高考物理光学知识点之几何光学难题汇编含答案解析(3).pdf

高考物理光学知识点之几何光学难题汇编含答案解析(3)一、选择题1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2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3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Asin50sin55Bsin55sin50Csin40sin35Dsin35sin404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5如图所示，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，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 D6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7如图所示，O1O2是半圆柱形玻璃体的对称面和纸面的交线，A、B是关于 O1O2轴等距且平行的两束不同单色细光束，从玻璃体右方射出后的光路如图所示，MN 是垂直于O1O2放置的光屏，沿O1O2方向不断左右移动光屏，可在屏上得到一个光斑P,根据该光路图，下列说法正确的是（）A在该玻璃体中，A 光比 B 光的运动时间长B光电效应实验时，用A 光比 B 光更容易发生CA 光的频率比B光的频率高D用同一装置做双缝干涉实验时A 光产生的条纹间距比B光的大8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9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nanbBa、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10ABCDE 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1.5B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45D玻璃的临界角随入射光线位置变化而变化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 光导纤维按沿径向折射率的变化可分为阶跃型和连续型两种.阶跃型的光导纤维分为内芯和外套两层，内芯的折射率比外套的大。连续型光导纤维的折射率中心最高，沿径向逐渐减小，外表面附近的折射率最低.关于光在连型光导纤维中的传播，图中能正确表示传播路径的是()ABCD14 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（）ABCD15 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 1966 年华裔科学家高锟博士提出一个理论：直径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17 如图所示，三束细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()Aa为波长较长的光B当它们在真空中传播时，a光的速度最大C分别用这三种光做光源，使用同样的装置进行双缝干涉实验，a 光的干涉条纹中相邻亮纹的间距最小D若它们都从玻璃射向空气，c 光发生全反射的临界角最大18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19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打磨某剖面如题图所示的宝石时，必须将OP、OQ 边与轴线的夹角切磨在12的范围内，才能使从MN 边垂直入射的光线，在OP边和 OQ 边都发生全反射（仅考虑如图所示的光线第一次射到OP边并反射到OQ过后射向MN 边的情况），则下列判断正确的是()A若2，光线一定在OP 边发生全反射B若2，光线会从OQ 边射出C若1，光线会从OP 边射出D若1，光线会在OP边发生全反射21 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（）A22RRdB22RdRCRdDdR24 如图所示两细束单色光平行射到同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一个点M则下列说法中正确的是（）A如 果 a为蓝色光,则 b 可能为红色光B在该三棱镜中a 色光的传播速率比b 光的传播速率大C棱镜射向空气中a色光的临界角比b 色光的临界角大Da光的折射率小于b 光折射率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1D 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波长，故选项D 正确。2B 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3C 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4D 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5A 解析：A【解析】试题分析：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6D 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。7D 解析：D【解析】光线通过玻璃体后，A 光的偏折程度比B 光的小，则该玻璃体对A 光的折射率比对B 光的折射率小，根据n=c/v 可知，A 在玻璃中的速度较大，在该玻璃体中，A 光比 B 光的运动时间短，选项A 错误；折射率越大，光的频率越高，说明A 光的频率比B 光的频率低，光电效应实验时，用B 光比 A 光更容易发生，选项BC 错误；A 光的频率比B 光的频率低，由 c=知，在真空中，A 光的波长比B 光的长，而双缝干涉条纹间距与波长成正比，则A光的条纹较B 宽故 D 正确故选D8C 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，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9A 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.10C 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.11B 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=30，折射角=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13C 解析：C【解析】试题分析：首先我们看最左端光线刚进入时的情况，光由空气进入内芯，由于内芯有一定的折射率，故折射角会变小，而选项AD 中的折射角都大于入射角，故选项AD 错误；又因为光导纤维的折射率中心最高，沿径向逐渐减小，所以光线进入纤维中后折射角会变化，而不是像 B 中不变，故选项B 错误，C 正确；当折射率减小时，其折射角与入射角的差值会变小，且在边缘时光会发生全反射，故光又会折回这种介质中，形成如图C 所示的传播轨迹。考点：光的折射。14D 解析：D【解析】【分析】【详解】光线从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。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D.16A 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17A 解析：A【解析】【详解】A三种色光，a的偏折程度最小，知a 的折射率最小，a的频率最小，根据cf，得 a的波长最长，符合题意；B三种色光在真空中传播时，速度相等，都等于光速，不符合题意；Ca的波长最长，再由双缝干涉的条纹间距：lxd知 a光的干涉条纹中相邻亮纹的间距最大，不符合题意；D 根据全反射公式：1sinCn得：折射率越大，临界角越小，所以c 光的临界角最小，不符合题意18C 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红色光射向月亮，这就让我们看到了“红月亮”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20D 解析：D【解析】试题分析：由全反射的临界角满足1sinCn，则入射角满足iC发生全反射；作出光路可知当2时，根据几何关系，可知光线在PO边上的入射角较小，光线将从PO 射出，AB项错误；同理当1时，光线在PO 边上的入射角较大，大于临界角，光线将在PO射边上发生全反射，D 项正确考点：本题考查了光的折射和全反射.21C 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。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 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。24A 解析：A【解析】【分析】【详解】由图看出，a光通过三棱镜后偏折角较大，根据折射定律得知三棱镜对a 光的折射率大于b光折射率，若a为蓝光，b 可能为红光故A 正确，D 错误由cvn，知 a 光的折射率大于 b 光折射率，则在该三棱镜中a色光的传播速率比b 光的传播速率小，故B 错误由临界角公式1sinCn分析知从棱镜射向空气中a色光的临界角比b 色光的临界角小，故C 错误故选 A.【点睛】本题是光的色散问题，考查光的折射定律的应用问题；要知道在七种色光中，紫光的折射率是最大的，在同样条件下，其偏折角最大在介质中传播速度最小，临界角最小；可结合光的色散实验结果进行记忆；25A 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。