高中物理3-4几何光学专题练习(带详解)

试卷第1页，总11页高中物理3-4几何光学专题练习（带详解)学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、多选题1．a、b两束单色光从水中射向空气发生全反射时，a光的临界角大于b光的临界角，下列说法正确的是（）A．以相同的入射角从空气斜射入水中，a光的折射角小B．分别通过同一双缝干涉装置，a光形成的相邻亮条纹间距大C．若a光照射某金属表面能发生光电效应，b光也一定能D．通过同一玻璃三棱镜，a光的偏折程度大E.分别通过同一单缝衍射装置，b光形成的中央亮条纹窄2．如图所示分别是a光、b光各自通过同一单缝衍射仪器形成的图样(灰黑色部分表示亮纹，保持缝到屏距离不变)，则下列说法正确的是_______。A．在真空中，单色光a的波长大于单色光b的波长B．在真空中，a光的传播速度小于b光的传播速度C．双缝干涉实验时a光产生的条纹间距比b光的大D．a光和b光由玻璃棱镜进入空气后频率都变大E.光由同一介质射入空气，发生全反射时，a光的临界角比b光大3．如图，在水中有一厚度不计的薄玻璃片制成的中空三棱镜,里面是空气，一束光A从棱镜的左边射入，从棱镜的右边射出时发生了色散，射出的可见光分布在a点和b点之间,则错误的是()A．从a点射出的是红光,从b点射出的是紫光B．从a点射出的是紫光,从b点射出的是红光C．从a点和b点射出的都是红光,从ab中点射出的是紫光试卷第2页，总11页D．从a点和b点射出的都是紫光,从ab中点射出的是红光E.光在ab面上不可能发生全反射4．一半圆形玻璃砖，C点为其球心，直线OO与玻璃砖上表面垂直，C为垂足，如图所示。与直线OO平行且到直线OO距离相等的ab两条不同频率的细光束从空气射入玻璃砖，折射后相交于图中的P点，以下判断正确的是（）A．两光从空气射在玻璃砖后频率均增加B．真空中a光的波长大于b光C．a光的频率比b光高D．若a光、b光从同一介质射入真空，a光发生全反射的临界角大于b光5．如图所示，一束红光从空气射向折射率n=2种玻璃的表面，其中i为入射角，则下列说法正确的是（）A．当i=45°时会发生全反射现象B．无论入射角i为多大，折射角r都不会超过45°C．当入射角的正切值tani=2，反射光线与折射光线恰好相互垂直D．光从空气射入玻璃，速度减小E.若将入射光换成紫光，则在同样入射角i的情况下，折射角r将变大6．下列有关光学现象的说法正确的是________。A．光从光密介质射入光疏介质，若入射角大于临界角，则一定发生全反射B．光从光密介质射人光疏介质，其频率不变，传播速度变小C．光的干涉，衍射现象证明了光具有波动性D．做双缝干涉实验时，用红光替代紫光，相邻明条纹间距变小试卷第3页，总11页E.频率相同、相位差恒定的两列波相遇后能产生稳定的干涉条纹7．如图所示是一玻璃球体，O为球心，cO水平，入射光线ab与cO平行，入射光线ab包含a、b两种单色光，经玻璃球折射后色散为a、b两束单色光．下列说法正确的是（）A．a光在玻璃球体内的波长大于b光在玻璃球体内的波长B．上下平移入射光线ab，当入射点恰当时，折射光线a或b光可能在球界面发生全反射C．a光在玻璃球内的传播速度大于b光在玻璃球内的传播速度D．在同一双缝干涉实验中，仅把a光照射换用b光，观察到的条纹间距变大二、单选题8．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．用同一双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光条纹间距大于b光条纹间距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的单色光从空气射入E点，并偏折到F点，已知入射方向与边AB的夹角为θ＝30，E、F分别为边AB、BC的中点，则下列说法错误的是（）试卷第4页，总11页A．该棱镜的折射率为3B．光在F点发生全反射C．光从空气进入棱镜，波长变短D．光从空气进入棱镜，波速变小三、解答题10．如图所示，一束平行紫光垂直射向半径为1mR的横截面为扇形的玻璃砖薄片（其右侧涂有吸光物质），经折射后在屏幕S上形成一亮区，已知屏幕S至球心距离为(21)mD，玻璃半球对紫光的折射率为2n，不考虑光的干涉和衍射。求：(1)若某束光线在玻璃砖圆弧面入射角30，其折射角α；(2)亮区右边界到P点的距离d。11．如图，O1O2为经过球形透明体的直线，平行光束沿O1O2方向照射到透明体上。已知透明体的半径为R，真空中的光速为c。(1)不考虑光在球内的反射，若光通过透明体的最长时间为t，求透明体材料的折射率；(2)若透明体材料的折射率为2，求以45°的入射角射到A点的光，通过透明体后与O1O2的交点到球心O的距离。12．如图所示，半径为R的透明半球体放在水平桌面上方，O为球心，直径恰好水平，轴线OO'垂直于水平桌面。位于O点正上方某一高度处的点光源S，发出一束单色光，射向半球体上的A点，已知入射角α=60°，光在真空中传播速度为C，透明半球体对该试卷第5页，总11页单色光的折射率为3n，该束光通过半球体后刚好垂直射到桌面上P点，不考虑半球体内光的反射，求：（ⅰ）点P距离点O＇的距离l（ⅱ）该光束在透明半球体内传播的时间13．一个长方形透明物体横截面如图所示，底面AB镀银，（厚度可忽略不计），一束光线在横截面内从M点的入射，经过AB面反射后从N点射出，已知光线在M点的入射角α=53°，长方形厚度h=2cm，M、N之间距离s=3cm。求：(1)画出光路图，并求透明物体的折射率；(2)若光速为c=3.0×108m/s，求光在透明物体中传播时间。14．半径为R的半圆柱形玻璃砖的截面如图所示，O为同心，光线I沿半径方向从a点射入玻璃砖后，恰好在O点发生全反射，另一条光线Ⅱ平行于光线I从最高点b射入玻璃砖后，在底边MN上的d点射出。若测得Od=4R，不考虑光线在玻璃砖中的反射，求该玻璃砖的折射率及光线Ⅱ在玻璃中的传播时间。（结果用根号表示）15．一足够长宽为L的长方体透明介质与右侧的荧光屏平行放置，其右表面距离荧光屏的距离也为L，在透明介质的左侧L处有一点光源S，该光源在荧光屏上的投影点为O，点光源S发出一细光束，光束与透明介质表面呈=45°，细光束经透明介质折射后射到试卷第6页，总11页荧光屏上的A点，经测量可知AO两点之间的距离为3(2)3L，已知光在真空中的速度为c。求：(1)该透明介质的折射率大小为多少？(2)细光束从发射到射到荧光屏上的时间为多少？16．如图所示，一半径为R=30.0cm，横截面为六分之一圆的透明柱体水平放置，O为横截面的圆心，该柱体的BO面涂有反光物质，一束光竖直向下从A点射向柱体的BD面，入射角i=45°，进入柱体内部后，经过一次反射恰好从柱体的D点射出。已知光在真空中的速度为c=3.00×108m/s，sin37.5°=0.608，sin45°=0.707，sin15°=0.259，sin22.5°=0.383，试求：（结果保留3位有效数字）(1)透明柱体的折射率；(2)光在该柱体的传播时间t。17．如图所示，透明圆柱体的折射率3n，其半径R=30cm，O点为圆心，AB为其中的一直径，有一束平行光沿平行于AB方向射向圆柱体，已知真空中光速为c=3.0108m/s。求：①沿直径AB射入的光线穿过圆柱体的时间t；②假如在该平行光中有一光线经圆柱体折射后刚好到达B点，则该光线的入射角α。试卷第7页，总11页18．如图，在长方体玻璃砖内部有一半球形气泡，球心为O，半径为R，其平面部分与玻璃砖表面平行，球面部分与玻璃砖相切于O'点。有－束单色光垂直玻璃砖下表面入射到气泡上的A点，发现有一束光线垂直气泡平面从C点射出，已知OA=32R，光线进入气泡后第一次反射和折射的光线相互垂直，气泡内近似为真空，真空中光速为c，求：（i）玻璃的折射率n；（ii）光线从A在气泡中多次反射到C的时间。19．如图所示，三角形ABC为某透明介质的横截面，O为BC边的中点，位于截面所在平面内的一束光线自O以角度i入射，第一次到达AB边恰好发生全反射．已知015，BC边长为2L，该介质的折射率为2．求：（i）入射角i（ii）从入射到发生第一次全反射所用的时间（设光在真空中的速度为c，可能用到：062sin754或0tan1523）．20．如图所示，等腰直角三角形ABC为某透明介质的横截面，O为BC边的中点，位于O点处的点光源在透明介质内向各个方向发射光线，其中从AC边上的D点射出的光线平行于BC，从E点射出的光线垂直BC向上．已知BC边长为2L．求：试卷第8页，总11页①该光在介质中发生全反射的临界角；②DE的长度x．（可能用到023sin152或0tan1523）21．如图所示,透明柱状玻璃砖横截面为扇形AOB,圆心角∠AOB=60°,一单色平行光束平行于扇形AOB的角平分线OM均匀射向OA面,经OA面折射的光线恰平行于OB面．①求柱状玻璃砖的折射率;②若经过OA面上P点(图中未画出)的光线在AMB扇面上恰好发生全反射,求OP与PA的比值．22．如图所示，一透明玻璃砖横截面的上半部分是半径为R的半圆，下半部分是边长为2R的正方形，在玻璃砖的左侧距离为R处，有一和玻璃砖侧面平行的足够大的光屏。一束单色光沿图示方向从光屏上的P点射出，从M点射入玻璃砖，恰好经过半圆部分的圆心O，且∠MOA=45°，已知玻璃砖对该单色光的折射率n=53，光在真空中的传播速度为c。①求该单色光在玻璃砖中发生全反射的临界角的正弦值。②从M点射入玻璃砖到第一次射出玻璃砖，求该单色光在玻璃砖内传播的时间。23．如图所示,长方形ABCD为一透明物体的截面，此截面所在平面内的光线从AD边试卷第9页，总11页上的P点入射后恰好在AB边发生全反射，并第一次从BC边上的Q点射出。AP=L，AB=43L，BQ=3L，光在真空中的传播速度为c。求:(i)光线从P点入射时与AD边的夹角的余弦值cos(ii)光线在透明物体中从P点传播到Q点所用的时间t24．如图所示，空气中有一个横截面为直角三角形的三棱镜，其中棱镜的折射率为n=3，∠A=90，∠C=60。一极细光束沿平行于底面的方向入射到AB面上，经AB面折射后进入三棱镜。(i)如果光束从AB面上直接射到AC面上，问光束能否从AC面射出？说明原因。(ii)如果光束从AB面上直接射到BC面上，问光束将从哪个面射出（只讨论BC、AC两个面）？射出的光束的折射角是多大？25．如图所示，直角三角形ABC为一玻璃三棱镜的横截面其中∠A=30°，直角边BC=a．在截面所在的平面内，一束单色光从AB边的中点O射入棱镜，入射角为i．如果i=45°，光线经折射再反射后垂直BC边射出，不考虑光线沿原路返回的情况．(结果可用根式表示)(i)求玻璃的折射率n(ⅱ)若入射角i在0~90°之间变化时，求从O点折射到AC边上的光线射出的宽度．26．有一玻璃球冠，右侧面镀银，光源S位于其对称轴上，如图所示.从光源S发出的一细光束射到球面上的A点，其反射光恰好垂直于球冠的对称轴，折射进入玻璃球冠内试卷第10页，总11页的光经右侧镀银面第一次反射后恰能沿原路返回.若球面半径为R，球冠高为2R，玻璃折射率为3，光在真空中的传播速度为c.求：（1）光源S与球冠顶点M之间的距离SM；（2）光在玻璃中的传播时间.四、填空题27．如图所示，截面ABCD为矩形的透明设备放置在真空环境中，AB=2a，频率为ν的光L1入射到上表面与AD的夹角为θ=30°，折射到AB面中点时恰好发生全反射，则该设备材料的折射率为___；若真空中的光速为c，则光从射入到第一次射出需要的时间为____；若有另一束光L2能和L1发生干涉，则L2的频率____ν（填“大于”“等