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1、高考物理光学知识点之几何光学真题汇编及答案(4)一、选择题1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，为介质）（）ABCD2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（）A2222vcvh B222cvhC222vcvh D2222)(cvch3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
2、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4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5题图是一个14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
3、 边可吸收到达其上的所有光线已知该棱镜的折射率 n=53，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6一束单色光从空气进入玻璃，下列关于它的速度、频率和波长变化情况的叙述正确的是A只有频率发生变化 B只有波长发生变化C只有波速发生变化 D波速和波长都变化7一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 BC D8如图所示的四种情景中，属于光的折射的是（）ABCD9两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
4、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10a、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（）Aa 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Cb 光的光子能量较小Db 光在该玻璃中传播的速度较大11 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
5、间的距离最小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，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 如图所示，有一束平行于等边三棱镜截面ABC 的单色光从空气射向E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB 的夹角30，E、F 分别为边AB、BC 的中点，则A从 F 点出射的光束与入射到E 点的光束平行B该棱镜的折射率为3C光在 F 点发生全反射D光
6、从空气进入棱镜，光速变大14 如图，半径为R 的半圆柱玻璃体置于水平桌面上，半圆柱玻璃体的上表面水平，半圆柱玻璃体与桌面相切于A 点。一细束单色光经球心O 从空气中射入玻璃体内（入射面即纸面），入射角为60，出射光线射在桌面上B 点处。测得AB 之间的距离为33R，则下列说法正确的是（）A该玻璃体的折射率为62nB该玻璃体折射率为2nC若将入射光束在纸面内向左平移，移到距O 点23R位置时射入玻璃体的光线在玻璃体下表面处恰好发生全反射D若用同样频率、宽度为R 的光束 CO 沿与玻璃体上表面成30入射，从玻璃体下表面折射出的弧长占圆柱体弧长的1315 如图所示，是两个城市间的光缆中的一条光导纤维
7、的一段，光缆总长为L，它的玻璃芯的折射率为n1，外层材料的折射率为n2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()An1 n2，光通过光缆的时间等于1n LcBn1 n2，光通过光缆的时间等于1n LcDn1 n2，光通过光缆的时间大于1n Lc16 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。17 1966 年华裔科学家高锟博士提出一个理论：直径
8、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()A2htanCB2hsinCC2hcosCD2h19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
9、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（）Aa 光的频率比b 光大B水对 a 光的折射率比b 光大Ca 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20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（）ABCcoscDsinc21 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BB 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
10、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22 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Aa 光的频率小于b 光的频率Ba 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Da 光在玻璃砖中的速度大于b 光在玻璃砖中的速度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()ABCD24 以往，已知材料的折射率都为正值（n0）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
11、值（nnbBa、b 光在玻璃中的传播速度满足vavbC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【参考答案】*试卷处理标记，请不要删除一、选择题1D 解析：D【解析】【详解】设该介质的临界角为C，则112sinCn，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。2A 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sinC=22RRh=vc，
12、故 R=22vhcv，故区域的面积S=R2=2222vcvh，选项 A正确。考点：折射率，临界角。3B 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4B 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dLx，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ncv，折射率越小在介质中传播的速度越大，所以B 项正
13、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5B 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GG1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NG1射出6D 解析：D【解析】光的频率由光源决定，因此光一旦形成，频率不再改变光在不同介质中传播时，波长变化，波速也发生变化，故D 正确7C 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8B 解析：B【解析】A 属于光沿直线传播；B 属于光的折射；C
14、属于光沿直线传播，C 属于光的反射，故B 正确9C 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10B 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
15、 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11C 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cf知，c光的波长最小，故A 错误；Bc 光的折射率最大，根据cvn知，c 光在玻璃中传播的速度最小，故B 错误；C根据1sinCn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Lxd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cf得出波长的大小，根据cvn比较在三棱镜中的传播速度大小，
16、根据1sinCn比较发生全反射的临界角大小；根据波长的大小，结合Lxd比较干涉条纹间的间距大小12D 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 nanb，故 a 光的频率大，波长短，根据Lxd，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nanb，根据视深推论式1hHn，在水面上看涂a 颜色的小球
17、较浅，故D正确；故选 D。考点：光的折射定律；光的干涉13B 解析：B【解析】【分析】由几何关系可知入射角和折射角，由折射定律可求得折射率；求出三棱镜的临界角可以判断 F 点能否发生全反射；由波速v=c/n 可得出波速的变化；由折射现象可知光束能否平行【详解】三棱镜两次折射使得光线都向底边偏折，不会与入射到E 点的光束平行，故D 错误；在 E点作出法线可知入射角为60，折射角为30，由60330sinnsin可得折射率为3；故 B 正确；光从三棱镜射向空气的临界角131sin32Cn，则 C300，而光在F 点的入射角为300C，则不可能发生全反射，选项C 错误；由公式v=c/n 可知，光从空
18、气进入棱镜，光速变小，故D 错误；故选B.14C 解析：C【解析】【分析】【详解】AB作出光路图如图根据几何关系可知2222313sin213RABrABRRR根据折射定律可知玻璃体的折射率为sinsin6031sin2inrAB 错误；C根据题意作出光路图，假设光在D点发生全反射已知30r，则60OEDEODEDO根据全反射定律11sinsin603Cn所以光在D点发生全反射，C 正确；D若从玻璃体下表面折射出的弧长占圆柱体弧长的13，作出光路图如图假设光在M点发生全反射，则MN对应的圆心角60MON，则EM对应的圆心角60EOM，则60OPM，故30，入射角与折射角相同，不符合折射定律，所
19、以若用同样频率、宽度为R的光束 CO 沿与玻璃体上表面成30入射，从玻璃体下表面折射出的弧长不可能占圆柱体弧长的13，D 错误。故选 C。15D 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12nn，光在介质1n中的传播最长路程为sinLxC，传播速度为1cvn，则最长时间1sinLnxtvcC，所以光通过光缆的时间大于1n Lc，故 D 正确，ABC 错误16C 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
20、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。17A 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18A 解析：A【解析】【详解】在圆形亮斑边缘从空气射入水中
21、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19C 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1sinCn可知 a 光的折射率小，即频率小，波长长，故选项AB错误；由cvn可知选项C 正确；由Lxd可知选项D错误考点：全发射；单色光的特点20B 解析：B【解析】试题分析：根据全反射定律可得1sinn，根据折射率与传播速度公式cnv，两式联立可得sinvc，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1sinn和cnv21C 解析：C【解析】用光导纤维传播信号，是利用
22、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lxd，间距变窄，D 正确22C 解析：C【解析】【详解】Ab 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，
23、故C 符合题意。D根据公式cvn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。23C 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。24B 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
24、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25A 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cvn，知 b 光在该玻璃中的传播速度比a 大，故 B 错误 C、由1sinCn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.