高考物理光学知识点之几何光学经典测试题含解析

高考物理光学知识点之几何光学经典测试题含解析
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．题图是一个1
4
圆柱体棱镜的截面图，图中E、F、G、H将半径OM分成5等份，虚线
EE1、FF1、GG1、HH1平行于半径ON，ON边可吸收到达其上的所有光线．已知该棱镜的折
射率n=5
3
，若平行光束垂直入射并覆盖OM，则光线
A．不能从圆孤射出B．只能从圆孤射出
C．能从圆孤射出D．能从圆孤射出
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．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
5．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
6．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
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．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
9．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
10．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
11．如图所示半圆形玻璃砖，圆心为 O，半径为 R．某单色光由空气从 OB 边界的中点 A 垂直射入玻璃砖，并在圆弧边界 P 点发生折射，该折射光线的反向延长线刚好过B点．则（）
A．该玻璃对此单色光的折射率为1.5
B．光从 A 传到 P 的时间为（c为空气中的光速）
C．该玻璃对此单色光的临界角为45°
D．玻璃的临界角随入射光线位置变化而变化
12．如图所示，将等腰直角棱镜截去棱角，使截面平行于底面，制成“道威棱镜”，可以减小棱镜的重量和杂散的内部反射。

从M点发出一束平行于底边CD的单色光从AC边射入，已知折射角γ＝30°，则
A ．光在玻璃中的频率比空气中的频率大
B ．玻璃的折射率6n =
C ．光在玻璃中的传播速度为2×108
m/s D ．CD 边不会有光线射出 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．如图所示，△ABC 为一直角玻璃三棱镜的横截面，∠A ＝30°，一束红光垂直AB 边射入，从AC 边上的D 点射出，其折射角为60°。

则下列说法正确的是
A 2
B ．红光在玻璃中的传播速度大小为8210m /s ⨯
C ．若使该束红光绕O 点顺时针转过60°角，则光不会从AC 面射出来
D ．若将这束红光向左水平移动一小段距离则从AC 面上出来的折射角小于60° 16．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
17．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
18．如图所示，一束红光从空气穿过平行玻璃砖，下列说法正确的是
A．红光进入玻璃砖前后的波长不会发生变化
B．红光进入玻璃砖前后的速度不会发生变化
C．若紫光与红光以相同入射角入射，则紫光不能穿过玻璃砖
D．若紫光与红光以相同入射角入射，在玻璃砖中紫光的折射角比红光的折射角小
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．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 21．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°
22．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 7r
B ．
43
r C ．
34
r D 37
r 23．如图所示，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a 、b ，波长分别为λa 、λb ，该玻璃对单色光a 、b 的折射率分别为n a 、n b ，.则( )
A．λa<λb，n a>n b B．λa>λb，n a<n b
C．λa<λb，n a <n b D．λa>λb，n a >n b
24．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
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】
本题考查光的折射有关的知识，本题为中等难度题目．由该棱镜的折射率为可知其
临界角C 满足：
，可求出GG 1右边的入射光线没有发生全反射，其左边的光
线全部发生全反射．所以光线只能从圆弧NG 1射出．
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．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． 5．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．
6．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．
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．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.
9．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
10．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．
11．B
解析：B
【解析】
【分析】
作出光路图，结合几何关系求出入射角和折射角，根据折射定律求出玻璃对光的折射率，根据sinC=求出临界角．根据几何关系求出光在玻璃中传播的路程，通过v=求出光在玻
璃中传播的速度，从而得出光从A到P的时间．
【详解】
A、作出光路图，如图所示，
根据几何关系知，入射角α=30°，折射角θ=60°，根据折射定律得：，故A错误。

B 、光在玻璃砖中传播的速度 ，则光从A 传到P 的时间t=，故B 正确。

C 、根据sinC=得该玻璃对单色光的临界角为：C=arcsin
，故C 错误。

D 、玻璃的临界角与入射角无关，故D 错误。

故选：B 。

【点睛】 本题考查了几何光学的基本运用，关键作出光路图，结合折射定律和几何关系综合求解，难度不大．
12．D
解析：D
【解析】折射不改变光的频率，频率相同，A 错误；根据折射定律： sin sin452sin sin30i n r ︒===︒，B 错误；根据c n v
=可得光在玻璃中的传播速度为8832/10/2
c v m s m s n ===⨯，C 错误；光路图如图所示，由几何关系知75β=︒，根据全反射定律， 12sin 2
C n =
=得C=45°，7545︒>︒，故在CD 面发生全反射，没有光线射出，D 正确．
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.
【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
188T t f =
= 解得 00
21618s L c Lf t f ===
故C 正确，ABD 错误。

故选C 。

15．C
解析：C
【解析】
【详解】
A 、红光到达AC 面的入射角为 i =30°，折射角为r =60
°，则玻璃对红光的折射率为：
sin sin 60sin sin 30
r n i ︒
︒===A 错误； B
、红光在玻璃中的传播速度大小为：8
8m 10s C V n ===，故B 错误； C 、设临界角为C
，则sin ,6032
C C ︒=<<若使该束红光绕O 点顺时针转过60°角，入射角为 i =60°，根据折射定律可得sin sin i n r =
，折射角为r=30°，光线射到AC 面上的入射角等于60°，大于临界角C ，所以光线在AC 面发生全反射，不会从AC 面射出来，故C 正确；
D 、若将这束红光向左水平移动一小段距离，光线射到AC 面上的入射角不变，则折射角不变，仍为60°，故D 错误。

16．A
解析：A
【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。

17．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。

18．D
解析：D
【解析】
【详解】
AB、波在传播的过程中频率和周期保持不变，在玻璃中，红光的传播速度为
c
v
n
=，故红
光进入玻璃后的速度会发生变化，在玻璃中，红光的波长
cT
vT
n
λ==，波长发生改变，
故AB错误；
CD、紫光与红光以相同入射角入射，光从光疏介质射入光密介质，折射角一定小于全反射
的临界角，所以能再次从玻璃砖中穿出来，故C错误，因为
sin
sin
n
θ
γ
=，紫光的折射率大于
红光的折射率，故在玻璃砖中紫光的折射角比红光的折射角小，D正确。

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．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。

21．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 3c v n =
= CD 间的距离为 2603S Rsin R =︒=
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。

22．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 7h =
故A 正确，BCD 错误；
【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．
23．B
解析：B
【解析】
【详解】
由图知，三棱镜对b光的折射率较大，又因为光的频率越大，介质对光的折射率就越大，
所以n a<n b，故b光的频率大于a光的频率，在根据
c
v
λ
=，所以b光的波长小于a光的波
长，即λa>λb.
A．λa<λb，n a>n b与分析结果不相符；故Ａ项错误．
B．λa>λb，n a<n b与分析结果相符；故B项正确．
C．λa<λb，n a<n b与分析结果不相符；故C项错误．
D．λa>λb，n a>n b与分析结果不相符；故D项错误．
24．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．
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。