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1、高考物理光学知识点之几何光学难题汇编含答案解析一、选择题1与通常观察到的月全食不同,小虎同学在2012 年 12 月 10 日晚观看月全食时,看到整个月亮是暗红的小虎画了月全食的示意图,并提出了如下猜想,其中最为合理的是A地球上有人用红色激光照射月球B太阳照射到地球的红光反射到月球C太阳光中的红光经地球大气层折射到月球D太阳光中的红光在月球表面形成干涉条纹2某单色光在真空中传播速度为c，波长为0，在水中的传播速度为v，波长为，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（）Av=nc，=nc0B0=n，v=sinicsinrCv=cn，=cv
2、0D0=/n，v=sinrcsini3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 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4一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5如图所示，放在空气中的平行玻璃砖，表面M 与 N 平行，一束光射到表面M 上，(光束不与 M 平行)如果入射角大于
3、临界角，光在表面M即发生反射。无论入射角多大，光在表面M 也不会发生全反射。可能在表面N 发生全反射。由于 M 与 N 平行，光只要通过M，则不可能在表面N 发生全反射。则上述说法正确的是()A B C D6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
4、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8如图所示的四种情景中，属于光的折射的是（）ABCD9图 1、2 是利用 a、b 两种单色光分别通过同一双缝干涉装置得到的干涉图样下列关于a、b 两束单色光的说法正确的是（）A真空中，a光的频率比较大B同一介质中，a光传播的速度大Ca光光子能量比较大D同一介质对a光折射率大10 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
5、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11 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（）A2222vcvh B222cvhC222vcvh D2222)(cvch13 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
6、点射入球体内，其折射光线为DB，已知 ABD30，光在真空中的传播速度为c、波长为，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D光在B点会发成全反射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 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()A2htanCB2hsinCC2hcosCD2h16
7、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33B该介质的折射率是3C该介质相对真空发生全反射的临界角是45D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 雨后太
8、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Aa 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Ca 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20 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
9、出 sin i-sin r 图像如图乙所示则A光由 A 经 O 到 B，n=1 5B光由 B 经 O 到 A，n=1 5C光由 A 经 O 到 B，n=067D光由 B 经 O 到 A，n=0 6721 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
10、效应22 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3tRc（c 为真空中的光速）D激光束的入射角为=4523 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43，为了保证表演成功(在水面上看不到大头
11、针)，大头针末端离水面的最大距离h 为A73rB43rC34rD3 77r24 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ABL（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（）A04LfcB08LfcC016LfcD032Lfc25 如图所示，放在暗室中的口径较大不透明的薄壁圆柱形浅
12、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1C 解析：C【解析】当太阳、地球、月球在同一直线上，地球位于太阳与月球之间时，太阳发出的沿直线传播的光被不透明的地球完全挡住，光线照不到月球上，在地球上完全看不到月球的现象就是月全食看到整个月亮是暗红的，是因为太阳光中的红光经地球大气层折射到月球，故C正确，ABD 错误点睛：发生月食时，地球挡住了太阳射向月球的光，但是还会有部分光线通过地球大气层发生折射，所以会有部分地球大气层折射后的
13、红色光射向月亮，这就让我们看到了“红月亮”2B 解析：B【解析】试题分析：光在水中的传播速度是cvn折射率12sinnsin，则21sinvcsin由cvn，v=f，c=0f 得：00fnf得：0=n故 B正确，ACD错误故选B考点：光的折射定律3B 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4D 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5D 解析：D【解析
14、】、B产生全反射的必要条件是光必须从光密介质射入光疏介质，可知，光从空气进入玻璃砖时，不会产生光的全反射现象，无论入射角多大，光都能从界面ab进入玻璃砖故错误，正确、由于ab与cd两个表面平行，根据几何知识得知，光线在ab面上的折射角等于在cd面上的入射角，根据光路可逆原理可知，光线一定从界面cd射出，故错误，正确综上选D【点睛】解决本题的关键是掌握全反射的条件，灵活运用光路的可逆性分析玻璃砖的光学特性6D 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
15、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7D 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hhn实视，折射率越小，看起来较深由1sinCn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22RsinCRh，折射率越小，半径越大，点光源照亮的水面面积为2SR，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8B 解析：B【解析】A
16、 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9B 解析：B【解析】A、a 光照射产生的条纹间距大于b 光照射产生的条纹间距，根据双缝干涉条纹的间距公式Lxd知，a 光的波长大于b 光的波长，A 正确 B、由cf结合波长关系知a 光的频率小于 b 光的频率，而hf可得 a 光光子能量比较小，B错误 C、D、由cvn可知 a光的频率小，折射率小，则波速较大，即两种光在同一介质中的传播速度满足abvv，C 正确、D 错误.故选 AC.【点睛】解决本题的关键掌握双缝干涉条纹的间距公式Lxd，以及知道波长、频率的大小关系，注意光电效应方程的内容10A 解析：A
17、【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1sinCn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kmEhvW，光的频率越小，光电子的最大初动能越小，所以用单色光a
18、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。11B 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.
19、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12A 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，故 R=22vhcv，故区域的面积S=R2=2222vcvh，选项 A正确。考点：折射率
20、，临界角。13A 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。14B 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
21、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。15A 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16B 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60330sinisinnsinrsin，故A错误，B正确；C根据公式sinC=1/n 得：3arcsin453C，故 C 错误；D光从介
22、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17C 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，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。18D 解析：D【解析】根据题意作
23、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19C 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，
24、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，b 光的折射角为，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xa=4R?cosb 光在水滴中传播的路径长为xb=4Rcos因为 ，所以xa xb又因为光在介质中的传播速度为cvn，因为 nanb，所以va vb光在水滴中的传播时间为xtv，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。20B 解析：B【解析】【分析】【详解】由图线可知sin0.621sin0.93irn，可得 n=15；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
25、 到 A，故选 B21B 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1sinCn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cnv，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。22C 解析：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，
26、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3ccvnCD 间的距离为2603SRsinR则光束在玻璃球中从C到D传播的时间为3SRtvc故 C 正确；D.由几何知识得到激光束在在C点折射角30r，由sinnsinr可得入射角60，故 D 错误。23A 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2213sin4rCnrh所以73hr故 A 正
27、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24C 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0188Ttf解得0021618sLcLftf故 C 正确，ABD 错误。故选 C。25D 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.