上海市北虹高中2019-2020学年高中物理沪科版选修3-4：光的波动性 章末综合复习测评（含解析）

光的波动性
1．在观察光的单缝衍射现象时，当狭缝宽度从 0.1mm 逐渐增加到 0.5mm 的过程中，通过狭缝观察线状光源的情况是（　　）
A．不再发生衍射现象 B．衍射现象越来越不明显
C．衍射条纹亮度逐渐变暗 D．衍射条纹的间距逐渐变大
2．直线P1P2过均匀玻璃球球心O，细光束a、b平行且关于P1P2对称，由空气射入玻璃球的光路如图所示。a、b光相比（　　）
A．a光的频率比b光的小
B．玻璃对a光的折射率较大
C．b光在玻璃中的传播速度较大
D．用同一衍射实验装置做实验，a光的衍射条纹宽度相等且比b光的宽
3．如图所示，相互平行的平面Ⅰ和Ⅱ为两种光介质的分界面，两平面外为介质1，两平面间为介质2，一单色光以一定的入射角入射到界面Ⅰ上，已知介质Ⅰ和介质Ⅱ对此光的折射率分别为n1和n2，则以下说法正确的有 （　　）
A．若n1B．若n1C．若n1>n 2，此光线一定在界面Ⅰ上发生全反射
D．若n1>n 2，此光线可能在界面Ⅰ上发生全反射
4．下列有关光现象的理解，正确的是（　　）
A．光导纤维丝内芯材料的折射率应比外套材料的折射率大
B．汽车尾灯为红色，是因为红光比其它可见光波长长，易发生干涉
C．照相机镜头镀上一层增透膜，是为了使拍摄的景物呈淡紫色
D．泊松亮斑是光的干涉现象
5．如图所示，真空中有一个半径为R，质量分布均匀的玻璃球，频率为的细激光束在真空中沿直线BC传播，并于玻璃球表面的C点经折射进入玻璃球，并在玻璃球表面的D点又经折射进入真空中，已知，玻璃球对该激光的折射率为，则下列说法中正确的是（ ）
A．出射光线的频率变小
B．改变入射角的大小，细激光束可能在玻璃球的内表面发生全反射
C．此激光束在玻璃中穿越的时间为（c为真空中的光速）
D．激光束的入射角为=45°
6．一半径为R的半圆形玻璃砖放置在竖直平面上，其截面如下图所示. 图中O为圆心，MN为竖直方向的直径.有一束细光线自O点沿水平方向射入玻璃砖，可以观测到有光线自玻璃砖内射出，现将入射光线缓慢平行下移，当入射光线与O点的距离为d时，从玻璃砖射出的光线刚好消失.则此玻璃的折射率为（ ???）
A． B． C． D．
7．如图所示，从点光源S发出的一束复色光，以一定的角度入射到玻璃三棱镜的表面，经过三棱镜的两次折射后分为a、b两束光。下面的说法中正确的是（　 　）
A．在三棱镜中a光的传播速率小于b光的传播速率
B．若从同一介质射入真空，发生全反射时a光的临界角比b光大
C．通过同一双缝干涉装置产生的干涉条纹的间距Δxa<Δxb
D．a、b两束光分别照射到同种金属上，测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub，Ua8．假如平静的水面下相同深度处有a、b、c三种不同颜色的单色点光源，有人在水面正上方同等条件下观测发现：b在水下的像离水面距离最大，c照亮水面（透光面）的面积比a的大。关于这三种光的性质，下列说法正确的是（　　）
A．c光的频率最大
B．真空中b光的波长最长
C．a光在水中的传播速度最小
D．通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距最大
9．如图所示，两束单色光a、b从水下面射向A点，光线经折射后合成一束光c，下列说法正确的是（　　）
A．a光的频率大于b光的频率
B．真空中a光的波长大于b光的波长
C．a光和b光在空气中相遇后能够发生干涉现象
D．若a光与b光以相同的入射角由水射向空气，在不断增大b入射角的过程中水面上首先消失的是b光
10．关于光现象及其应用，下列说法正确的是（ ）
A．泊松亮斑是光的衍射现象
B．拍摄玻璃橱窗内的物品时，在镜头前加一个偏振片可以减弱玻璃表面的反射光进入镜头
C．用双缝干涉仪做光的双缝干涉实验时，紫光条纹间距大于红光条纹间距
D．在水中红光的传播速度小于紫光的传播速度
11．如图所示，沿x轴正方向传播的一列简谐横波在某时刻的波形图为一正弦曲线，其波速为200m/s，则下列说法正确的是（　　）
A．图示时刻质点b的加速度正在增大
B．从图示时刻开始，经0.01s，质点b位于平衡位置上方，并向y轴正方向做减速运动
C．从图示时刻开始，经0.01s，质点a沿波传播方向迁移了2m
D．若该波发生明显的衍射现象，则它所遇到的障碍物或孔的尺寸一定比4m大得多
12．如图所示，P、Q是两种透明材料制成的两块直角梯形的棱镜，叠合在一起组成一个长方体。某单色光沿与P的上表面成θ角的方向斜射向P，其折射光线正好垂直通过两棱镜的界面。已知材料的折射率nPA．光线在Q的下表面可能发生全反射
B．如果光线从Q的下表面射出，出射光线一定与入射到P的上表面的光线平行
C．如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定小于θ
D．如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面所夹的锐角一定于大θ
13．如图，激光的波长为5.30×10－7 m，屏上P点距双缝S1和S2的路程差为7.95×10－7 m，则在这里出现的应是_________(填“明条纹”或“暗条纹”)。现改用波长为6.30×10－7 m的激光进行上述实验，保持其他条件不变，则屏上的条纹间距将_________(填“变宽”“变窄”或“不变”)。
14．(1)光线由一种介质Ⅰ射向另一种介质Ⅱ时，若这两种介质的折射率不同，则光线________．
A．若进入介质Ⅱ中，传播速度一定改变
B．若进入介质Ⅱ中，传播方向一定改变
C．一定能进入介质Ⅱ中传播
D．不一定能进入介质Ⅱ中传播
(2)如图所示，平面MN是介质与真空的交界面，介质中有一点A，真空中有一点B，P是A、B连线与界面的交点，如果A点发出的一束激光，射到界面上的Q点(图中未画出)，进入真空后经过B点．则Q点在P点的________ (填“左侧”或“右侧”)．
(3)放在空气中的玻璃砖，如右图所示，有一束光射到界面ab上，下列说法正确的是________．
A．在界面ab入射角大于临界角的光将不会进入玻璃砖
B．光传播至界面cd后，有可能不从界面cd射出
C．光射到界面ab后，不可能发生全反射
D．光传播至界面cd后，一定会从界面cd射出
15．如图为玻璃三棱镜，其界面ABC为直角三角形，一光线以的人射角射到侧面AB上，∠B=；若三棱镜的另一侧面BC上折射光线恰好消失。求：
(i)玻璃的折射率；
(ii)画出光路图。
16．PQ为一接收屏，一半径为R=0.1m半球形透明物的直径MN恰好与接收屏垂直，如图所示，一细光束由透明物的右侧平行于接收屏射向透明物的球心。现让细光束以球心为圆心顺时针转过30°时，经观测接收屏上出现两个亮点，且两亮点之间的距离用L表示；细光束转过的角度为45°时，接收屏上刚好出现一个亮点。求：
(1)该透明物的折射率为多大？
(2)由以上叙述求L应为多长？
17．如图所示，MN是一个水平光屏，多边形ACBOA为某种透明介质的截面图。为等腰直角三角形，BC为半径R=8cm的四分之一圆弧，AB与光屏MN垂直并接触于A点。一束紫光以入射角i射向AB面上的O点，能在光屏MN上出现两个亮斑，AN上的亮斑为P1（未画出），AM上的亮斑为P2（未画出），已知该介质对紫光的折射率为。
(1)当入射角i=30°时，求AN上的亮斑P1到A点的距离x1；
(2)逐渐增大入射角i，当AN上的亮斑P1刚消失时，求此时AM上的亮斑P2到A点的距离x2。
18．如图，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为3.0 m．从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为4/3．
（i）求池内的水深；
（ii）一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到地面的高度为2.0 m．当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45°．求救生员的眼睛到池边的水平距离（结果保留1位有效数字）．
参考答案
1．B
【解析】
AB．当狭缝宽度增大，衍射现象越来越不明显，但不会不发生衍射，A错误，B正确；
C．当狭缝宽度增大，衍射亮条纹宽度变窄，亮度变亮，CD错误。
故选B。
2．A
【解析】
AB．由图知，光线进入玻璃砖后，b光的偏折角大，则玻璃对b光的折射率较大，玻璃对a光的折射率较小，则a光的频率比b光的小，故A正确，B错误；
C．玻璃对a光的折射率较小，由可知，a光在玻璃中的传播速度较大，故C错误；
D．衍射条纹宽度是不均匀的，中央宽两边窄，故D错误。
故选A。
3．D
【解析】
AB．无论n1＞n2，还是n1＜n2，此光线若能射入介质2，则在界面Ⅱ上的折射角一定和介质1中的入射角相等，即不可能发生全反射，故AB错误；
CD．若n1＞n2，此光线在界面Ⅰ是从光密介质射向光疏介质，有可能发生全反射，故C错误，D正确。
故选D。
4．A
【解析】
根据光的全反射条件，即可求解；红光的波长比其它可见光长，更容易发生衍射；根据光的干涉条件及原理，即可求解；泊松亮斑是光的衍射现象．
【详解】
A、光导纤维丝，是利用光的全反射现象，由全反射条件，可知，则其的内芯材料的折射率比外套材料的折射率大；故A正确．B、根据红光的波长比其它可见光长，更容易发生衍射现象；故B错误．C、在选择增透膜时，一般是使对人眼灵敏的绿色光在垂直入射时相互抵消，这时光谱中其它频率的光将大部分抵消，因此，进入镜头的光有很多，但以抵消绿光为主，这样照相的效果更好．对于增透膜，有约1.3%的光能量会被反射，再加之对于其它波长的光，给定膜层的厚度是这些光在薄膜中的波长的0.25倍，从薄膜前后表面的反射绿光相互抵消，镜头呈淡紫色；故C错误．D、泊松亮斑是光绕过障碍物继续传播的现象，是衍射现象；故D错误．故选A．
【点睛】
本题考查光的干涉应用，与全反射的条件理解，要我们用所学的物理知识进行解答，解答此类题的关键是首先找出是用哪一部分的知识来进行解答，注意光的干涉、衍射和全反射的知识，会对生活中的现象用物理知识去解释．
5．C
【解析】
A.光在不同介质中传播时，频率不会发生改变，所以出射光线的频率不变，故A错误；
B. 激光束从C点进入玻璃球时，无论怎样改变入射角，折射角都小于临界角，根据几何知识可知光线在玻璃球内表面的入射角不可能大于临界角，所以都不可能发生全反射，故B错误；
C. 此激光束在玻璃中的波速为
CD间的距离为
则光束在玻璃球中从到传播的时间为
故C正确；
D. 由几何知识得到激光束在在点折射角，由
可得入射角，故D错误。
6．C
【解析】
【详解】
根据题意可知，当入射光线与O点的距离为d时，从玻璃砖射出的光线刚好消失，光线恰好在MN圆弧面上发生了全反射，作出光路图，如图
根据几何知识得：
,
联立得：
A. 与上述计算结果 不相符，故A错误；
B. 与上述计算结果 不相符，故B错误；
C. 与上述计算结果相符，故C正确；
D. 与上述计算结果 不相符，故D错误。
7．AC
【解析】
【分析】
【详解】
A． 由光路图可知，a光的偏折程度大于b光的偏折程度，所以a光的折射率较大，根据知，在三棱镜中a光的传播速率小于b光的传播速率，故A正确；
B． a光的折射率大于b光的折射率，由分析知，发生全反射时a光的临界角比b光小，故B错误；
C． a折射率大，波长短，根据双缝干涉条纹间距公式，知a光的双缝干涉条纹间距比较窄，即△xa＜△xb，故C正确；
D． a、b两束光分别照射到同种金属上，根据光电效应方程得：Ek=hγ-W0，设遏止电压为Uc，由动能定理得
-eUc=0-Ek
联立得
eUc=hγ-W0
因为a光的频率比b光的高，则Ua＞Ub，故D错误。
故选：AC。
8．BC
【解析】
【分析】
【详解】
B．根据视深公式
知折射率最小的光，在水下的像最深，所以b的折射率最小，频率最小，波长最长，故B正确；
AC．照亮水面的圆面积的半径R与临界角C满足
又
c照亮水面的面积比a的大，则c的临界角大，水对c的折射率小，所以a的折射率最大，a的频率最大，a的传播速度最小，故A错误，C正确；
D．因a的频率最大，则a的波长最小，当发生双缝干涉时，根据
可知a的的相邻条纹间距最小，故D错误。
故选BC。
9．BD
【解析】
【分析】
【详解】
A．由折射图可知a光的入射角大于b光，a光的频率小于b光的频率，故A错误；
B．由公式可知，频率越大，波长越小，所以真空中a光的波长大于b光的波长，故B正确；
C．发生干涉现象的条件是光的频率相同，由图可知，a光、b光的频率不同，故不能发生干涉现象，故C错误；
D．根据光路可逆和斯涅尔定律，假设a为红光，b为紫光，红光的波长最长，在介质中的速度最大，临界角最大，不易发生全反射，衍射本领最强，故D正确。
故选BD。
10．AB
【解析】
【分析】
【详解】
A．泊松亮斑，光偏离原来的直线方向传播，是光的衍射现象，故A正确；
B．反射光属于偏振光，拍摄玻璃橱窗内的物品时，要在镜头前加装一个偏振片以过滤橱窗玻璃的反射光，故B正确；
C．紫光的波长小于红光的波长，根据知，因红光的波长大，则红光条纹间距大，故C错误；
D．紫光的折射率大于红光的折射率，根据知，水中红光的传播速度比紫光快，故D错误。
故选AB。
11．AB
【解析】
【分析】
【详解】
A．由于波沿x轴正方向传播，根据“上下坡”法，知道b质点正向下振动，位移增大，加速度正在增大，故A正确；
B．由图知，波长λ=4m，则该波的周期为
从图示时刻开始，经过0.01s，即半个周期，质点b位于平衡位置上方，并向y轴正方向做减速运动，故B正确；
C．质点a不会沿波传播方向迁移，故C错误；
D．当波的波长比障碍物尺寸大或差不多时，就会发生明显的衍射，所以若该波发生明显的衍射现象，则该波所遇到的障碍物尺寸一定比4?m小或和4m差不多，故D错误。
故选：AB。
12．AC
【解析】
【分析】
【详解】
A．单色光斜射向P，光在P中的折射角小于临界角；Q的折射率大，则光线从Q射向空气的临界角；光线正好垂直通过两棱镜的界面，沿直线射到Q的下表面，由于光在Q的下表面的入射角与临界角关系不清楚，光线在Q的下表面可能发生全反射，不从Q的下表面射出，也可能不发生全反射，从Q的下表面射出，故A正确；
BCD．如果光线从Q的下表面射出，光路图下图所示。
根据折射定律
，
由几何知识的，由题，可得
所以
故BD错误，C正确。
故选AC。
13．暗条纹 变宽
【解析】
试题分析：根据产生明条纹或暗条纹的条件就是看光程差是否为半波长整数倍，若是则为明条纹。，所以为暗条纹。根据可知，在波长变大的情况下，其他条件不变，条纹间距会变宽
考点：光的干涉
点评：本题考查了光的干涉现象中的明条纹、暗条纹的判断。通过公式可以分析处波长变长在其他条件不变时，条纹间距应变宽
14． AD 左侧 CD
【解析】（1）光线从一种介质进入另一种介质，由于折射率不同，则传播速度大小不等，速度方向不一定改变，比如从一种介质垂直进入另一种介质，传播方向不变，故A正确，B错误．若光从光密介质进入光疏介质，入射角大于临界角，则会发生全反射，故C错误，D正确． 故选AD．
（2）光从介质射入真空折射时，折射角大于入射角，作出光路图，所以Q点在P点的左侧．
（3）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A错误，C正确．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B错误，D正确．
故选CD．
15．（i）；（ii）
【解析】
【分析】
【详解】
(i)光路图如图所示，入射光线与AB面的夹角为，折射角为θ，
由折射定律可知，由几何关系可知，入射在BC边上的入射角为，此入射角为临界角，则
联立求得
(ii)光路图如图所示，光线最终从AC边射出。
16．(1)；(2)27.3cm
【解析】
【分析】
【详解】
(1)据题知，当转过角度刚好为45°时发生了全反射。临界角为C=45°，则折射率
(2)光路如图所示
由
解得
r=45°
根据反射定律知i′=30°，两个光斑S1、S2之间的距离为
L=Rtan45°+Rtan60°=(10+10)cm ≈ 27.3cm
17．(1)8cm；(2)8cm
【解析】
【分析】
【详解】
(1)根据题意画出光路图：
设分界面上的折射角为，根据折射定律
解得
在中
解得
(2)当光在面上的入射角满足
上的亮斑刚消失设紫光的临界角为，画出光路图
则有
当时，面上反射角，反射光线垂直射到面上后入射到上，则
解得
18．（i） （ii）0.7 m
【解析】
【分析】
【详解】
（i）如图，设达到池边的光线的入射角为i．依题意，水的折射率n=，光线的折射角θ=90°．
由折射定律有
nsin i=sinθ①
由几何关系有
sin i=②
式中，l=3 m，h是池内水的深度．联立①②式并代入题给数据得
h=m≈2．6 m③
（ii）设此时救生员的眼睛到池边的距离为x．依题意，救生员的视线与竖直方向的夹角为θ'=45°．由折射定律有
nsin i'=sin θ' ④
式中，i'是光线在水面的入射角．设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a．由几何关系有
sin i'=⑤
x+l=a+h' ⑥
式中h'=2 m．联立③④⑤⑥式得
x=(3–1)m≈0．7 m⑦
考点：光的折射定律