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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(3)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Asin50sin55Bsin55sin50Csin40sin35Dsin35sin403一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4如图所示，一束光由空气射向半
2、圆柱体玻璃砖，O 点为该玻璃砖截面的圆心，下图中能正确描述其光路的是()A BC D5两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6一束单色光由玻璃斜射向空气，下列说法正确的是A波长一定变长 B频率一定变小C传播速度一定变小 D一定发生全反射现象7a、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
3、 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8如图所示，为观察门外情况，居家防盗门一般都会在门上开一小圆孔.假定门的厚度为a=8cm，孔的直径为d=6cm，孔内安装一块折射率n=1.44 的玻璃，厚度可的厚度相同，已知 sin37 =0.6，cos37=0.8.则A如未装玻璃，室内的人通过小孔能看到外界的角度范围为106B装人玻璃后，室内的人通过玻璃能看到外界的角度范围约为106C装人玻璃的折射率越大，室内的人通过玻鵯能看到外界的角度范围就越小D若要将视野扩大到180，需嵌入折射率大于或等于53的玻璃9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
4、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10 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11ABCDE 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
5、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，一束红光PA 从 A 点射入一
6、球形水珠，光线在第一个反射点B 反射后到达C 点，CQ 为出射光线，O 点为球形水珠的球心下列判断中正确的是()A光线在B点可能发生了全反射B光从空气进入球形水珠后，波长变长了C光从空气进入球形水珠后，频率增大了D仅将红光改为紫光，光从A 点射入后到达第一个反射点的时间增加了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
7、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 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16 如果把光导纤维聚成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图像就可以从一端传到另一端，如图所示在医学上，光导纤维可以制成内窥镜，用来检查人体胃、肠、
8、气管等器官的内部内窥镜有两组光导纤维，一组用来把光输送到人体内部，另一组用来进行观察光在光导纤维中的传输利用了()A光的全反射B光的衍射C光的干涉D光的折射17 如图所示，有一玻璃三棱镜ABC，顶角A为 30，一束光线垂直于AB射入棱镜，从AC射出进入空气，测得出射光线与AC夹角为 30，则棱镜的折射率为()A12B22C3D3318 如图是一个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=52,若平行光束垂直入射并覆盖OM,则光线：（）A只能从圆孤1NF射出B只能从圆
9、孤1NG射出C可能从圆孤11G H射出D可能从圆孤1H M射出19 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 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
10、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（）A22RRdB22RdRCRdDdR22 下面事实与光的干涉有关的是（）A用光导纤维传输信号B水面上的油膜呈现彩色C水中的气泡显得格外明亮D一束白光通过三棱镜形成彩色光带23 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 光先消失B在该三棱镜中a 光波长小于b 光Ca 光能发生偏振现象，b 光不能发生D若 a、b 光分别
11、照射同一光电管都能发生光电效应，则a 光的遏止电压低24 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25 在杨氏干涉实验中,从两个狭缝到达像屏上的某点的光走过的路程相等,该点即为中央亮条纹的位置(即 k=0 对应的那条亮条纹),双缝屏上有上下两狭缝,设想在双缝屏后用一块极薄的玻璃片遮盖上方的缝,则屏上中央亮条纹的位置将(）A向上移动 B 向下移动C不动 D可能向上移动，也可能向下移动【参考答案】*试卷处理
12、标记，请不要删除一、选择题1D 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.2C 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sinsininr中的角为入射线（折射线）与法线的夹角3D 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4A 解析：A【解析】试题分析
13、：根据折射定律垂直于射向界面的光线不发生偏折，由光疏介质射向光密介质折射角变小垂直射向玻璃时，光线不发生偏折，到达玻璃底面时，若入射角大于临界角则发生反射，没有折射光线故A 有可能，A 正确；由空气射向玻璃，时光疏介质射向光密介质，不可能发生全反射，没有折射光线，故B 错误；若光线到达玻璃的底面时入射角小于临界角则同时发生折射和反射，但应该空气中的折射角大于玻璃中的入射角，故C 错误；由空气射向玻璃时，同时发生折射和反射，但应该玻璃中的折射角小于空气中的入射角，故D 错误5C 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
14、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6A 解析：A【解析】试题分析：当单色光由玻璃射向空气时，频率不变，但光速要变大，故根据公式v=f 可知，其波长一定变长，A 是正确的，B 是不对的，C也是不对的；是否发生全反射还要看其入射角是否大于临界角，如果大于临界角，则会发生全反射，如果不大于临界角，则不会发生全反射，故D 是不对的。考点：光的折射。7B 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
15、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8D 解析：D【解析】因3tan4da，则0=37，如未装玻璃，室内的人通过小孔能看到外界的角度范围为74，选项 A 错误；装入玻璃后，根据折射定律：sin2sinn，34sin255，则053，则室内的人通过玻璃能看到外界的角度范围大于106，选项 B 错误；装入玻璃的折射率越大，则折射角越大，则室内的人通过玻璃能看到外界的角度范围就越大，选项 C 错误；若要将视野扩大到180，则 =900，
16、则00sinsin 905sinsin 373n，则需嵌入折射率大于或等于5/3 的玻璃，选项D 正确；故选D.点睛：对于几何光学，其基础是作出光路图，借助几何知识研究入射角与折射角，再求解折射率9C 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 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
17、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10A 解析：A【解析】由干涉
18、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
19、对该光的折射率越大11C 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.12A 解析：A【解析】试题分析：最边缘的部分
20、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，临界角。13D 解析：D【解析】试题分析：根据光路图可知，光线在B点的入射角等于在A 点的折射角，因为光线在A 点的折射角不可能大于等于临界角，所以光线在B点不可能发生全反射；光从空气进入球形水珠后，频率不变，由可知光速减小，所以波长变小；仅将红光改为紫光，则由于紫光的频率大于红光，紫光的折射率大于红光，紫光在水珠中的传播速度小于红光，又由于
21、紫光的折射角大于红光，所以AB线变长，所以光从A 点射入后到达第一个反射点的时间增加了选项D 正确考点：光的折射及全反射；光在介质中的传播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60M
22、ON，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。15A 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。16A 解析：A【解析】光在光导纤维中传播时
23、，其入射角大于或等于临界角，光线只能在光导纤维中传播，折射不出去，是利用了全反射，A正确17C 解析：C【解析】【分析】顶角 A 为 30，则光从AC面射出时，在玻璃中的入射角i30.由于出射光线和入射光线的夹角为 30，所以折射角r60.由光路可逆和折射率的定义可知nsinrsini3，C 项正确【详解】18A 解析：A【解析】试题分析：由临界角公式1sinCn求出临界角，确定光线射到圆孤NM的临界入射点，当入射光线在临界光路的右侧时，入射角大于临界角，将发生全反射，光线将从圆弧射出当入射点在临界入射点左侧时，入射角小于临界角，不发生全反射，光线将从圆弧面射出由临界角公式得到12sin5Cn
24、设圆弧的半径为R，2sin5RCR，则由题可知，当光线从 F 点入射到圆弧面1F点时，恰好发生全反射当入射点在1F的右侧时，入射角大于临界角，将发生全反射，光线将不能从圆弧射出当入射点在1F的左侧时，入射角小于临界角，不发生全反射，光线将从圆弧面射出，所以光线只能从圆孤1NF射出，A正确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
25、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21C 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：Rnd
26、A.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。22B 解析：B【解析】【分析】【详解】A光导纤维是利用光的全反射的原理传播光信号，与光的干涉无关，故A 错误；B光照射在水面上的油膜上光在油膜的上下两个表面分别发生反射，两列反射光在油膜的上表面发生薄膜干涉形成彩色干涉条纹，故与光的干涉有关，故B 正确；C光从水或玻璃射到气泡中时，由于一部分射到气泡界面上的光发生了全反射，所以气泡看起来特别明亮，与干涉无关，故C 错误；D白光是复色光，而同一种
27、玻璃对不同的单色光的折射率不同，故虽然不同的单色光的入射角相同但经玻璃折射后的出射角不同即发生了色散，故折射的结果与光的干涉无关，故 D 错误。故选 B。23D 解析：D【解析】【分析】【详解】A设折射角为，在右界面的入射角为，如图所示：根据几何关系有A根据折射定律：sinsinin，增大入射角i，折射角 增大，减小，而 增大才能使b光发生全反射，故A 错误；B由光路图可知，a 光的折射率小于b 光的折射率（abnn），则 a光的波长大于b光的波长（ab），故 B 错误；C光是一种横波，横波有偏振现象，纵波没有，有无偏振现象与光的频率无关，故C 错误D根据光电效应方程和遏止电压的概念可知：最大
28、初动能k0EhW，再根据动能定理：ck0eUE，即遏止电压0cWhUee，可知入射光的频率越大，需要的遏止电压越大，abnn，则 a 光的频率小于b 光的频率（ab），a 光的遏止电压小于b 光的遏止电压，故D正确。故选 D。【点睛】本题考查的知识点较多，涉及光的折射、全反射、光电效应方程、折射率与波长的关系、横波和纵波的概念等，解决本题的关键是能通过光路图判断出两种光的折射率的关系，并能熟练利用几何关系24B 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
29、B 正确；C用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，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。25A 解析：A【解析】【详解】玻璃的折射率大于空气的折射率，所以同一种光在玻璃中的波长小于在空气中的波长；同样的距离，光在玻璃中的波长的个数多，光程变长。所以在双缝干涉实验中，若在双缝屏后用一块极薄的玻璃片遮盖下方的缝，通过双缝的光仍然是相干光，仍可产生干涉条纹，经过上下两狭缝到中央亮纹位置的光程差仍等于0.由于光通过玻璃时的光程变长，所以中央亮纹P的位置略向上移动。故选：A【点睛】当光程差是光波波长的整数倍时，出现亮条纹，光程差是半波长的奇数倍时，出现暗条纹中央亮纹P点分别通过双缝到S的光程差为零，抓住该规律判断中央亮纹位置的移动