、干涉和衍射的条件等多个知识点。