高考物理光学知识点之几何光学解析(5)

高考物理光学知识点之几何光学解析(5)
一、选择题
1．1966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
2．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
3．下列现象中属于光的衍射现象的是
A．光在光导纤维中传播
B．马路积水油膜上呈现彩色图样
C．雨后天空彩虹的形成
D．泊松亮斑的形成
4．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．sin50 sin55
︒
︒
B．sin55 sin50
︒
︒
C．sin40 sin35
︒
︒
D．sin35 sin40
︒
︒
5．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
6．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
7．如图所示的四种情景中，属于光的折射的是（）．
A．B．
C．D．
8．一细光束由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．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光最先消失
B．在该三棱镜中a光波速小于b光
C．若a、b光通过同一双缝干涉装置，则屏上a光的条纹间距比b光宽
D．若a、b光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则a光的遏止电压高
11．光导纤维按沿径向折射率的变化可分为阶跃型和连续型两种.阶跃型的光导纤维分为内芯和外套两层，内芯的折射率比外套的大。

连续型光导纤维的折射率中心最高，沿径向逐渐减小，外表面附近的折射率最低.关于光在连型光导纤维中的传播，图中能正确表示传播路径的是( )
A．
B．
C．
D．
12．在玻璃中有一个截面为三角形的柱状真空空腔，a, b两束单色光以同样的入射角θ由玻璃射入空腔，部分光路如图，下列说法正确的是（）
A．若增大b光在空腔内先消失
B．若改变θ，a光通过空腔的时间一定比b光短
C．在同一双缝干涉装置的干涉条纹a光较宽
D．若将两个相同的小球分别涂上a、b两种颜色放在同样深度的水中，在水面上看涂a颜色的小球较浅
13．某种介质对空气的折射率是2，一束光从该介质射向空气，入射角是 60°，则下列光路图中正确的是（图中 I 为空气，Ⅱ为介质）（）
A．B．C．D．
14．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．
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．如图所示，两束单色光a、b从水下射向A点后，光线经折射合成一束光c，则下列说法中正确的是
A．水对单色光a的折射率比对单色光b的折射率大
B．在水中a光的临界角比b光的临界角大
C．在水中a光的速度比b光的速度小
D．用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距
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
3 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
C．液体的折射率为
23
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．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．某同学通过实验测定半圆形玻璃砖的折射率n．如图甲所示，O是圆心，MN是法线，AO、BO分别表示某次测量时光线在空气和玻璃砖中的传播路径．该同学测得多组入射角i和折射角r，做出sin i-sin r图像如图乙所示．则
A．光由A经O到B，n=1．5
B．光由B经O到A，n=1．5
C．光由A经O到B，n=0．67
D．光由B经O到A，n=0．67
23．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
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，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
【参考答案】***试卷处理标记，请不要删除
一、选择题
1．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．
2．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 3．D
解析：D
【解析】光在光导纤维中传播为光的全反射现象，A 错误；马路积水上的油膜呈现彩色图样，是因为日光照射在油膜上出现彩色条纹是薄膜干涉现象，故B 错误；雨后天空出现彩虹属于光的折射现象，故C 错误；光线通过小圆盘，则会在屏上出现中心有亮斑，说明光线也偏离原来的直线方向传播，所以属于光的衍射，故D 正确．
4．C
解析：C
【解析】根据折射定律可得()()sin 9050sin40sin 9055sin35n ︒-︒︒=
=︒-︒︒，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． 5．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1sin 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1sin C n =
可得b 光的全反射角小，D 错误． 6．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．
7．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．
8．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=1
n
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．
9．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．
10．C
解析：C
【解析】
A、根据折射率定义公式
sin
sin
i
n
r
=，从空气斜射向玻璃时，入射角相同，光线a对应的折射
角较大，故光线a的折射率较小，即n a＜n b，若增大入射角i，在第二折射面上则两光的入射角减小，依据光从光密介质进入光疏介质，且入射角大于或等于临界角时，才能发生光的全反射，因此它们不会发生光的全反射，故A错误．B、光从空气斜射向玻璃折射时，
入射角相同，光线a对应的折射角较大，故光线a的折射率较小，即n a＜n b，根据
c v
n =
分析知在该三棱镜中a光速度大于b光速度，故B错误. C、a光的折射率较小，在真空中a光波长大于b光波长，而双缝干涉条纹间距与波长成正比，因此a光条纹间距大于b光条纹间距，故C正确．D、光线a的折射率较小，频率较低；根据E hν
=，则a光光子能量较小，则a光束照射光电管逸出光电子的最大初动能E km较小，根据qU c=E km，则a光的遏止电压低，故D错误．故选C．
【点睛】本题关键依据光路图来判定光的折射率大小，然后根据折射率定义公式比较折射率大小，学会判定频率高低的方法，同时掌握光电效应方程，及遏止电压与最大初动能的关系．
11．C
解析：C
【解析】
试题分析：首先我们看最左端光线刚进入时的情况，光由空气进入内芯，由于内芯有一定的折射率，故折射角会变小，而选项AD中的折射角都大于入射角，故选项AD错误；又因为光导纤维的折射率中心最高，沿径向逐渐减小，所以光线进入纤维中后折射角会变化，而不是像B中不变，故选项B错误，C正确；当折射率减小时，其折射角与入射角的差值会变小，且在边缘时光会发生全反射，故光又会折回这种介质中，形成如图C所示的传播轨迹。

考点：光的折射。

12．D
解析：D
【解析】
试题分析：由于空腔内部是真空、外部是玻璃，故在左边侧面上可能发生全反射，是a光线的折射角先达到90°，故是a光在空腔内先消失，故A错误；由于a光线偏折大，故在空腔中是a光的光程大，光速为c，故a光的传播时间长，故B错误；由于a光线偏折
大，故n a＞n b，故a光的频率大，波长短，根据
L
x
d
λ
＝，在同一双缝干涉装置上，是a
光的条纹间距窄，故C错误；若将两个相同的小球分别涂上a、b两种颜色放在同样深度的
水中，由于n a＞n b，根据视深推论式
1
h H
n
=，在水面上看涂a颜色的小球较浅，故D正
确；
故选D。

考点：光的折射定律；光的干涉13．D
解析：D
【解析】
【详解】
设该介质的临界角为C，则
1
sinC
n
==C=45°，由于光从介质射向空气，入射角
i=60°＞C，所以发生全反射，光线全部被反射回原介质。

故ABC错误，D正确。

14．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 。

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． 16．B
解析：B
【解析】 试题分析：由折射定律12
sin sin n θθ=，a 、b 从水中射向空气的折射角1θ相等，而由图可得22a b θθ>，所以a b n n <，所以，A 选项错误；由1sin n C =
,可知a b C C >,所以B 选项正确；由c n v
=，a b v v >，C 选项错误；因为a b n n <，所以a 光的频率小于b 光的频率，而c f λ=，所以a b λλ>，用同一双缝干涉实验装置分别以a 、b 光做实验，由L x d λ∆=
知，a 光的干涉条纹间距大于b 光的干涉条纹间距，D 选项错误．
考点：光的折射 光在介质中的传播 全发射 光的干涉
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：3arcsin 453
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．
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 。

20．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．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．B
解析：B
【解析】
【分析】
【详解】
由图线可知sin0.621
sin0.93
i
r n
===，可得n=1．5；因i是入射角，r是折射角，折射角大于
入射角，故光由B经O到A，故选B．
23．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。

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】
【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.。