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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解析(1)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图示为一直角棱镜的横截面，。一平行细光束从O点沿垂直于bc面的方向射入棱镜。已知棱镜材料的折射率n=，若不考试原入射光在bc面上的反射光，则有光线（）A从ab面射出 B从ac面射出C从bc面射出，且与bc面斜交 D从bc面射出，且与bc面垂直3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（）AAO是黄光，穿过玻璃砖所需时间短BAO是
2、紫光，穿过玻璃砖所需时间短CAO是黄光，穿过玻璃砖所需时间长DAO是紫光，穿过玻璃砖所需时间长4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5如图所示为用a、b两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样现让a、b两种光组成的复色光穿过平行
3、玻璃砖或三棱镜时，光的传播路径与方向可能正确的是（）ABCD只有6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7ABCDE 为单反照相机取景器中五棱镜的一个截面示意图，ABBC，由 a、b 两种单色光组成的细光束从空气垂直于AB 射入棱镜，经两次反射后光线垂直于BC 射出，且在CD、AE 边只有 a 光射出，光路图如图所示，则a、b 两束光()A在真空中，a 光的传播速度比b 光的大B在棱镜内，a 光的传播速度比b 光的小C以相同的入射角从空气斜射入水中，b 光的折射
4、角较小D分别通过同一双缝干涉装置，a 光的相邻亮条纹间距小8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9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光从空气进入棱镜，光速变大
5、10 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11 如图所示，一束可见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。下列判断正确的是A玻璃对a 光的折射率小于对b 光的折射率B逐渐增大入射角，b 光首先发生全反射C在玻璃中，a 光的速度大于b 光的速度D在真空中，a 光的波长小于b 光的波长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
6、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，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14 一束单色光由空气进入水中，则该光在空气和水中传播时A速度相同，波长相同B速度不同，波长相同C速度相同，频率相同D速度不同，
7、频率相同15 一束只含红光和紫光的复色光沿PO 方向射入玻璃三棱镜后分成两束光，并沿OM 和ON 方向射出，如图所示，已知OM 和 ON 两束光中只有一束是单色光，则（）AOM 为复色光，ON 为紫光BOM 为复色光，ON 为红光COM 为紫光，ON 为复色光DOM 为红光，ON 为复色光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Ca 光通过棱镜的时间大于b 光通过棱镜的时间Da、b 两束
8、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 Lc18 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()A2htanCB2hsinCC
9、2hcosCD2h19 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20 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21 氢原子光谱在可见光区域内有四条谱线，都是氢原子中电子从量子数n2 的能级跃迁到n=2 的能级发出的光，它们在真空中的波长由长到短，可以判定A对应的前后能级之差最小B同一介质对的折射率最大C同一介质中的传播速度最大D用照射某一金属能发生
10、光电效应，则也一定能22 如图所示，空气中有一折射率为2的玻璃柱体，其横截而是圆心角为90o、半径为 R的扇形 OAB、一束平行光平行于横截面，以45o入射角射到OA 上，OB 不透光，若考虑首次入射到圆弧AB上的光，则AB上有光透出的部分的弧长为（）A16RB14RC13RD512R23 一半径为 R 的半圆形玻璃砖放置在竖直平面上，其截面如下图所示.图中 O 为圆心，MN 为竖直方向的直径.有一束细光线自O 点沿水平方向射入玻璃砖，可以观测到有光线自玻璃砖内射出，现将入射光线缓慢平行下移，当入射光线与O 点的距离为d 时，从玻璃砖射出的光线刚好消失.则此玻璃的折射率为（）A22RRdB22
11、RdRCRdDdR24 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（）ABCD25 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【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112
12、sinCn，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。2B 解析：BD【解析】由得，得到全反射临界角射到光线ac 面的光线，入射角等于30，小于临界角C，不发生全反射，则ac 面上有光射出，也有反射，此反射光射到 ab 面上时入射角为60，发生全反射，而不能从ab 面射出如图，射到光线bc 面的光线，入射角i=0，则光线从bc 面垂直射出，AC错误 BD正确3D 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sins n1iirn，得知 BO的折射率较小，故BO是黄光，AO
13、是紫光；由cvn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。4C 解析：C【解析】A、根据折射率定义公式sinsininr，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nanb，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
14、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nanb，根据cvn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Eh，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Ekm较小，根据qUc=Ekm，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
15、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5A 解析：A【解析】由干涉图样可知，a光的双缝干涉条纹间距比b 光的大，根据双缝干涉相邻条纹间距公式 x=Ld 可知，a光的波长长，则同一介质对a 的折射率小，对b 光的折射率大根据平行玻璃砖的光学特性可知，出射光线与入射光线平行，由于a光的折射率小，偏折程度小，所以出射时a光应在右侧，故正确，错误由sinC=1n分析可知，a光的临界角较大当光从棱镜射入空气中时，若发生全反射的话首先是b 光，若 b 不发生全反射，能射出棱镜，则a光一定也不发生全反射从棱镜射出，故正确，错误故选A.点睛：解决本题是掌握光学的基本知识：双缝干涉相邻条纹间距公
16、式x=Ld、折射定律、临界角公式sinC=1n和全反射的条件要知道折射率越大，介质对该光的折射率越大6A 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7C 解析：C【解析】所有光在真空中有相同的速度，选项A 错误；在CD、AE边只有 a 光射出，b 光发生了全反射，说明b 光的
17、临界角小，在五棱镜中的折射率大，由cvn知，b光在棱镜里的速度小，选项 B 错误；由折射定律sinsinin知，b 光的折射率大，折射角小，选项C 正确；a光的频率小于b 光的频率，则a 光的波长大于b 光的波长，由lxd知，a 光的相邻亮条纹间距大于b 光的相邻亮条纹间距，选项D 错误；故选C点睛：本题考查了光的折射和干涉现象关键要根据光路图正确判断出折射率的大小，再根据其他量与折射率的关系进行分析.8A 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；
18、【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。9B 解析：B【解析】【分
19、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，光从空气进入棱镜，光速变小，故D 错误；故选B.10D 解析：D【解析】【详解】AB.小
20、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.11D 解析：D【解析】【详解】A.因为光的偏折程度大于光，所以根据折射定律得知玻璃对光的折射率大于对光的折射率，故选项A 错误；B.根据全反射临界角公式知，光的临界角小于光的临界角，光首先发生全反射，故选项B 错误；C.由可知，光的折射率较大，则在玻璃砖中，光的速度小于光的速度，故选项C错误；D.根据折射率大，频率大，波长短，可知光的折射率大于光的折射率，则光在真空中的波长小于光在真空中的
21、波长，故选项D 正确。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 颜色的小球较浅，故D正确；故选 D。考点：光的折射定律；光的干涉13D 解析：D【
22、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cvn，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cTvTn，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sinsinn，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。14D 解析：D【解析】【分析】【详解】不同的单色光频率不相同，同一单色光在不同的介质内传播过程中，光的频率不会发生改变；由公式cvn可以判断，水的折射率大于空气的，所以该单色光进入水
23、中后传播速度减小A速度相同，波长相同，与结论不相符，选项A 错误；B速度不同，波长相同，与结论不相符，选项B 错误；C速度相同，频率相同，与结论不相符，选项C 错误；D速度不同，频率相同，与结论相符，选项D 正确；故选 D【学科网考点定位】光的传播、光速、波长与频率的关系【方法技巧】本题分析时要抓住光在不同介质中传播频率不变这个特征，应用公式cvn公式分析光进入不同介质中的传播速度15D 解析：D【解析】ON 为反射光，应为复色光；而折射后只有一束光线，故有一束光发生了全反射；而红光与紫光相比较，紫光的折射率较大，临界角较小，故紫光发生了全反射；可知OM 应为红光故 D 正确，ABC 错误故选
24、D.16C 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nanb，a光的频率ab，光在真空中的传播速度相等，A 错误；由 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17D 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18A 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
25、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19B 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20D 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
26、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21A 解析：A【解析】试题分析：根据分析前后能级差的大小；根据折射率与频率的关系分析折射率的大小；根据判断传播速度的大小；根据发生光电效应现象的条件是入射光的频率大于该光的极限频率判断是否会发生光电效应波长越大，频率越小，故的频率最小，根据可知对应的能量最小，根据可知对应的前后能级之差最小，A 正确；的频率最小，同一介质对应的折射率最小，根据可知的传播速度最大，BC 错误；的波长小于的波长，故的频率大于的
27、频率，若用照射某一金属能发生光电效应，则不一定能，D 错误【点睛】光的波长越大，频率越小，同一介质对其的折射率越小，光子的能量越小22B 解析：B【解析】【分析】【详解】根据折射定律有：sin 45sinnr可得光进入玻璃后光线与竖直方向的夹角为30。过 O 的光线垂直入射到AB 界面上点 C射出，C 到 B 之间没有光线射出；越接近A 的光线入射到AB 界面上时的入射角越大，发生全反射的可能性越大根据临界角公式：1sin2C得临界角为45，如果 AB界面上的临界点为D，此光线在AO 界面上点E 入射，在三角形ODE中可求得OD与水平方向的夹角为：180-（120+45）=15所以 A 到 D
28、 之间没有光线射出由此可得没有光线射出的圆弧对应圆心角为：90-（30+15）=45所以有光透出的部分的弧长为14R。故选 B。【点睛】23C 解析：C【解析】【详解】根据题意可知，当入射光线与O 点的距离为d时，从玻璃砖射出的光线刚好消失，光线恰好在 MN 圆弧面上发生了全反射，作出光路图，如图根据几何知识得：dsinCR1sinCn,联立得：RndA.22RRd与上述计算结果Rnd不相符，故A错误；B.22RdR与上述计算结果Rnd不相符，故B 错误；C.Rd与上述计算结果Rnd相符，故C 正确；D.dR与上述计算结果Rnd不相符，故D 错误。24D 解析：D【解析】【分析】【详解】光线从
29、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。25A 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。