高考物理光学知识点之几何光学全集汇编含解析
一、选择题
1．如图所示，在空气中，一束单色光由两面平行的玻璃板的a表面射入，从b表面射出，则以下说法中正确的是
A．出射光线不一定与入射光线平行
B．随着θ角的增大，光可能在a表面发生全反射
θ<︒）
C．随着θ角的增大，光可能在b表面发生全反射（90
D．无论如何改变θ角，光线从a表面射入，不可能在b表面发生全反射
2．如图所示，两束单色光a、b同时从空气中斜射入平行玻璃砖的上表面，进入玻璃砖中后形成复合光束c则下列说法中正确的是
A．a光的能量较大
B．在玻璃中a光的传播速度小于b光的传播速度
C．在相同的条件下，a光更容易发生衍射
D．a光从玻璃到空气的全反射临界角小于b光从玻璃到空气的全反射临界角
3．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)
①如果入射角大于临界角，光在表面M即发生反射。
②无论入射角多大，光在表面M也不会发生全反射。
③可能在表面N发生全反射。
④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．①③ B．②③ C．③ D．②④
4．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． B．
C． D．
6．频率不同的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如图所示，下列说法正确的是()
A．单色光1的波长小于单色光2的波长
B．在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度
C．单色光1通过玻璃板所需的时间小于单色光2通过玻璃板所需的时间
D．单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角7．一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
8．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
C．A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
9．a、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（）
A．a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
C．b光的光子能量较小
D．b光在该玻璃中传播的速度较大
10．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
11．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
C．a光光子能量比较大
D．同一介质对a光折射率大
12．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
A．sin50 sin55
︒
︒
B．sin55 sin50
︒
︒
C．sin40 sin35
︒
︒
D．sin35 sin40
︒
︒
13．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1.5
B．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45°
D．玻璃的临界角随入射光线位置变化而变化
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．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
C ．a 光通过棱镜的时间大于b 光通过棱镜的时间
D ．a 、b 两束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．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
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( )
A ．2htanC
B ．2hsin
C C ．2hcosC
D ．2h
19．某单色光由玻璃射向空气，发生全反射的临界角为θ， c 为真空中光速，则该单色光在玻璃中的传播速度是 （ ）
A ．
B ．
C ．cos c θ
D ．sin c θ
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θ切磨在12θθθ<<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2θθ>，光线一定在OP 边发生全反射
B ．若2θθ>，光线会从OQ 边射出
C ．若1θθ<，光线会从OP 边射出
D ．若1θθ<，光线会在OP 边发生全反射
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n >2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光电效应，则
也一定能 22．物理老师在课堂上做了一个演示实验：让某特制的一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖（玻璃较厚），经折射分成两束单色光a 、b ，下列说法正确的是（ ）
A ．a 光光子的能量小于b 光光子的能量
B ．若增大入射角i ，则a 光可能先消失
C ．进行双缝干涉实验，在其他条件相同的情况下，a 光条纹间距大于b 光条纹间距
D ．在玻璃砖中，a 光的波长比b 光的波长短
23．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针)，大头针末端离水面的最大距离h 为
A ．73r
B ．43r
C ．34r
D ．377
r 24．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AB ＝L （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（ ）
A ．04Lf c =
B ．08Lf c =
C ．016Lf c =
D ．032Lf c =
25．下列说法中正确的是 A ．白光通过三棱镜后呈现彩色光带是光的全反射现象
B ．照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的衍射现象
C ．门镜可以扩大视野是利用了光的干涉现象
D ．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉
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一、选择题
1．D
解析：D
【解析】
【分析】
根据折射定律和光路的可逆性分析出射光线与入射光线的关系．产生全反射的必要条件是光线必须由光密介质射入光疏介质．运用几何关系和光路可逆性分析光线能否在界面b 上发生全反射现象．
【详解】
由于a 、b 两表面平行，光线在a 表面的折射角等于b 表面的入射角，根据光路的可逆性可知，光线在b 表面的折射角等于在a 表面的入射角，由几何关系可知出射光线一定与入射光线平行，故A 错误．根据几何知识可知：光经过表面b 上的入射角与在表面a 上的折射角相等，根据光路可逆性可知：所以不管入射角多大，不可能在b 表面和a 表面发生全反
射，故BC 错误，D 正确．故选D ．
【点睛】
解决本题的关键知道光的传播的可逆性原理，以及掌握全反射的条件，由此记牢平行玻璃砖的光学特性．
2．C
解析：C
【解析】试题分析：由图看出，a 光的入射角小于b 光的入射角，而折射角相同，根据折射定律分析玻璃对两束光的折射率的大小关系，即可知道两光的频率关系、波长关系，由c v n =分析光在玻璃中速度关系．由公式1sin C n
=分析临界角大小． a 光的入射角小于b 光的入射角，而折射角相同，根据折射定律得知，玻璃对b 光的折射率大于a 光的折射率，则b 光的频率大于a 光的频率，根据E h γ=可知b 光的能量较大，根据c v n
=可知a 光在玻璃中的传播速度较大，AB 错误；频率越大，波长越小，即a 的波长大于b 的波长，在相同条件下，波长越长，越容易发生衍射现象，所以a 更容易发生衍射现象，C 正确；根据1sin C n =
可得b 光的全反射角小，D 错误． 3．D
解析：D
【解析】①、②、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①错误，②正确．③、④、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③错误，④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．
4．D
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．
5．A
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．
6．A
解析：AD
【解析】试题分析：由折射光路可知，单色光1的折射率大于单色光2，则单色光1的频率大于单色光2，单色光1的周期小于单色光2，根据，所以单色光1的波长小于
单色光2的波长，选项A正确；根据在玻璃中单色光1的传播速度小于单色光2的传播速度，选项B错误；根据，所以单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角，选项D正确；设光线由空气射向玻璃时的入射角是а折射角为θ，则，设玻璃的厚度为d，则光线在玻璃中的路程为，穿过玻璃的时间为，联立以上各式可得：，特殊的，当а=00时，n越大则t越大，所以单色光1通过玻璃板所需的时间大于单色光
2通过玻璃板所需的时间，选项C错误。
考点：此题考查了光的折射定律、全反射现象及光在介质中的传播规律。
视频
7．A
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=fλ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。
8．D
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=λγ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D．
9．B
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 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．
10．C
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
c
f λ=
知，c光的波长最小，故A错误；
B．c光的折射率最大，根据
c
v
n
=知，c光在玻璃中传播的速度最小，故B错误；
C．根据
1
sinC
n
=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
L
x
d
λ
∆=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
c
f
λ=得出波
长的大小，根据
c
v
n
=比较在三棱镜中的传播速度大小，根据
1
sinC
n
=比较发生全反射的
临界角大小；根据波长的大小，结合
L
x
d
λ
∆=比较干涉条纹间的间距大小．
11．B
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
L x d λ∆=知，a 光的波长大于b 光的波长，A 正确．B 、由c f λ=结合波长关系知a 光的频率小于b 光的频率，而hf ε=可得a 光光子能量比较小，B 错误．C 、D 、由c v n =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a b v v <，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L x d
λ∆=
，以及知道波长、频率的大小关系，注意光电效应方程的内容． 12．C
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sin sin i n r
=中的角为入射线（折射线）与法线的夹角． 13．B
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α=30°，折射角θ=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．
14．B
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。
15．A
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。
16．C
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n a＞n b，a光的频率νa＞νb，光在真空中的传播速度相等，A错误；由λ＝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．
17．C
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”．
18．A
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
19．B
解析：B
【解析】 试题分析：根据全反射定律可得1sin n θ=，根据折射率与传播速度公式c n v =，两式联立可得sin v c θ=，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1sin n
θ=和c n v = 20．D
解析：D
【解析】 试题分析：由全反射的临界角满足1sin C n
=，则入射角满足i C ≥发生全反射；作出光路可知当2θθ＞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1θθ＜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.
21．A
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． 22．D
解析：D
【解析】
【详解】
A ．由折射率的定义式可知
sin sin i n r
= 通过比较a 光折射率大，频率大，光子的能量大于b 光光子的能量，故A 错误； B ．从空气射向玻璃不可能发生全反射，增大入射角i ，当入射角为直角时，a 光、b 光同时消失，故B 错误；
C ．进行双缝干涉实验，在其他条件相同的情况下，条纹间距l x d
λ∆=
a 光频率大，波长短，条纹间距小于
b 光条纹间距，故C 错误；
D ．光线通过玻璃砖比较折射角，可知a 光折射率大，频率大，波长短，故D 正确。
故选D 。
23．A
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
2213sin 4
C n r h =
==+ 所以 73
h r =
故A 正确，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．
24．C
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
188T t f =
= 解得 00
21618s L c Lf t f ===
故C 正确，ABD 错误。
故选C 。
25．D
解析：D
【解析】
【分析】
【详解】
A. 白光通过三棱镜后呈现彩色光带是由于不同颜色的光折射率不同，相同的入射角经过折射后折射角不同，故A 错误；
B. 表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的干涉现象，故B错误；
C. 门镜可以扩大视野是利用了光的折射现象，故C错误；
D. 用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉，故D正确．
故选D.。
