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热点专题十九 几何光学与物理光学的综合
【专题解读】 1.本
是光的折射定律、全反射、色散等几何光学知
与光的本
专题
识
性
合的内容，高考主要以
形式考
。
结
选择题
查
2.学好本
可以帮助同学
学会
专题
们
通
作
过
图分析光路知
，并以物理光学的角度理解光的本性。
识
热点一 光的折射现象和物理光学
【例1】 (2020·名校新高考研究
盟
考
联
联
)如图1 所示，一光束包含两种不同频率
的单色光，从空气射向平行玻璃砖的上表面，玻璃砖下表面有反射层，光束经两
次折射和一次反射后，从玻璃砖上表面分为a、b 两束单色光射出。下列说法正确
的是( )
图1
A.a 光的频率小于b 光的频率
B.出射光束a、b 一定相互平行
C.a、b 两色光从同种玻璃射向空气时，a 光发生全反射的临界角大
D.用同一装置进行双缝干涉实验，a 光的条纹间距大于b 光的条纹间距
答案 B
解析 作出光路
如
所示，可知光从空气射入玻璃
图
图
时a
光的偏折程度
大，
较
则a 光的折射率
大，
率
大，故
较
频
较
A
；因
错误
为a、b 两光在上表面的折射角与反射后在上表面
的入射角分
相等，根据几何知
可知出射光束一定相互
别
识
平行，故B 正确；因为a 光的折射率
大，根据
较
sin C＝，知
则
a 光的
界角小，故
临
C
；
错误a 光的
率
大，波
小，根据干涉条
距公式
频
较
则
长较
纹间
Δx＝λ 知，a 光的干
涉条
距小于
纹间
b 光的干涉条
距，故
纹间
D
。
错误
【例2】 (2021·
云港适
性演
连
应
练)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2 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( )
1
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图2
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
C.a 光能发生偏振现象，b 光不能发生
D.若a、b 光分别照射同一光电管都能发生光电效应，则a 光的遏止电压低
答案 D
解析
折射角
设
为α，在右界面的入射角为β，如
所示，根
图
据几何关系有α＋β＝A，根据折射定律n＝，增大入射角i，
折射角α 增大，β 减小，而β 增大才能使b 光
生全反射，故
发
A
；由光路
可知，
错误
图
a 光的折射率小于b 光的折射率(na
＜nb)，则a 光的波
大于
长
b 光的波长(λa＞λb)，故B
；光是一种横波，横波有偏
错误
振
象，波没有，有无偏振
象与光的
率无关，故
现
纵
现
频
C
；根据光
效
方程
错误
电
应
和遏止
的概念可得，最大初
能
电压
动
Ek＝hν－W0，再根据
能定理－
动
eUc＝0－
Ek，即遏止电压Uc＝ν－，可知入射光的
率越大，需要的遏止
越大，
频
电压
na＜nb，
则a 光的
率小
频
于b 光的
率
频
(νa＜νb)，a 光的遏止
小于
电压
b 光的遏止
，故
电压
D
正确。
【针对训练1】 (2021·泰州期末)如图3 所示，一束复色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( )
图3
A.a 光在玻璃中的速度大于b 光在玻璃中的速度
B.a、b 两束光遇到同样的障碍物时，a 光更容易发生明显衍射
C.增大复色光的入射角，在玻璃砖的右边最先消失的是a 光
D.用a、b 两束光分别照射到同一金属表面，b 光更容易使金属发生光电效应
答案 C
解析 根据光路可知，
色光
单
a 在空气中的角度
大，所以根据折射定律
较
n＝可
2
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知，a 光
玻璃的折射率
大。根据折射率与速度的关系式
对
较
n＝可知，a 光在玻璃
中的速度小于b 光在玻璃中的速度，A
；折射率越大的光，其
率越大，用
错误
频
a、
b 两束光分
照射到同一金属表面，
别
a 光更容易使金属
生光
效
，根据
率与
发
电
应
频
波
的关系式
长
c＝λν 可知，a 光的波
小于
长
b 光的波
，而波
越短，越
生明
长
长
难发
衍射，所以
显
a、b 两束光遇到同
的障碍物
，
样
时a 光更
生明
衍射，
难发
显
B、D 错误；
根据全反射公式sin C＝，可知a 光
玻璃的
界角
小，所以增大复色光的入射
对
临
较
角，在玻璃
的右
最先消失的是
砖
边
a 光，C 正确。
【针对训练2】 如图4，两单色光Ⅰ、Ⅱ分别沿半径方向由空气射入半圆形玻璃砖，
出射光合成一束复色光Ⅲ，已知单色光Ⅰ、Ⅱ与法线间的夹角分别为45°和30°，
则关于单色光Ⅰ与Ⅱ，下列说法正确的是( )
图4
A.在玻璃砖中的折射率之比为nⅠ∶nⅡ＝∶1
B.在玻璃砖中的传播时间之比为tⅠ∶tⅡ＝1∶
C.在玻璃砖中的波长之比为λⅠ∶λⅡ＝∶1
D.由该玻璃砖射向真空时临界角正弦之比为sinCⅠ∶sin CⅡ＝1∶
答案 B
解析 假
两
色光
设
单
Ⅰ、Ⅱ折射角为θ，则Ⅰ光折射率为nⅠ＝，Ⅱ光折射率为nⅡ
＝，解得nⅠ∶nⅡ＝sin 30°∶sin 45°＝1∶，选项A
；根据
错误
v＝，t＝得t＝，可得
tⅠ∶tⅡ＝nⅠ∶nⅡ＝1∶，选项B 正确；由于Ⅰ、Ⅱ光的
率关系未知，所以无法比
频
波
的大小，
较
长
选项C
；
界角公式
错误
临
sin C＝可得sin CⅠ∶sin CⅡ＝nⅡ∶nⅠ＝
∶1，选项D
。
错误
热点二 全反射现象和物理光学
【例3】 (2021·山
坊模
东潍
拟)一复色光a 沿如图5 所示方向从空气射向玻璃球，
在球内分为b、c 两束，O 为球心。下列判断正确的是( )
图5
3
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A.c 光在球中的传播时间长
B.b 光在球中传播速度小
C.b 光的频率小于c 光
D.增大a 光入射角，b 光可能在玻璃球内发生全反射
答案 B
解析 因b 光的偏折程度比c 大，可知玻璃对b 的折射率
大，
较
则b 的
率
大，
频
较
根据v＝可知b 光在球中
播速度小，而
传
b 光在球中
播的距离
大，可知
传
较
b 光在
球中的
播
，故
传
时间长
A、C
，
错误B 正确；因
光从空气
入玻璃的折射角等于
为
进
从玻璃球射向空气的入射角，
增大
则
a 光入射角，两种光都不能在玻璃球内
生
发
全反射，D
。
错误
【针对训练3】 (2021·山
烟台期末
东
)夏日雨后，我们经常会看到天空中出现美丽
的彩虹。从物理学角度看，彩虹是太阳光以一定的角度照射在雨滴上经过两次折
射和一次反射形成的。如图6 是彩虹成因的简化示意图，其中a、b 代表两种不同
频率的单色光，则( )
图6
A.a 光的频率大于b 光的频率
B.在同种介质中，a 光的传播速度小于b 光的传播速度
C.a 光和b 光以相同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光时，一
定是a 光
D.分别用同一双缝干涉装置进行实验，在干涉图样中a 光相邻两个亮条纹中心的
距离小于b 光相邻两个亮条纹中心的距离
答案 C
解析 由光路
可知，水
图
对b 光的偏折程度
大，
较
则b 光的折射率
大，故
较
b 光的
率率比
频
a 光大，A
；根据
错误
v＝可知，在同种介
中，
质
b 光的
播速度小于
传
a 光
的
播速度，
传
B
；由
错误
sin C＝可知，a 光的
界角大于
临
b 光，则a 光和b 光以相
同的入射角从水中射入空气，在空气中只能看到一种光
，一定是
时
b 光
生了全
发
反射，射出的一定是a 光，C 正确；由b 光的
率比
频
a 光大可知，a 光的波
大于
长
b
光，分
用同一双
干涉装置
行
，根据
则
别
缝
进
实验
Δx＝λ 可知，在干涉
中
图样
a 光相
4
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两个亮条
中心的距离大于
邻
纹
b 光相
两个亮条
中心的距离，
邻
纹
D
。
错误
热点三 光学知识综合问题
【例4】 如图7 所示，一束光由半圆形玻璃砖的右侧面沿半径射入，经AB 界面折
射后分为a、b 两束光，则下列说法正确的是( )
图7
A.b 光的光子能量小于a 光的光子能量
B.现将入射光绕O 点逆时针转动，则a 光先消失
C.分别用a、b 光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a 光的干涉条纹间距大于
b 光的干涉条纹间距
D.在半圆形玻璃中，b 光的传播时间小于a 光的传播时间
答案 C
解析 因
玻璃
为
对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，所以b 光
率高，光子能量大，故
频
A
；根据
错误
sin C＝可知，b 光临
界角小，将入射光
现
绕O 点逆
，
时针转动则b 光先消失，故B
；
错误b 光
率高，
频
波
短，根据
长
Δx＝λ 可知，分
用
别
a、b 光在同一个双
干涉
装置上做
，
缝
实验
实验a
光的干涉条
距大于
纹间
b 光的干涉条
距，故
纹间
C 正确；根据v＝，可知在半
形
圆
玻璃中，b 光速度小，路程相同，则b 光
播
，故
传
时间长
D
。
错误
【针对训练4】 一束由A、B 两种单色光组成的复色光，在真空中以一定的角度从
三棱镜的一侧射入，从另一侧射出，光路如图8 所示，下列说法正确的是( )
图8
A.在同种介质中，B 光的波长比A 光的波长短
B.A、B 两种光在该棱镜中的传播速度一样大
C.若B 光能使某种金属发生光电效应，A 光也能使该金属发生光电效应
D.用同一双缝干涉装置实验时，A 光的条纹间距比B 光的窄
答案 A
5
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解析 由
意可知，
题
B 光的折射率比A 光的折射率大，则B 光的
率比
频
A 光的频
率大，根据λ＝＝可知，在同种介
中，
质
B 光的波
比
长
A 光的波
短，所以
长
A 正确；
根据v＝可知，A、B 两种光在
棱
中的
播速度不一
大，所以
该
镜
传
样
B
；因
错误
为发
生光
效
的条件是入射光的
率大于金属的极限
率，
电
应
频
频
则B 光能使某种金属发
生光
效
，
电
应A 光不一定能使
金属
生光
效
，所以
该
发
电
应
C
；根据
错误
Δx＝λ 可知
用同一双
干涉装置
，
缝
实验时
A 光的条
距比
纹间
B 光的
，所以
宽
D
。
错误
1.(2021·湖北七市
考
联
)如图1 所示，一半圆形玻璃砖，C 点为其圆心，直线OO′过
C 点与玻璃砖上表面垂直。与直线OO′平行且等距的两束不同频率的细光a、b 从
空气射入玻璃砖，折射后相交于图中的P 点，以下说法正确的是( )
图1
A.b 光从空气射入玻璃，波长变长
B.真空中a 光的波长小于b 光的波长
C.a 光的频率大于b 光的频率
D.若a、b 光从同一介质射入真空，a 光发生全反射的临界角较大
答案 D
解析 b 从空气射入玻璃
，
率不
，由
砖
频
变
n＝可知
播速度
小，由
传
变
v＝λf 知波
短，故
长变
A
；由
和折射定律可知，玻璃
错误
题图
砖对b 光的折射率大于对a 光
的，所以b 光的
率高，由
频
c＝λf 可知，在真空中，a 光的波
大于
长
b 光的波
，故
长
B、C
；由
错误
sin C＝可知，a 光的折射率小，所以a 光
生全反射的
界角大，故
发
临
D 正确。
2.红、黄、绿三种单色光以相同的入射角从水中射向空气，若绿光在界面上恰好发
生全反射，则下列判断正确的是( )
A.黄光一定能发生全反射
B.红光一定能发生全反射
C.黄光在水中的波长比红光在水中的波长长
6
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D.这三种单色光相比，红光在水中传播的速率最大
答案 D
解析
、黄、三种
色光
红
绿
单
，光的折射率最小，光的折射率最大，根据
红
绿
则
sin
C＝可知，光的
界角最大，光的
界角最小，若
光在界面上恰好
生全反
红
临
绿
临
绿
发
射，
光和黄光都不能
生全反射，
则红
发
选项A、B
；根据
错误
λ＝＝，光的折射率
红
最小，率最小，其在水中的波
最
，
频
长
长选项C
；根据
错误
v＝，光的折射率最
红
小，可知其在水中
播的速率最大，
传
选项D 正确。
3.(2021·天津南开区模拟)蓝光光盘是利用波长较短的蓝色激光读取和写入数据
的光盘，而传统DVD 光盘是利用红色激光来读取和写入数据。对于光存储产品
来说，蓝光光盘比传统DVD 光盘的存储容量大很多。如图2 所示为一束由红、蓝
两单色激光组成的复色光从水中射向空气中，并分成a、b 两束，则下列说法正确
的是( )
图2
A.用a 光可在光盘上记录更多的数据信息
B.b 光在水中传播的速度较a 光大
C.使用同种装置，用a 光做双缝干涉实验得到的条纹间距比用b 光得到的条纹间
距宽
D.增大水中复色光的入射角，则a 光先发生全反射
答案 C
解析 由
可知
图
b 光的偏折程度大，则b 光的折射率大，所以b 光
光，用
为蓝
b 光
可在光
上
更多的数据信息，
盘
记录
选项A
；
错误b 光的折射率大，根据n＝可知b
光在水中
播的速度
传
较a 光小，选项B
；
错误a 光的折射率小，波
大，根据
长
Δx＝
λ 可知使用同种装置，用a 光做双
干涉
得到的条
距比用
缝
实验
纹间
b 光得到的条
距
，
纹间
宽选项C 正确；a 光的折射率小，根据sin C＝可知a 光的
界角大，增大
临
水中复色光的入射角，则a 光后
生全反射，
发
选项D
。
错误
4.如图3 所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，分为a、b 两束单色光。则( )
7
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图3
A.玻璃对b 光的折射率较大
B.在真空中a 光的速度大于b 光的速度
C.a 光光子能量大于b 光光子能量
D.如果b 光是绿光，那么a 光可能是红光
答案 C
解析 由
可知
题图
a 光射入玻璃
后的折射角小于
砖
b 光射入玻璃
后的折射角，
砖
根据折射定律可知玻璃对a 光的折射率
大，故
较
A
；在真空中
错误
a 光与b 光的
速度相等，故B
；由
错误
A
可知
项结论
a 光的
率大于
频
b 光的
率，所以
频
a 光光
子能量大于b 光光子能量，故C 正确；
光的
率小于
光的
率，所以如果
红
频
绿
频
b
光是
光，
绿
a 光不可能是
光，故
红
D
。
错误
5.a、b、c 三条平行光线从空气射向玻璃砖且方向垂直于半圆柱体玻璃砖的截面直
径，如图4 所示。光线b 正好过圆心O，光线a、c 从光线b 的两侧对称入射，光线
a、c 从玻璃砖下表面进入空气后与光线b 交于P、Q，则下列说法正确的是( )
图4
A.玻璃对三种光的折射率关系是na＜nb＜nc
B.玻璃对三种光的折射率关系是na＜nc，b 光的折射率大小无法确定
C.用相同的装置进行双缝干涉实验，a 光的干涉条纹间距比c 光干涉条纹间距小
D.若a、c 都能使某金属发生光电效应，则a 光打出的光电子的最大初动能大于c
光打出的光电子的最大初动能
答案 B
解析 c 光通
玻璃
后偏折程度比
过
砖
a 光的大，所以玻璃对c 光的折射率大于对
a 光的折射率。由于玻璃对b 光没有
生偏折，无法判断玻璃
发
对b 光的折射率与
8
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对a、c 两光的折射率大小的比
，故
较
A
，
错误B 正确；玻璃对c 光的折射率大于对
a 光的折射率，则c 光的
率大于
频
a 光，c 光的波
比
长
a 光小，根据双
干涉条
缝
纹
的
距与波
成正比，可知在相同条件下
行双
干涉
，
间
长
进
缝
实验c 光的条
距比
纹间
a
光窄，故C
；
错误c 光的折射率大，率高，根据光
效
方程可知，若
频
电
应
a、c 都能使
某金属
生光
效
，
发
电
应
则c 打出的光
子的初
能更大，故
电
动
D
。
错误
6.水中点光源S 沿SO 方向射岀a、b 两种单色光，其中a 单色光射出水面，光路如
图5 所示。则下列说法正确的是( )
图5
A.水中的反射光是b 单色光
B.a 光的频率大于b 光的频率
C.a、b 在水中的传播速度关系为va＜vb
D.用同一双缝干涉装置进行实验可看到a 光干涉条纹间距比b 光的宽
答案 D
解析 水中的反射光是a、b 两种
色光的复合光，
单
选项A
；因
错误
b 光
生了全
发
反射，所以b 光的
界角小于
临
a 光，根据sin C＝可知，b 光的折射率
大，
较
则b 光
的
率大于
频
a 光的
率，
频
选项B
；因
错误
na＜nb，根据v＝可知，a、b 在水中的
播
传
速度关系为va>vb，选项C
；因
错误
a 的
率小，波
大，根据
频
长较
则
Δx＝λ 可知，用
同一双
干涉装置
行
可看到
缝
进
实验
a 光干涉条
距比
纹间
b 光的
，
宽
选项D 正确。
7.(2021·北京海淀区一模)由a 和b 两种频率的光组成的光束，经玻璃三棱镜折射
后的光路如图6 所示。a 光是氢原子由n＝4 的能级向n＝2 的能级跃迁时发出的。
下列说法中正确的是( )
图6
A.该三棱镜对a 光的折射率较大
B.在该三棱镜中，a 光的传播速度小于b 光的传播速度
C.用同一双缝干涉装置进行实验，a 光干涉条纹的间距大于b 光干涉条纹的间距
9
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D.b 光可能是氢原子从n＝3 的能级向n＝2 的能级跃迁时发出的
答案 C
解析 由
可知，三棱
图
镜对b 光的偏折程度
大，
三棱
较
则该
镜对b 光的折射率较
大，选项A
；根据
错误
v＝可知，在
三棱
中，
该
镜
a 光的
播速度大于
传
b 光的
播
传
速度，选项B
；
错误a 光折射率小，
率小，波
大，根据
则频
长
Δx＝λ 可知，用同一双
干涉装置
行
，
缝
进
实验
a 光干涉条
的
距大于
纹
间
b 光干涉条
的
距，
纹
间
选项C 正
确；b 光
率大，
所
的
迁的能
差
大，因
频
则
对应
跃
级
较
为a 光是
原子由
氢
n＝4 的能
向
级
n＝2 的能
迁
出的，
级跃
时发
则b 光不可能是
原子从
氢
n＝3 的能
向
级
n＝2
的能
迁
出的，
级跃
时发
选项D
。
错误
8.(2021·1 月
宁普高校招生适
性
辽
应
测试)如图7 所示，一束单色光从介质1 射入
介质2，在介质1、2 中的波长分别为λ1、λ2，频率分别为f1、f2，则( )
图7
A.λ1＜λ2
B.λ1＞λ2
C.f1＜f2
D.f1＞f2
答案 B
解析 光从一种介
入另外一种介
率不
，
质进
质时频
变选项C、D
；光从介
错误
质1
入介
进
质2，折射光
靠近法
，可知介
线
线
质2
光密介
，光
入介
为
质
进
质2
播速度
传
小，波
短，
变
长变
选项B 正确，A
。
错误
9.如图8 所示，一束复色光经三棱镜后分开成a、b、c 和d 四种单色光。用这四种
单色光分别照射金属钾板，其中c 光恰好可从金属钾板上打出光电子；也可以用
这四种单色光分别作为双缝干涉实验的光源。下列说法正确的是( )
图8
A.d 光的频率最高
B.d 光在棱镜中的折射率最大
C.a 光产生的干涉条纹宽度最大
D.a 光打出的光电子的遏止电压最大
答案 D
10
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解析 由光路
可知，
图
a 光通
三棱
的偏折程度最大，折射率最大，率最高
过
镜
则
频
d 光的折射率最小，
率最低，
则频
选项A、B
；因
错误
a 光的
率最高，波
最短
频
则
长
，
根据Δx＝λ 可知，a 光
生的干涉条
度最小，
产
纹宽
选项C
；因
错误
为c 光恰好可从
金属
板上打出光
子，
钾
电
则a 光一定能
生光
效
，因
发
电
应
a 光的
率最高，根据
频
则
因斯坦光
效
方程可知
爱
电
应
eUc＝mv＝hν－W0，故a 光打出的光
子的遏止
电
电压
最大，选项D 正确。
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