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专题十一 光学
一、光的折射和反射
1.如图扇形的材料，折射率大于
，现有两条光线1 和2，从扇形材料的A 点传播，
光线1 传到圆弧（
圆）AC 的中点B．光线2 传播到C 点偏上，则两光线发生下列哪种
情况（ ）
A．1 不全反射，2 全反射
B．都不全反射
C．都全反射D．1 全反射，2 不全反射
2.如图甲为水晶透明“平安扣”由同材质同心环形材料组成，将“平安扣”平放在水平桌面上，过环心的
横截面如图乙所示，外环的半径为R。细光束从P 点射入“平安扣”时，经一次折射后，恰好在内环上发
生全发射，且从外环上第一次的射出点为Q（图中未画出），并测得圆心角POQ 为2θ，已知光在真空中
的传播速度为c，水晶的折射率为n。细光在“平安扣”中由P
点入射到Q 点出射所经历的时间为（ ）
A．
B．
C．
D．
3.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）折射分成两束单色光a、b，下列说法正确的是（ ）
A．若增大入射角i，则a 光可能先消失
B．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
C．a 光的频率比b 光的频率大
D．若a 光照射到某金属上恰能发生光电效应，则b 光也一定能使该金属发生光电效应
4．牛顿在剑桥大学读书时，对光的颜色问题颇感兴趣，于是在1664 年初做了一个三角形玻璃棱镜，对太
阳光进行了实验研究。牛顿的实验如图甲所示，太阳光通过三角形玻璃棱镜后，在光屏上形成一条彩色的
光带。图乙为其中一种单色光在三角形玻璃棱镜中传播的情况，角A 为棱镜顶角，θ 称为偏向角。下列说
法正确的是（ ）
A．根据牛顿的实验可知，同种介质对不同波长的光的折射率不同
B．折射率越大，偏向角θ 越小 C．偏向角θ 与棱镜顶角A 无关
D．入射角i3 越大，折射角i4 越大，所以光一定能够在图乙中棱镜右侧表面发生全反射
5．如图所示为半圆柱体形玻璃砖的横截面，OD 为直径。一束包含红、紫两种单色光的光束沿AO 方向从
直径上非常靠近O 点位置射入柱体，并分别到达柱体表面的B、C 两
点。则下列说法中正确的是（ ）
A．两种颜色的光在玻璃中的传播速度大小相等
B．到达B 点的光可能是红光
C．两束光在玻璃中分别到达B、C 两点的传播时间不相等
D．在B、C 两点中，若紫光能射出玻璃，则红光也能射出玻璃
6．如图所示，矩形玻璃砖abcd 平行于光屏P 放置于上方高H 处，两束平行的单色光A、B 斜射
到玻璃砖的ad 面，两个入射点间距离为x1，穿过玻璃砖下表面bc 后，射在光屏P 上两个点间距
离为x2，已知x1>x2。不考虑光在玻璃砖中的反射。只向上平移玻璃
砖，其他条件和状态保持不变，射在光屏上两个点（ ）
A．位置不变，距离不变
B．位置右移，距离不变
C．位置左移，距离变大
D．位置右移，距离变大
7．如图所示，一束白光照射到等边三棱镜的M 点，经折射后在右侧
竖直屏上的a、b 两点之间形成彩色光带，不考虑光在三棱镜中的反
射，可以推断出（ ）
A．照射到a 点的光频率最小
B．照射到b 点的光在三棱镜中传播时间最短
C．相同条件下，照射到b 点的光衍射现象最明显
D．增大白光在M 点的入射角，照射到b 点的光最先消失
8．如图所示，清澈的湖面下S 处有一点光源，S 到水面的距离h=2m，已知水的折射率
，
当θ 很小时
，求：
(1)点光源发出的光能直接射出水面的面积s1；
(2)在点光源正上方的水面上能看到点光源的视深h1。
9.景观湖水面之下安装的小灯泡发出的某种单色光，会在水面形成一个个漂亮的发光区域，位于h1深处的
甲灯泡发红色光，位于另一深度的乙灯泡发黄色光，两灯泡发出的光在水面形成的面积相等，已知水对红
光的折射率为n1，对黄光的折射率为n2。
(1)求甲灯泡发光区域的面积；
(2)求乙灯泡的深度；
(3)若在一次雨后，发现甲灯泡发光面积是原来的两倍，求水面上升的高度。
10．如图所示是一个表面涂有反射材料的水槽，水槽的横截面是边长为
的正方形，紧贴水槽一边
竖直放置一白色平板。盛满水的水槽的水深为d。一束与水的上表面成
角的红色激光从正方形水槽的
中心点C 射入，在白色平板上形成了A、B 两个光斑，激光所在的平面与白色平板垂直，测得A、B 间距为
，已知水对红光的折射率为4
3
，光在真空中的速度为
，
，
。
(1)求水槽内水的深度d 及红色激光从入射点经水到达B 点所用的时间；
(2)如果改用蓝色激光从C 点以同样入射角射入，定性判断在白色平板上形成的
光斑
、
两点之间的距离是否还为12cm。
11．如图所示，在面积足够大的水池中注满清水，水深为2m，在水池底部中央水平固定一个半径为0.2m
的圆面形单色光源灯，灯的发光面朝上。已知该单色光在空气中的传播速度为c，在水中的传播速度为
。
(1)求该单色光在水中的折射率；
(2)在水池边的观察者能看到水面上发光区域的最大面积是多大？（结果保留一位小数）
二、光的干涉和衍射
12.用如图所示的装置观察光的干涉和偏振现象。狭缝s1、s2关于
轴对称，光屏垂直于
轴
放置。将偏振片p1 垂直于
轴置于双缝左侧，单色平行光
沿
轴方向入射，在屏上观察到干涉条纹，再将偏振片p2
置于双缝右侧，p1、p2 透振方向平行。保持p1 不动，将p2 绕
轴转动90。的过程中，关于光屏上的干涉条纹，下列说法
正确的是（ ）
A．条纹间距不变，亮度减小
B．条纹间距增大，亮度不变
C．条纹间距减小，亮度减小
D．条纹间距不变，亮度增大
13．用光学显微镜观察样品时，显微镜部分结构示意图如图甲所示。盖玻片底部中心位置O 点的
样品等效为点光源，为避免O 点发出的光在盖玻片上方界面发生全反射，可将盖玻片与物镜的间
隙用一滴油填充，如图乙所示。已知盖玻片材料和油的折射率均为1.5 ，盖玻片厚度
，盖玻片与物镜的间距
，不考虑光在盖玻片中的多次反射，取真空
中光速
。
(1)求未滴油时，O 点发出的光在盖玻片的上表面的透光面积（结果保留2 位有效数字）；
(2)滴油前后，光从O 点传播到物镜的最短时间分别为
，求
（结果保留2 位有效数
字）。
14.如图所示，把一个凸透镜压在一块平面玻璃上，在凸透镜的下表面和平面玻璃的上表面之间形成一个
很薄的狭缝层。单色光从上方垂直凸透镜的上表面射向凸透镜，沿光的入射方向看到的明暗相间的干涉条
纹可能是（ ）
A．
B．
C．
D．
15．歼-20 的光学着陆系统中用到了双缝干涉的知识。某物理兴趣小组用如图甲所示的装置做双缝干涉实
验，通过目镜观察到屏上的条纹如图乙所示。只改变一个条件，使观察到的条纹如图丙所示，则改变的条
件是（ ）
A．换用长度更长的遮光筒B．增大单缝到双缝的距离
C．换用间距更小的双缝
D．红色滤光片换成紫色滤光片
17．某同学利用光学干涉测量细金属丝的直径，把金属丝夹在两块平板玻璃之间，使空气层形成尖劈，金
属丝与劈尖平行，如图所示。用单色光垂直照射玻璃板，得到等间距干涉条纹，测出干涉条纹间的距
离，就可以算出金属丝的直径D。已知入射光的波长为λ，金属丝中心与劈尖顶点间的距离为L，其中
连续20 条亮条纹中心间距为d，D≪L。则金属丝的直径D 为（ ）
A．
B．
C．
D．
18．对于以下的光学现象说法中正确的是（ ）
A．图甲是双缝干涉示意图，若只增大两个狭缝S1、S2间的距离d，相邻亮条纹间距离Δx 将
增大
B．图乙是单色光单缝衍射实验现象，若在狭缝宽度相同情况下，下图对应光的波长较短
C．图丙是用干涉法检测工件表面平整程度时，得到的干涉图样，弯曲的干涉条纹说明被检测
的平面在此处是凹陷的
D．图丁中的P、Q 是偏振片，当P 固定不动，缓慢转动时，光屏上的光亮度将一明一暗交替
变化，此现象表明光波是纵波
（多选）19．两个透明标准板M 和N 间形成楔形空气薄层，用某单色光从上向下照射时，在空
气膜的上表面可观察到明暗相间的干涉条纹，某同学想利用该装置测量单色光的波长，他沿
着M 标准板测出从第1 条中心亮纹到第5 条亮纹中心的距离为L，斜面倾角为θ，则下列说法
中正确的是（ ）
A．波长大小为
B．波长大小为
C．实验中如果减小斜面的倾角，则相邻条纹间距将变大
D．实验中如果用波长更长的光照射，则相邻条纹间距将变大
20．如图甲所示为研究光的干涉与衍射现象的实验装置，狭缝S1、S2的宽度可调，狭缝到屏的距
离为L。同一单色光垂直照射在狭缝上，实验中分别在屏上得到了图乙、图丙所示图样（图中
阴影部分表示暗条纹）。下列说法不正确的是（ ）
A．图乙是光的双缝干涉图样，图丙是光的衍射图样
B．遮住一条狭缝，仅减小另一狭缝的宽度，图丙中亮条纹宽度将增大
C．照射双缝时，仅增大L，图乙中相邻亮条纹的中心间距减小
D．照射双缝时，若S1、S2到屏上P 点的距离差为半波长的奇数倍，P 点处是暗条纹
专题十一 光学
参考答案与试题解析
1.选C。【解答】因n>❑√2可得临界角
即C<45°
因射到B 点的光线的入射角为
可知光线1 会发生全反射；因射到C 点偏上的的光线的入射角为
可知光线2 会发生全反射。
2.选A。【解答】作出光在水晶中的光路如图所示
设P 点到内表面发生全发射的点距离为l，根据图中几何关系和正弦定理有
光在内环上刚好发生全反射，则
由对称性可知，光从P 点射入到从Q 点射出的时间为
又光在水晶中的传播速度
联立解得
3.选C。【解答】A．由于光线射到玻璃砖下表面的入射角等于上表面的折射角，根据光路可逆性可知，
a、b 两种单色光在下界面上不可能发生全反射，故A 错误；
BC．由图可知，单色光a 的偏折程度较大，则有
由于折射率越大，光的频率越大，则a 光的频率比b 光的频率大，由
可知a 光波长小于b 光波长，根据
Δx = L
d λ
可知进行双缝干涉实验，在其他条件相同的情况下，a 光条纹间距小于b 光条纹间距，故B 错
误，C 正确；
D．根据光电效应方程
若a 光照射到某金属上恰能发生光电效应，说明a 光的频率等于该金属的极限频率，则b 光的频
率小于该金属的极限频率，一定不能使该金属发生光电效应，故D 错误。
4.选A。【解答】A．根据图甲可知，太阳光（白光）通过三角形玻璃棱镜后，光的入射角相同，
但不同波长的光的折射角不同，根据光的折射定律可知，不同波长的光，尽管通过同样的介质，
光的折射率不同，故A 正确；
B．根据折射定律
可知，折射率越大，偏向角越大，故B 错误；
C．通过几何关系有
解得
说明偏向角θ 与折射率与棱镜顶角A 有关，故C 错误；
D．i3 最大为A，若A 小于临界角，则不会发生全反射，故D 错误。
5.选D【解答】A．光的颜色不同，频率不同，对介质的折射率不同，根据
可知，在介质中的传播速度也不同，A 错误；
B．从图中可看出到达B 点的光折射率较大，所以到达B 点的光频率较大，即为紫光，B 错误；
C．如图
设入射角为，折射角为
，根据折射定律，有
光在玻璃中传播的距离为
运动时间为
又
联立可得
所以两束光在玻璃中分别到达B、C 两点的传播时间相等，C 错误；
D．根据B 选项分析可知，到达B 点的光折射率较大且为紫光，如上图，设光线从玻璃射出时的入射角分
别为
和
，全反射临界角为
和
，根据
可知
若紫光能射出玻璃，则有
如图可知，
所以可得
所以红光也能从玻璃射出，D 正确。
故选D。
6.选A。【解答】作出光路图，如图所示。
根据光的折射知识可知，两束单色光射出玻璃后仍相互平行，根据题意作出光的折射的光路图，如图所示
当只向上平移玻璃砖，如图虚线的位置，由于入射角不变，折射角不变，则移动玻璃砖前后，同一个光线
在玻璃砖内的折射光线平行，射出玻璃砖后的折射光线平行，根据几何关系可得，向上平移玻璃砖后，穿
过玻璃砖下表面光线通过平移前的出射点，则射在光屏P 上的位置不变，距离不变。
故选A。
7.选A。【解答】A．光的频率越大，三棱镜对其折射率越大，则经三棱镜折射后偏折越明显，由题图可知
照射到光屏上a 点的光频率最小，照射到b 点的光频率最大，照射到a 点的光频率最小，A 正确；
B．照射到b 点的光频率大，三棱镜对其折射率n 大，在介质中的传播速度
则传播速度小，由题图可知照射到b 点的光在三棱镜中通过的路程最大，所以用时最长，B 错
误；
C．相同条件下，波长越长，衍射现象越明显，照射到b 点的光频率较大，波长较小，衍射现象
较不明显，C 错误；
D．根据几何关系可知，增大白光在M 点的入射角，经折射后所有光线在右侧界面的入射角均减
小，不可能发生全反射，D 错误。
故选A。
8.【答案】
(2)1.5m
【解 答】（1）当从S 发出的光在N 点处发生全反射时，其光路如图所示。
有
故得
解得
点光源发出的光能直接射出水面的面积
（2）在点光源正上方向的水面上看到点光源时，其光路如图所示。
由折射定律知
由几何关系知
，
联立代入数据解得能看到点光源的视深
9.【解答】（1）设被光照亮的圆形区域的半径为r，光路如图所示
根据几何关系可得
全反射临界角满足
甲灯泡发光区域的面积
联立解得
（2）同理可得乙灯泡发光区域的面积
又
解得乙灯泡的深度
（3）若在一次雨后，发现甲灯泡发光面积是原来的两倍，则
解得
水面上升的高度
10.【解答】（1）根据光的反射和光的折射定律，画出的光路图如图所示
根据折射率公式有
解得
由几何关系有
，
则水槽内水的深度为
因为光在水中的速度为
所以红色激光从入射点经水到达B 点所用的时间为
（2）如果改用蓝色激光从C 点以同样入射角射入，因为水对蓝光的折射率大于对红光的折射率，所以折
射角
所以
，
因此
、
之间的距离小于
。
11.【解答】（1）由光的传播速度与介质折射率的关系得
解得该单色光在水中的折射率
（2）由全反射临界角公式可得
可得
观察者看到水面上的发光区域是一个半径为
的圆面，如图所示
由几何关系得
代入数据解得
12. 选A。【解答】根据干涉条纹间距公式
可知当P2 旋转时，L、D、
均不变，故条纹间距不变；随着P2 的旋转，透过P2 的光强在减
小，干涉条纹的亮度在减小。
13. 【解答】（1）由折射定律可知，全反射的临界角满足
设未滴油时，O 点发出的光在盖玻片的上表面的透光圆的半径为r，由几何关系
代入数据解得
根据
所以未滴油时，O 点发出的光在盖玻片的上表面的透光面积为
（2）当光从O 点垂直于盖玻片的上表面入射时，传播的时间最短，则未滴油滴时，光从O 点传
播到物镜的最短时间为
滴油滴时，光从O 点传播到物镜的最短时间为
故
14.选C.【解答】干涉条纹是由凸透镜下表面与平面玻璃间空气膜上、下表面的反射光叠加形成
的，越靠近透镜边缘，空气膜的厚度变化越快，观察到的圆环状条纹间距越来越小，条纹越来越
密集，ABD 错误，C 正确。
15.选D。【解答】根据相邻条纹间距公式
可知，若要减小条纹间距∆x，则可以减小光屏到双缝的距离L，减小波长λ，增大双缝间距d，由于红光波
长比紫光更长，所以可以将红色滤光片换成紫色滤光片，减小波长。
16．选A。【解答】解：温度升高时，G 和C 均发生热膨胀，体积增大，已知C 的膨胀系数小于G 的
膨胀系数，温度升高，G 比C 膨胀明显，石英板上升的高度比C 上表面上升的高度大，则劈形空气层
厚度变大；
从劈形空气层的上下表面分别反射的两列光是相干光，发生干涉现象，出现条纹。根据条纹的位置与
空气层的厚度是对应的，劈形空气层厚度变大，同一厚度的空气层向劈尖移动，条纹向劈尖移动，即
条纹向左移动，故A 正确，BCD 错误。
17.选B。【解答】解：由题知，相邻两条亮条纹或暗条纹之间对应的空气层厚度差为0.5λ，
因为连续20 条亮条纹中心间距为d，则相邻亮条纹间距为：
，
因为D≪L，则由几何关系可知：
，
联立可得：D＝
，
故B 正确，ACD 错误；
18．选B。【解答】解：A．根据
可知只增大两缝距离d，相邻亮条纹间距离Δx 将减小，故
A 错误；
B．由图可知，上图的衍射现象比下图更明显，可知在狭缝宽度相同情况下，下图对应的光波长较短，
故B 正确；
C．由图可知，条纹向空气薄膜较厚处发生弯曲，说明弯曲处的光程差变短，空气薄膜间距变小，则被
检测的平面在此处是凸起的，故C 错误；
D．缓慢转动Q 时，光屏上的光亮度将一明一暗交替变化，表明光振动的方向与传播的方向垂直，光波
是横波，故D 错误。
19.选CD。【解答】解：AB、相邻两个亮纹之间的距离为
，相邻两个亮条纹之间的空气薄膜的
厚度差为
，根据图中几何关系有
，解得
，故AB 错误；
CD、根据
可知，实验中如果减小斜面的倾角，则相邻条纹间距将变大；实验中如果用波
长更长的光照射，则相邻条纹间距将变大，故CD 正确。
20．选C。【解答】解：A、双缝干涉图样的相邻亮或暗条纹的间距不变，故乙为双缝干涉图样，而衍射
图样为中间宽两侧窄的特点，故图丙为光的衍射图样，故A 正确；
B、狭缝越小，衍射的范围越大，衍射条纹越宽，遮住一条狭缝，另一狭缝宽度减小，其他条件不变，
则衍射现象增强，图丙中亮条纹宽度将增大，故B 正确；
C、根据双缝干涉公式
，可知当仅增加L 时，图乙中相邻亮条纹的中心间距增大，
故C 错误；
D、照射双缝时，若S1、S2到屏上P 点的距离差为半波长的奇数倍，即为暗条纹，故D 正确。
本题选择不正确的，
