高考物理光学知识点之几何光学综合练习(7)

高考物理光学知识点之几何光学综合练习(7)

一、选择题

1．如图所示，△ABC为一直角玻璃三棱镜的横截面，∠A＝30°，一束红光垂直AB边射入，从AC边上的D点射出，其折射角为60°。则下列说法正确的是

A．玻璃对红光的折射率为2

B．红光在玻璃中的传播速度大小为8

210m/s

?

C．若使该束红光绕O点顺时针转过60°角，则光不会从AC面射出来

D．若将这束红光向左水平移动一小段距离则从AC面上出来的折射角小于60°

2．下列现象中属于光的衍射现象的是

A．光在光导纤维中传播

B．马路积水油膜上呈现彩色图样

C．雨后天空彩虹的形成

D．泊松亮斑的形成

3．如图所示，将等腰直角棱镜截去棱角，使截面平行于底面，制成“道威棱镜”，可以减小棱镜的重量和杂散的内部反射。从M点发出一束平行于底边CD的单色光从AC边射入，已知折射角γ＝30°，则

A．光在玻璃中的频率比空气中的频率大

B．玻璃的折射率

6

2 n=

C．光在玻璃中的传播速度为2×108 m/s

D．CD边不会有光线射出

4．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

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．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

7．一细光束由a、b两种单色光混合而成，当它由真空射入水中时，经水面折射后的光路如图所示，则以下看法正确的是

A．a光在水中传播速度比b光小

B．b光的光子能量较大

C．当该两种单色光由水中射向空气时，a光发生全反射的临界角较大

D．用a光和b光在同一装置上做双缝干涉实验，a光的条纹间距大于b光的条纹间距8．一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

9．有一束波长为6×10－7m的单色光从空气射入某种透明介质，入射角为45°，折射角为

30°，则

A．介质的折射率是

2

B．这束光在介质中传播的速度是1.5×108m／s

C．这束光的频率是5×1014Hz

D．这束光发生全反射的临界角是30°

10．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

11．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

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θ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θ，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，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

14．以往，已知材料的折射率都为正值（n>0）．现已有针对某些电磁波设计制作的人工材料，其折射率可以为负值（n< 0），称为负折射率材料．位于空气中的这类材料，入射

角i与折射角r依然满足sin

sin

i

n

r

，但是折射线与入射线位于法线的同一侧（此时折射角

取负值）．现空气中有一上下表面平行的负折射率材料，一束电磁波从其上表面射入，下表面射出．若该材料对此电磁波的折射率n=?1，正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是（）

A．A B．B C．C D．D

15．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点射入球体内，其折射光线为DB，已知∠ABD＝30°，光在真空中的传播速度为c、波长为λ，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λ

D．光在B点会发成全反射

16．一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（）

A．OM为复色光，ON为紫光

B．OM为复色光，ON为红光

C．OM为紫光，ON为复色光

D．OM为红光，ON为复色光

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( )

A ．a 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．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（ ）

A ．a 光的频率比b 光大

B ．水对a 光的折射率比b 光大

C ．a 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

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．雨后太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

A ．a 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

C ．a 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

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．用a．b．c．d表示4种单色光，若①a．b从同种玻璃射向空气，a的临界角小于b的临界角；②用b．c和d在相同条件下分别做双缝干涉实验，c的条纹间距最大；③用b．d 照射某金属表面，只有b能使其发射电子．则可推断a．b．c．d分别可能是( ) A．紫光．蓝光．红光．橙光B．蓝光．紫光．红光．橙光

C．紫光．蓝光．橙光．红光D．紫光．橙光．红光．蓝光

23．如图所示，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光a、b，波长分别为λa、λb，该玻璃对单色光a、b的折射率分别为n a、n b，.则()

A．λa<λb，n a>n b B．λa>λb，n a

C．λa<λb，n a λb，n a >n b

24．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（）

A．B．

C ．

D ．

25．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

C ．随着θ角的增大，光可能在b 表面发生全反射（90θ

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

【参考答案】***试卷处理标记，请不要删除

一、选择题 1．C 解析：C 【解析】 【详解】

A 、红光到达AC 面的入射角为 i =30°，折射角为r =60°，则玻璃对红光的折射率为：

sin sin 603sin sin 30

r n i ??

===A 错误； B 、红光在玻璃中的传播速度大小为：8

8m 310s 3

C V n ===，故B 错误； C 、设临界角为C ，则33

sin 60C C ?=

<<若使该束红光绕O 点顺时针转过60°角，入射角为 i =60°，根据折射定律可得sin sin i

n r

=

，折射角为r=30°，光线射到AC 面上的入射角等于60°，大于临界角C ，所以光线在AC 面发生全反射，不会从AC 面射出来，故C 正确；

D 、若将这束红光向左水平移动一小段距离，光线射到AC 面上的入射角不变，则折射角不

变，仍为60°，故D 错误。

2．D

解析：D

【解析】光在光导纤维中传播为光的全反射现象，A 错误；马路积水上的油膜呈现彩色图样，是因为日光照射在油膜上出现彩色条纹是薄膜干涉现象，故B 错误；雨后天空出现彩虹属于光的折射现象，故C 错误；光线通过小圆盘，则会在屏上出现中心有亮斑，说明光线也偏离原来的直线方向传播，所以属于光的衍射，故D 正确．

3．D

解析：D

【解析】折射不改变光的频率，频率相同，A 错误；根据折射定律：

sin sin452sin sin30i n r ?=

==?，B 错误；根据c

n v

=可得光在玻璃中的传播速度为8832/10/22

c v m s m s n ===?，C 错误；光路图如图所示，由几何关系知

75β=?，根据全反射定律， 12

sin 2

C n =

=

得C=45°，7545?>?，故在CD 面发生全反射，没有光线射出，D 正确．

4．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．

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．B

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．

7．A

解析：A

【解析】由题，两光束的入射角i相同，折射角r a＜r b，根据折射定律得到，折射率n a＞

n b．由公式

c

v

n

分析得知，在玻璃砖中a光的速度比b光的速度小．故A正确．由于b

光的折射率较小，则b光的频率较小，光子能量较小，故B错误．根据sinC=1

n

分析知：a

光的折射率大，临界角小，故C错误．折射角r a＞r b，频率f a＞f b，则波长λa＜λb，根据公

式△x=L

d

λ，则知a光的干涉条纹间距小于b光的间距．故D错误．故选A.

点睛：本题关键要掌握光的折射定律、全反射临界角公式、干涉和衍射的条件等多个知识点，同学们只要加强对光学基础知识的学习，就能轻松解答．

8．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。

9．C

解析：C

【解析】该介质的折射率为sin45sin30n ?

=

=?

，A 错误；光在介质中传播的速度是

88

10/

2c v m s n ===?，该束光的频率为8147

310510/610v f m s λ?===??－，B

错误C 正确；因为1sin 2

C n =

=，该束光的全反射临界角为45°，D 错误． 10．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.

11．A

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．

12．D

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n a ＞n b ，故a 光的频率大，波长短，根据L

x d

λ＝

，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n a＞n b，根据视深推论式

1

h H

n

，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

13．D

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.

14．B

解析：B

【解析】

【分析】

【详解】

AD．本题给定信息“光的折射光线和入射光线位于法线的同侧”，无论是从光从空气射入介质，还是从介质射入空气，都要符合此规律，故A、D错误．

BC．折射率为-1，由光的折射定律可知，同侧的折射角等于入射角，故B正确，C错误．15．A

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。

16．D

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.

17．A

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

c

f

λ=，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；C．a的波长最长，再由双缝干涉的条纹间距：

l x

d λ

?=

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：

1sin C n

=

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

18．C

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1

sin C n

=可知a 光的折射率小，即频率小，波长长，故选项AB 错误；由c v n =可知选项C 正确；由L

x d

λ?=可知选项D 错误．

考点：全发射；单色光的特点．

19．B

解析：B 【解析】

试题分析：根据全反射定律可得1

sin 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1

sin n

θ=

和c n v =

20．C

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，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α，b 光的折射角为β，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

x a =4R ?cos α

b 光在水滴中传播的路径长为

x b =4R cos β

因为α＜β，所以

x a＞x b

又因为光在介质中的传播速度为

c

v

n

=，因为n a＞n b，所以

v a＜v b

光在水滴中的传播时间为

x

t

v

=，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。

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．A

解析：A

【解析】

【详解】

根据临界角C、折射率

1

sin

n

C

=，由①a的临界角小于b的临界角，可知n a＞n b，根据色

散规律可知a的频率大于b即γa＞γb；根据双缝干涉条纹间距

L

x

d

λ

?=，由②c的条纹间距

最大可知b、c和d中c的波长最长，故c的频率最小；每种金属都有对应的最小入射光频率，入射光频率越大、光电效应越容易发生，由③可知b和d中b的频率较大即γb＞γd，综合上述可知a、b、c、d的频率从大到小依次为abdc，故A正确．

23．B

解析：B

【解析】

【详解】

由图知，三棱镜对b光的折射率较大，又因为光的频率越大，介质对光的折射率就越大，

所以n a

c

v

λ

=，所以b光的波长小于a光的波

长，即λa>λb.

A．λa<λb，n a>n b与分析结果不相符；故Ａ项错误．

B．λa>λb，n a

C．λa<λb，n a

D．λa>λb，n a>n b与分析结果不相符；故D项错误．

24．D

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。

25．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．

高中物理专题17：几何光学

高中物理专题17：几何光学 例1、 如图示是两个同种玻璃制成的棱镜,顶角α1略大于α2 ,两束单色光A 和B 分不垂直射于三棱镜后,出射光线与第二界面的夹角 β1= β2 , 那么 ( AD ) A. A 光束的频率比B 光束的小. B.在棱镜中A 光束的波长比B 光束的短. C.在棱镜中B 光束的传播速度比A 光束的大. D.把两束光由水中射向空气, 产生全反射,A 光的临界角比B 的临界角大. 解: n = cos β /sin α ∵α1 ＞ α2 ∴ n 1 ＜ n 2 ∴频率ν1＜ ν2 sinC=1/n ∴ C 1＞C 2 例2；91年高考. 一束光从空气射向折射率n=2的某种玻璃的表面, 如下图. i 代表入射角,那么〔 BCD 〕 (A) 当i >45°时会发生全反射现象 (B)不管入射角i 是多大,折射角r 都可不能超过45° (C) 欲使折射角r=30,应以i =45°的角度入射 (D)当入射角i =arctg 2时，反射光线跟折射光线恰好互相垂直

例3、如图示，一块用折射率n=2 的透亮材料制成的柱体，其截面为1/4圆，圆半径O a=6cm，当一束平行光垂直照耀O a面时，请作出图中代表性光线2、3通过该透亮材料的光路图〔忽略二次反射光线〕，并运算ab弧面上被照亮的弧长为多少？ 解：sin C=1/n=0.5 C=30 30 °<α< 45 °全反射如图 示°对光线2：sin α=2/3=0.667 对光线3：sin β=1/3 < 0.5 β< 30 °可不能全反射如图示假设射到弧面上的光线刚能全反射那么bA弧面被照亮 ∴bA =2π×r /12 = 3.14cm 1 2 3 4

高考物理知识专题整理大全十八：物理光学

十八、物理光学 一、知识网络 二、画龙点睛 概念 一、光的波动性 1、光的干涉 （1）双缝干涉实验 ①装置：如图包括光源、单缝、双缝和屏 双缝的作用是将一束光分为两束

②现象： ③干涉区域内产生的亮、暗纹 A 、亮纹：屏上某点到双缝的光程差等于波长的整数倍，即δ= n λ（n=0，1，2，……） B 、暗纹：屏上某点到双缝的光程差等于半波长的奇数倍，即δ= )12(2 -n λ （n=0，1，2，……） 相邻亮纹（暗纹）间的距离λλ∝=?d l x 。用此公式可以测定单色光的波长。用白光作双 缝干涉实验时，由于白光内各种色光的波长不同，干涉条纹间距不同，所以屏的中央是白色亮纹，两边出现彩色条纹。 ④ 光的干涉现象说明了光具有波动性。 由于红光入射双缝时，条纹间距较宽，所以红光波长较长，频率较小 紫光入射双缝时，条纹间距较窄，所以紫光波长较短，频率较大 ⑤ 光的传播速度，折射率与光的波长，频率的关系。 a ）v 与n 的关系：v = c n b ）v ,λ和f 的关系：v =λf （3）薄膜干涉 ①现象： 单色光照射薄膜，出现明暗相等距条纹 白色光照射薄膜，出现彩色条纹 实例：动膜、肥皂泡出现五颜六色 ②发生干涉的原因：是由于前表面的反射光线和反表面的反射光线叠加而成(图1) ③应用：a) 利用空气膜的干涉，检验工作是否平整（图2） （图1） （图2） 若工作平整则出现等间距明暗相同条纹 若工作某一点凹陷则在该点条纹将发生弯曲 若工作某一点有凸起，则在该点条纹将变为

b) 增透膜 例题：用绿光做双缝干涉实验，在光屏上呈现出绿、暗相间的条纹，相邻两条绿条纹间的距离为Δx 。下列说法中正确的有 A.如果增大单缝到双缝间的距离，Δx 将增大 B.如果增大双缝之间的距离，Δx 将增大 C.如果增大双缝到光屏之间的距离，Δx 将增大 D.如果减小双缝的每条缝的宽度，而不改变双缝间的距离，Δx 将增大 解析：公式λd l x =?中l 表示双缝到屏的距离，d 表示双缝之间的距离。因此Δx 与单缝到双缝 间的距离无关，于缝本身的宽度也无关。本题选C 。 例题：登山运动员在登雪山时要注意防止紫外线的过度照射，尤其是眼睛更不能长时间被紫外线照射，否则将会严重地损坏视力。有人想利用薄膜干涉的原理设计一种能大大减小紫外线对眼睛的伤害的眼镜。他选用的薄膜材料的折射率为n =1.5，所要消除的紫外线的频率为8.1×1014Hz ，那么它设计的这种“增反膜”的厚度至少是多少？ 解析：为了减少进入眼睛的紫外线，应该使入射光分别从该膜的前后两个表面反射形成的光叠加后加强，因此光程差应该是波长的整数倍，因此膜的厚度至少是紫外线在膜中波长的1/2。紫外线在真空中的波长是λ=c/ν=3.7×10-7m ，在膜中的波长是λ/=λ/n =2.47×10-7m ，因此膜的厚度至少是1.2×10-7m 。 2、光的衍射 （1）现象： ①单缝衍射 a) 单色光入射单缝时，出现明暗相同不等距条纹，中间亮条纹较宽，较亮两边亮 条纹较窄、较暗 b) 白光入射单缝时，出现彩色条纹 ② 园孔衍射： 光入射微小的圆孔时，出现明暗相间不等距的圆形条纹 ③ 泊松亮斑 光入射圆屏时，在园屏后的影区内有一亮斑 （2）光发生衍射的条件 障碍物或孔的尺寸与光波波长相差不多，甚至此光波波长还小时，出现明显 的衍射现象 例题：平行光通过小孔得到的衍射图样和泊松亮斑比较，下列说法中正确的有 A.在衍射图样的中心都是亮斑 B.泊松亮斑中心亮点周围的暗环较宽 C.小孔衍射的衍射图样的中心是暗斑，泊松亮斑图样的中心是亮斑 D.小孔衍射的衍射图样中亮、暗条纹间的间距是均匀的，泊松亮斑图样中亮、暗条纹间的间距是不均匀的 解析：从课本上的图片可以看出：A 、B 选项是正确的，C 、D 选项是错误的。

高中物理竞赛几何光学测试题(含详细解析)

几何光学测试题 1、如图（a ）所示，一细长的圆柱形均匀玻璃棒，其一个端面是平面（垂直于轴线），另一个端面是球面，球心位于轴线上．现有一很细的光束沿平行于轴线方向且很靠近轴线人射．当光从平端面射人棒内时，光线从另一端面射出后与轴线的交点到球面的距离为a ；当光线从球形端面射人棒内时，光线在棒内与轴线的交点到球面的距离为b ．试近似地求出玻璃的折射率n 。 2、内表面只反射而不吸收光的圆筒内有一半径为R 的黑球，距球心为2R 处有一点光源S ，球心O 和光源S 皆在圆筒轴线上，如图所示．若使点光源向右半边发出的光最后全被黑球吸收，则筒的内半径r 最大为多少？ 3、如图1中，三棱镜的顶角α为60?，在三棱镜两侧对称位置上放置焦距均为 30.0cm f =的两个完全相同的凸透镜L 1和 L 2．若在L 1的前焦面上距主光轴下方14.3cm y =处放一单色点光源S ，已知其像S '与S 对该光学系统是左右对称的．试求该三棱镜的折射率． 4、如图（a ）所示，两平面镜A 和B 的镜面分别与纸面垂直，两镜面的交线过图中的O 点，两镜面间夹角为 ?=15α，今自A 镜面上的C 点处沿与A 镜面夹角?=30β的方向在纸面内射出一条光线，此光线在两镜面经 多次反射后而不再与镜面相遇。设两镜面足够大，1=CO m 。试求： （1）上述光线的多次反射中，最后一次反射是发生在哪块镜面上？ （2）光线自C 点出发至最后一次反射，共经历多长的时间？ 5、有一水平放置的平行平面玻璃板H ，厚3.0 cm ，折射率 1.5n =。在其下表面下2.0 cm 处有一小物S ；在玻璃扳上方有一薄凸透镜L ，其焦距30cm f =，透镜的主轴与玻璃板面垂直；S 位于透镜的主轴上，如图（a ）所示。若透镜上方的观察者顺着主轴方向观察到S 的像就在S 处，问透镜与玻璃板上表面的距离为多少? 6、望远镜的物镜直径D ＝250cm ，其焦距f ＝160m 。要用此望远镜对相距L ＝320km ，直径d ＝2m 的人造地球卫星拍摄照片，试问：（1）照像底片应该放在距焦点多远的位置上？（2）人造卫星的像的大小是多少？ α β O A B 图(a) C D 图（a ） 2R S r R O 图1 S f α F y 2 L 1 L S ' n ? 图（a ）

高中物理光学知识点总结

二、学习要求 1、知道有关光的本性的认识发展过程：知道牛顿代表的微粒、惠更斯的波动说一直到光的波粒二象性这一人类认识光的本性的历程，懂得人类对客观世界的认识是不断发展不断深化的。 2、知道光的干涉：知道光的干涉现象及其产生的条件；知道双缝干涉的装置、干涉原理及干涉条纹的宽度特征，会用肥皂膜观察薄膜干涉现象。知道光的衍射：知道光的衍射现象及观察明显衍射现象的条件，知道单缝衍射的条纹与双缝干涉条纹之间的特征区别。 3、知道电磁场，电磁波：知道变化的电场会产生磁场，变化的磁场会产生电场，变化的磁场与变化的磁场交替产生形成电磁场；知道电磁波是变化的电场和磁场——即电磁场在空间的传播；知道电磁波对人类文明进步的作用，知道电磁波有时会对人类生存环境造成不利影响；从电磁波的广泛应用认识科学理论转化为技术应用是一个创新过程，增强理论联系实际的自觉性。知道光的电磁说：知道光的电磁说及其建立过程，知道光是一种电磁波。 4、知道电磁波波谱及其应用：知道电磁波波谱，知道无线电波、红外线、紫外线、X 射线及γ射线的特征及其主要应用。 5、知道光电效应和光子说：知道光电效应现象及其基本规律，知道光子说，知道光子的能量与光学知识点其频率成正比；知道光电效应在技术中的一些应用 6、知道光的波粒二象性：知道一切微观粒子都具有波粒二象性，知道大量光子容易表现出粒子性，而少量光子容易表现为粒子性。 光的直线传播．光的反射 二、光的直线传播 1．光在同一种均匀透明的介质中沿直线传播，各种频率的光在真空中传播速度：C ＝3×108m/s ； 各种频率的光在介质中的传播速度均小于在真空中的传播速度，即 v

8. 厚透镜成像 采用三对基点作图 9. 透镜的像差 远轴光线通过球面折射时不能与近轴光线成像于同一位置，而产生像差，这种像差称为球面像差． 物点发出的不同波长的光经透镜折射后不能成像于一点的现象，称为色像差． 10. 简约眼 生理学上常常把眼睛进一步简化为一个单球面折射系统，称为简约眼. 11. 能分辨的最小视角 视力1= 最小视角以分为单位．例如医学视力表，最小视角分别为10分，2分，1分时，其视力分别是，，．标准对数视力表，规定 θlg 5-=L ，式中视角θ以分为单位．例如视角θ分别为10分，2分，1分时，视力L 分别为，，． 12．近视眼和远视眼 当眼睛不调节时，平行入射的光线，经折射后会聚于视网膜的前面，而在视网膜上成模糊的像，这种眼称为近视眼，而成像在视网膜后，这样的眼称为远视眼． 11. 放大镜的角放大率 f y f y a 2525//== 12. 显微镜的放大率 （1）理论放大率 2 '2'2525f y y y f y M ?=?= 其中y y /'为物镜的线放大率（m ），2/25f 为目镜的角放大率（a ） （）实际放大率2 1212525f f s f f s M =?= 式中s 为显微镜与目镜之间的距离；f 1为物镜的焦距；f 2为目镜的焦距。 13.显微镜的分辨本领－瑞利判据 显微镜的分辨本领β λsin 61.0n Z = 提高分辨本领方法 （1）增加孔径数 （2） 短波照射法