2019沪科版高中物理选修3-4第4章《光的波动性》测试题含答案

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2019沪科版高中物理选修3-4第4章《光的波动性》测试题
本试卷分第Ⅰ卷和第Ⅱ卷两部分，共100分，考试时间150分钟。
第Ⅰ卷
一、单选题(共20小题,每小题3.0分,共60分)


1.用包括有红光、绿色、紫光三种色光的复合光做光的干涉实验，所产生的干涉条纹中，离中央亮纹最远的干涉条纹是(　　)
A． 紫色条纹
B． 绿色条纹
C． 红色条纹
D． 都一样近
【答案】C
【解析】本题考查干涉条纹与入射光波长之间的关系，由相邻两条亮条纹间的间距Δx＝λ可知：条纹间的间距与波长成正比，故C项正确．
2.半径为R的玻璃半圆柱体，截面如图所示，圆心为O，两束平行单色光沿截面射向圆柱面，方向与底面垂直，∠AOB＝60°，若玻璃对此单色光的折射率n＝，则两条光线经柱面和底面折射后的交点与O点的距离为(　　)

A．
B．
C．
D．R
【答案】B
【解析】光路图如图所示，

可知θ1＝60°
由折射率n＝＝，可得θ2＝30°
由几何关系得：光线射到底边上时的入射角θ3＝30°
光线在底边折射时，由折射定律得n＝
可得：θ4＝60°
由几何知识得：CO＝CB，所以OC＝＝R
在△OCD中可得：所求距离d＝OD＝OCtan 30°＝，故A、C、D错误，B正确．故选B.
3.如图所示，两束单色光a、b射向一块半圆柱形玻璃砖圆心O，经折射后沿Oc射出玻璃砖．下列说法正确的是(　　)

A． 玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率
B．a光的频率大于b光的频率
C． 在真空中，a光的传播速度小于b光的传播速度
D． 在玻璃中，a光的传播速度大于b光的传播速度
【答案】B
【解析】由图知，两束光的折射角相等，a的入射角大于b的入射角，通过折射定律n＝可知，玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率，故A错误．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，故B正确．在真空中，a光和b光的传播速度相同，故C错误．由于玻璃砖对a光的折射率大，则由公式v＝知，在玻璃砖中a光的传播速度小于b光的传播速度．故D错误．故选B.
4.如图所示，两束不同的单色光P和Q，沿半径方向射向半圆形玻璃砖，其折射光线都是从圆心O点沿OF方向射出，则在该玻璃中(　　)

A．P光束的折射率比Q光束的折射率大
B．P光束的频率比Q光束的频率小
C．P光束的波长比Q光束的波长小
D．P光束传播时间比Q光束所需时间长
【答案】B
【解析】由图看出，单色光Q的偏折角较大，根据折射定律得知，玻璃对单色光Q的折射率较大，故A错误．折射率越小，光的频率越小，所以P光束的频率比Q光束的频率小，故B正确．由c＝λf知光的频率越小，波长越长，则P光束的波长比Q光束的波长大，故C错误．由v＝分析得知，P光在玻璃传播速度较大，所以P穿过玻璃砖所需时间比Q短，故D错误．故选B.
5.单色光通过双缝产生干涉现象，同种单色光通过单缝产生衍射现象，在光屏上都得到明暗相间的条纹，比较这两种条纹(　　)
A． 干涉、衍射条纹间距都是均匀的
B． 干涉、衍射条纹间距都是不均匀的
C． 干涉条纹间距不均匀，衍射条纹间距均匀
D． 干涉条纹间距均匀，衍射条纹间距不均匀
【答案】D
【解析】干涉条纹间距均匀，而衍射条纹间距不均匀， 中央亮条纹最宽，D正确
6.两束单色光线A，b以相同的角度从某种玻璃射入空气，发现a发生了全反射，b没有发生全反射，则下列说法中正确的是（　　）
A． 光线a的波长较大
B． 玻璃对光线a的折射率较大
C． 光线b的临界角较小
D． 光线b在玻璃中的速度较小
【答案】B
【解析】A，两束单色光线A，b以相同的角度从某种玻璃射入空气，发现a发生了全反射，b没有发生全反射，知a光的临界角小于b光的临界角，根据sinC=知，a光的折射率大，则a光的频率大，根据知a光的波长较小．故A错误，B正确，C错误．
D，根据v=知，a光的折射率大，则a光在介质中的速度小，b光在介质中的速度大小．故D错误．
7.如图所示，将一束由两种色光混合的复色光沿SE方向射向一上、下表面平行的厚玻璃平面镜上表面，得到三束光线A、B、C，若平面镜的上、下表面足够宽，则(　　)

A． 光束A为单色光，光束B、C为复色光
B． 玻璃对光束C的折射率大于对光束B的折射率
C．A、B、C三束光线一定互相平行
D． 通过相同的双缝干涉装置，光束B产生的相邻亮条纹间距要大于光束C产生的相邻亮条纹间距
【答案】C
【解析】两种色光在上表面都发生反射，反射角相同，则由图可知光束A是复色光．而光束B、C由于折射率的不同导致偏折分离，因为厚玻璃平面镜的上下表面是平行的．根据光的可逆性，知两光速仍然平行射出，且光束B、C是单色光．故A错误；由图知：光束B的偏折程度大于光束C，根据折射定律可知光束B的折射率大于光束C，故B错误．一束由两种色光混合的复色光沿SE方向射出，经过反射、再折射后，光线仍是平行，因为光的反射时入射角与反射角相等．所以由光路可逆可得出射光线平行．改变α角，光线A、B、C仍保持平行，故C正确；光束B的折射率大于光束C的折射率，则光束B的频率大于光束C，光束B的波长小于光束C的波长，而双缝干涉条纹间距与波长成正比，则双缝干涉实验中光B产生的条纹间距比光束C的小，故D错误．

8.在双缝干涉实验中，使甲波长为λ的单色光，中间零级亮条纹到双缝的距离相等，那么第四级亮条纹到双缝的距离差是(　　)
A． 2λ
B． 2.5λ
C． 3λ
D． 4λ
【答案】D
【解析】根据双缝干涉的条纹原理可知，第四级亮条纹到双缝的距离差为4λ，故D正确，A、B、C错误．
9.两束细平行光a和b相距为d，从空气中互相平行地斜射到长方体玻璃砖的上表面，如图所示，若玻璃对a的折射率小于对b的折射率．当它们从玻璃砖的下表面射出后，有(　　)

A． 两束光仍平行，间距等于d
B． 两束光仍平行，间距大于d
C． 两束光仍平行，间距小于d
D． 两束光不再相互平行
【答案】B
【解析】作出两种光线在平行玻璃砖的光路图．根据na＝，nb＝，由题意知nad.光线经两侧面平行的玻璃砖后方向不变，折射光线平行．B对．

10.如图所示，两束不同的单色光P和Q以适当的角度射向半圆形的玻璃砖，然后均有O点沿OF方向射出，则下列说法正确的是(　　)

A．P在真空中的传播速度比Q大
B．P和Q由水中射向空气中时，P的临界角小
C．P穿过玻璃砖所需时间比Q短
D． 分别用P和Q做同一双缝干涉实验时，P对应的干涉条纹间距小
【答案】C
【解析】不同频率的光在真空中的光速是相同的，故A错误．由图可知：单色光P和Q的折射角相等，P光的偏折角较小，根据折射定律知P光的折射率比Q光的小，根据临界角公式sinC＝，知P光发生全反射的临界角较大，故B错误．由v＝知P光在玻璃砖中传播速度大，而单色光在玻璃砖中传播的距离相等，故P光穿过玻璃砖所需的时间比Q光短，故C正确．P光的折射率小，频率小，波长长，根据双缝干涉条纹的间距与波长成正比，则知P光形成的干涉条纹间距比Q光的大，故D错误．
11.自行车尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间行驶时，从后面开来的汽车发出的强光照在自行车尾灯上，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车．尾灯由透明介质做成，其外形如图所示．下列说法中正确的是(　　)

A． 汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
B． 汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射
C． 汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射
D． 汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射
【答案】B
【解析】光线应该从右边入射，在左边两个直角边上连续发生两次全反射，利用全反射棱镜的原理使入射光线偏折180°，B正确．
12.一束单色光经由空气射入玻璃，这束光的(　　)
A． 速度变慢，波长变短
B． 速度不变，波长变短
C． 频率增高，波长变长
D． 频率不变，波长变长
【答案】A
【解析】一束单色光经由空气射入玻璃，是由光疏介质进入光密介质，由n＝可知，光的传播速度变慢；一单色光在不同的介质中传播时频率不变，由v＝λf可知，波长变短；综上所述可知选项A正确，选项B、C、D错误．
13.红宝石激光器发出的激光波长为693 nm，让红宝石激光器发出的激光和太阳光经绿色滤光片(只让绿光通过)后获得的绿色光分别通过同一个小孔发生衍射现象，则(　 )
A． 激光的衍射现象较明显，衍射条纹较宽
B． 绿色光的衍射现象较明显，衍射条纹较宽
C． 两者衍射同样明显，衍射条纹的宽度也相等
D． 由于是不同性质的光，无法比较它们的衍射现象程度和条纹宽度
【答案】A
【解析】该激光和绿色光都是可见光，但该激光的波长比绿色光长，通过同样的小孔发生衍射现象时激光比绿色光明显，激光的衍射条纹也比绿色光的衍射条纹宽，因此选项A正确，B、C、D都错．
14.如图所示为地球及其大气层，高空有侦察卫星A接收到地球表面p处发出的光信号，则A感知到的发光物应在(　　)

A． 图中p点
B． 图中p点靠近M的一侧
C． 图中p点靠近N的一侧
D． 以上位置都有可能
【答案】B
【解析】由于大气层的存在，

侦察卫星在A处接收到的p处发出的光信号的光路大致如图中实线所示，由图可知选项B正确，A、C、D错误．
15.如图所示是一个圆柱体棱镜的截面图，图中E、F、G、H将半径OM分成5等份，虚线EE1、FF1、GG1、HH1平行于半径ON，ON边可吸收到达其上的所有光线．已知该棱镜的折射率n＝，若平行光束垂直入射并覆盖OM，则光线(　　)

A． 不能从圆弧NF1射出
B． 只能从圆弧NG1射出
C． 能从圆弧G1H1射出
D． 能从圆弧H1M射出
【答案】B
【解析】设圆弧的半径为R，由临界角公式sinC＝，所以RsinC＝R＝R，由题可知，设当光线从G点入射到圆弧面G1点时，恰好发生全反射．当入射点在G1的右侧时，入射角大于临界角，将发生全反射，光线将不能从圆弧射出．当入射点在G1的左侧时，入射角小于临界角，不发生全反射，光线将从圆弧面射出，所以光线只能从圆孤NG1射出，B正确．

16.全息照相在拍摄过程中，应用了激光的什么特点(　　)
A． 干涉
B． 衍射
C． 偏振
D． 直线传播
【答案】A
【解析】在拍摄全息相片时，同一束激光分为两部分，一部分直接照射到底片上，另一部分通过拍摄物反射到底片上，在底片上发生干涉，底片记录下干涉条纹，因此应用了激光的干涉原理．
17.一束单色光从真空斜射向某种介质的表面，如图所示．下列说法中正确的是(　　)

A． 介质的折射率等于
B． 介质的折射率等于1.5
C． 介质的折射率等于
D． 增大入射角，可能发生全反射现象
【答案】A
【解析】根据折射率的定义得：n＝＝＝，故A正确，B、C错误；光从真空斜射向某种介质的表面，是从光疏介质射向光密介质，不可能发生全反射，故D错误．故选A.
18.如图所示是一种利用光纤温度传感器测量温度的装置，一束偏振光射入光纤，由于温度的变化，光纤的长度、芯径、折射率发生变化，从而使偏振光的透振方向发生变化，光接收器接收的光强度就会变化．设起偏器和检偏器透振方向相同，关于这种温度计的工作原理，正确的说法是 (　　)

A． 到达检偏器的光的透振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大
B． 到达检偏器的光的透振方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大
C． 到达检偏器的光的透振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小
D． 到达检偏器的光的透振方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小
【答案】B
【解析】偏振光通过一些介质后，其振动方向相对原来的振动方向会发生一定角度的旋转，旋转的这个角度叫旋光度，旋光度与介质的浓度、长度、折射率等因素有关．测量旋光度的大小，就可以知道介质相关物理量的变化．若待测物体的温度越高，则偏振光通过光纤后的旋光度越大，通过检偏器后光的强度就会越小，故选B.
19.如图所示，把一个凸透镜的弯曲表面压在另一个玻璃平面上，让单色光从上方射入，这时可以看到亮暗相间的同心圆环，对这些亮暗圆环的相关阐释合理的是(　　)

A． 远离中心点处亮环的分布较疏
B． 用白光照射时，不会出现干涉形成的圆环
C． 是透镜曲面上反射光与透镜上方平面上的反射光干涉形成的
D． 与同一亮环相对应的空气薄膜的厚度是相同的
【答案】D
【解析】远离中心点处亮环的分布较密，故A错误；用白光照射时，仍然会出现干涉形成的圆环，故B错误；这些亮暗圆环是透镜曲面上反射光与玻璃平面上的反射光干涉形成的，故C错误；当光程差为波长的整数倍时是亮条纹，与同一亮环相对应的各处空气薄膜的厚度是相同的，故D正确．
20.如图所示，OBCD为半圆柱体玻璃的横截面，OD为直径，一束由红光和蓝光组成的光从真空沿AO方向从直径面斜射入玻璃，B、C两点为两单色光的射出点．已知从B点射出的单色光由O到B的传播时间为tB，从C点射出的单色光由O到C的传播时间为tC，则(　　)

A．OC光线为红光，tB＝tC
B．OB光线为红光，tB＝tC
C．OC光线为红光，tB＞tC
D．OB光线为红光，tB＜tC
【答案】A
【解析】玻璃对红光的折射率小于对蓝光的折射率，由折射定律知，红光和蓝光以相同的入射角射入玻璃砖时，红光的折射角大，所以OC光线为红光．设任一光线在O点的入射角为i，折射角为r，光在玻璃中传播的路程是s，半圆柱的半径为R.则光在玻璃中的速度为：v＝；
由几何知识得：s＝2Rcos(90°－r)＝2Rsinr，
则光在玻璃传播时间为：t＝＝＝由折射定律得：nsinr＝sini
则得：t＝由题知，入射角i相同，R、c相等，所以时间t相同，即有tB＝tC.故A正确．故选：A.

第II卷
二、计算题(共4小题,每小题10.0分,共40分)


21.原子发生受激辐射时，发出的光的频率、发射方向等都跟入射光子完全一样，形成激光．激光测距仪——激光雷达(发出极短时间的激光脉冲)用来测量距离可以达到很高的精度，同时它还能测定被测目标的方位、运动速度和轨道，甚至能描述目标的形状，进行识别和自动跟踪．
(1)说明激光的主要特点；
(2)美国“阿波罗”宇宙飞船在登月科考活动中，在月球上安放了一台激光反射器，这台反射器成功地解决了用激光测量月地间距离的问题．请分析这台激光反射器用什么光学仪器好；
(3)在光的干涉实验中，为什么使用激光产生的干涉现象最清晰？
(4)激光束可切割物质，焊接金属以及在硬质难溶物体上打孔，是利用了激光的什么性质？
【答案】(1)高亮度，单色性好，方向性好，相干性好，平行度好
(2)全反射棱镜
(3)激光具有单色性好，易得到稳定的相干光源
(4)高能量，且方向性好
22.在双缝干涉实验中，双缝间的距离为0.02 cm，双缝到光屏的距离是100.00 cm，用一种黄光做此实验，在光屏上测出第1条与第21条黄色亮条纹中心间的距离是5.90 cm，试求这种黄光的波长．如果换用一种频率为4.00×1014Hz的红光做此实验，在光屏上6.00 cm范围内最多能有多少条暗条纹？
【答案】5.90×10－7m　16条
【解析】Δx＝＝m＝2.95×10－3m，
λ＝＝m＝5.90×10－7m而红光波长λ′＝m＝7.5×10－7m
Δx′＝λ′＝m＝3.75×10－3m，
所以暗条纹数为n＝＝16条．
23.如图所示，半圆形玻璃砖的半径为R，光屏PQ置于直径的右端并与直径垂直，一复色光与竖直方向成α＝30°角射入玻璃砖的圆心，由于复色光中含有两种单色光，故在光屏上出现了两个光斑，玻璃对这两种单色光的折射率分别为n1＝和n2＝.求：

(1)这两个光斑之间的距离；
(2)为使光屏上的光斑消失，复色光的入射角至少为多少？
【答案】(1)(1－)R　(2)45°
【解析】(1)作出光路图，由折射定律有：
n1＝，n2＝
代入数据得：β1＝45°，β2＝60°
故ab＝Pb－Pa＝Rtan 45°－Rtan 30°＝(1－)R.

(2)当两种色光在界面处均发生全反射时光屏上的光斑消失，且玻璃对其折射率为n2的色光先发生全反射，故sinC1＝＝
即入射角α＝C1＝45°.
24.半球面形的碗中盛满水，碗底中央放置一枚硬币A.一位观察者的眼睛高出碗口B的竖直距离为h.当观察者向后缓缓退步的过程中，他离碗口B的水平距离x超过何值时，就不能再看到碗底的硬币．已知水的折射率为n＝.

【答案】2h
【解析】作出光路图如图．

由n＝，得 sinθ＝nsin 45°＝×＝
由数学知识知x＝htanθ＝2h