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 单元测试题（含解析）

光的波动性
1．如图所示两细束单色光平行射到同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一个点M．则下列说法中正确的是（ ）
A．如 果 a为蓝色光,则b可能为红色光
B．在该三棱镜中a色光的传播速率比b光的传播速率大
C．棱镜射向空气中a色光的临界角比b色光的临界角大
D．a光的折射率小于b光折射率
2．如图所示，一细束红光和一细束蓝光平行射到同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一个点M，若用n1和n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，下列说法中正确的是 (　　)
A．n1B．n1C．n1>n2，a为红光，b为蓝光
D．n1>n2，a为蓝光，b为红光
3．如图，一细束白光通过玻璃三棱镜折射后分为各种单色光，取其中 a、b、c 三种色光，下列说法正确的 是（　　）
A．a、b、c 三色光在真空传播，a 光的波长最短
B．若三种色光在三棱镜发生全反射，则 a 光的临界角最大
C．a、b、c 三色光在玻璃三棱镜中传播，a 光速度最大
D．若分别让 a、b、c 三色光通过一双缝装置，则 a 光形成的干涉条纹的间距最大
4．如图所示，从点光源 S 发出的一细束白光以一定的角度入射到三棱镜的表面，经过三棱镜的折射后发生色散现象， 在光屏的 ab 间形成一条彩色光带.下面的说法中正确的是（ ）
A．A 侧是红色光，b 侧是紫色光
B．在真空中 a 侧光的波长大于 b 侧光的波长
C．在三棱镜中 a 侧光的传播速率小于 b 侧光的传播速率
D．在三梭镜中 a 侧光的临界角大于 b 侧光的临界角
5．下列四种电磁波中，最容易表现衍射现象的是（ ）
A．红外线 B．紫外线 C．无线电波 D．γ射线
6．如图所示，在一块平板玻璃上放置一平凸薄透镜，在两者之间形成厚度不均匀的空气膜，让一束单色光垂直入射到该装置上，结果在上方观察到同心圆环状干涉条纹，称为牛顿环。以下说法正确的是（　　）
A．干涉现象是凸透镜下表面反射光和凸透镜上表面反射光叠加形成的
B．干涉现象是凸透镜上表面反射光和玻璃上表面反射光叠加形成的
C．形成的干涉条纹是不等间距的
D．若将该装置放到真空中观察，就无法看到牛顿环
7．如图所示，一束光斜射向水面，入水后分成a、b两束，下列说法正确的是(　　)
A．a光比b光更容易发生衍射现象
B．a光的频率大于b光的频率
C．在水中a光的速度比b光的速度小
D．当a、b两种光从水射向空气时，a光的临界角大于b光的临界角
E.用同一双缝干涉实验装置分别以a、b光做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距
8．如图所示，a、b两束不同频率的单色光光束，分别从图示位置平行地由空气射向平静的湖面， 湖底面水平且铺有反射材料，两束光经两次折射和一次反射后，一起从湖面O处射出。下列说法正确的是
A．a光在水中的传播速度比b光小
B．两束光从O处射出时方向一定相同
C．改变两束光的入射角，则两束光均有可能在O点的左侧发生全反射
D．用相同的双缝干涉装置进行实验时，a光的条纹间距较大
9．如图所示，在双缝干涉实验中，S1 和S2 为双缝，P 是光屏上的一点，已知 P 点与 S1 和S2 距离之差为 2.1×l0-6m， 分别用 A、B 两种单色光在空气中做双缝干涉实验，已知 A 光在折射率为 n=1.5 的介质中波长为 4×l0-7m，B 光在这种介质中波长为 3.15×l0-7m，当 B 光从这种介质射向空气时，临界角为 37°。以下说法正确的有（ ）
A．用A 光做双缝干涉实验时，P 点是亮条纹
B．用A 光做双缝干涉实验时，P 点是暗条纹
C．用B 光做双缝干涉实验时，P 点是亮条纹
D．用B 光做双缝干涉实验时，P 点是暗条纹
10．某学习小组利用大色拉油圆桶（去掉上半部）、小石子 d来测定水的折射率，如图所示.当桶内没有水时，从某点B恰能看到桶底边缘的某点C；当桶内水的深度等于桶高的一半时，仍沿BC 方向看去，恰好看到桶底上的小石子A在圆桶的底面直径CD上；用毫米刻度尺铡得直径CD=16.00cm，桶高DE=12.00cm；AC=3.50cm；光在真空中的传播速度为c=3×108m/s，则
A．水的折射率为
B．水的折射率为
C．光在水中的传播速度为2×108m/s
D．光在水中的传播速度为2.25×108m/s
11．如图所示，一束黄光和一束紫光，从圆心O点以相同角度沿PO方向射入横截面为半圆形的玻璃柱体，其透射光线分别从M、N两点射出，已知=60°，60°，光速m/s，则下列说法正确的是（ ）
A．两束光穿过玻璃柱体所需时间相同
B．ON是黄光，OM是紫光
C．玻璃对OM光束的折射率为
D．OM光束在该玻璃中传播的速度为m/s
E.分别用OM、ON光束在同一个双缝干涉实验装置上做实验，OM光束的相邻两个亮条纹的中心间距大于ON光的相邻两个亮条纹的中心间距
12．如图，空气中有两块材质不同、上下表面平行的透明玻璃板平行放置；一细光束从空气中以某一角度θ（0＜θ＜90°）入射到第一块玻璃板的上表面．下列说法正确的是（ ）
A．在第一块玻璃板下表面一定有出射光
B．在第二块玻璃板下表面一定没有出射光
C．第二块玻璃板下表面的出射光方向一定与入射光方向平行
D．第二块玻璃板下表面的出射光一定在入射光延长线的左侧
E.第一块玻璃板下表面的出射光线一定在入射光延长线的右侧
13．在利用插针法测定玻璃砖折射率的实验中:

（1）甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面aa'和bb'后，不小心碰了玻璃砖使它向aa'方向平移了少许，如图甲所示．则他测出的折射率将_________ (选填“偏大”“偏小”或“不变”)．?
（2）乙同学在画界面时，不小心将两界面aa'、bb'间距画得比玻璃砖宽度大些，如图乙所示，则他测得折射率_________ (选填“偏大”“偏小”或“不变”)．
14．在“用双缝干涉测光的波长”的实验中,装置如图所示。双缝间的距离d=3 mm。
（1）若测定红光的波长,应选用___色的滤光片。实验时需要测定的物理量有___和____。
（2）若测得双缝与屏之间距离为0.70 m,通过测量头(与螺旋测微器原理相似,手轮转动一周,分划板前进或后退0.500 mm)观察到第1条亮纹的位置如图(a)所示,观察到第5条亮纹的位置如图(b)所示。则可求出红光的波长λ=____m。(保留一位有效数字)?
15．如图，有一截面是直角三角形的棱镜ABC，∠A=30?．它对红光的折射率为n1．对紫光的折射率为n2．在距AC边d处有一与AC平行的光屏，现有由以上两种色光组成的很细的光束垂直AB边射入棱镜．
①红光和紫光在棱镜中的传播速度比为多少？
②若两种光都能从AC面射出，求在光屏MN上两光点间的距离．
16．如图所示横截面为ABCD的玻璃砖，左右两侧均为半径为R的四分之一圆弧，一束单色光从玻璃砖CD面垂直入射，当光线从距离玻璃砖D端处射入时，刚好无光线从AD圆弧射出，经AB、BC面反射后此时的光线恰好垂直于CD面射出玻璃砖。求：
①该玻璃砖的折射率；
②若光速为c，求该光线在玻璃砖中传播的时间。
17．如图所示为三棱镜ABC的横截面，∠A＝70°，∠C＝90°，一单色光垂直于AC面入射，已知玻璃对该光全反射的临界角为45°，光在真空中的传播速度为c，求：
(1)该单色光在三棱镜中传播的速度；
(2)光线最后从三棱镜AB面射入空气时的折射角。
18．如图所示，空气中有一折射率为n=的正方体玻璃砖，若光线以入射角=60°照射到AB面上E点，接着在BC面上发生全反射，然后从CD面上射出，已知E点到BC距离d=cm，BC边长L=60cm，求：
(1)从E点进入玻璃砖的光线与AB边的夹角；
(2)D点到从CD边射出的光线距离．
参考答案
1．A
【解析】
由图看出，a光通过三棱镜后偏折角较大，根据折射定律得知三棱镜对a光的折射率大于b光折射率，若a为蓝光，b可能为红光．故A正确，D错误．由，知a光的折射率大于b光折射率，则在该三棱镜中a色光的传播速率比b光的传播速率小，故B错误．由临界角公式分析知从棱镜射向空气中a色光的临界角比b色光的临界角小，故C错误．故选A.
【点睛】
本题是光的色散问题，考查光的折射定律的应用问题；要知道在七种色光中，紫光的折射率是最大的，在同样条件下，其偏折角最大．在介质中传播速度最小，临界角最小；可结合光的色散实验结果进行记忆；
2．A
【解析】
由图看出，a光通过三棱镜后偏折角较大，根据折射定律得知三棱镜对a光的折射率较大，即n1＜n2，a为蓝光，b为红光，故A正确，BCD错误。
3．A
【解析】
A．根据光的偏折程度可知，c光的折射率最小，a光的折射率最大，则c光的波长最长，a光波长最短。故A正确。
B．光的折射率最大，由临界角公式分析得知，a光的临界角最小。故B错误。
C．c光的折射率最小，由公式分析得知，三色光在玻璃三棱镜中传播时c光速度最大，故C错误。
D．c光的波长最长，a光波长最短，而干涉条纹的间距与波长成正比，则a光形成的干涉条纹的间距最小，故D错误。
故选A。
4．C
【解析】
A．红光的折射率小于紫光的折射率，经过三棱镜，红光的偏折角小于紫光的偏折角，则b侧是红色光，a侧是紫色光，故A错误；
BC．由图知a侧光的偏折角大，三棱镜对a侧光的折射率大，a侧光的波长小，根据
可知a侧光在三棱镜中传播速率小于b侧光的传播速率，故B错误，C正确；
D．由图看出三棱镜对a侧光偏折最大，则玻璃对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率，由临界角公式
知玻璃对a侧光的临界角小于b侧光的临界角，故D错误。
故选C。
5．C
【解析】
在上述电磁波中，无线电波的波长最大，所以最容易表现出衍射现象，故C符合题意，ABD不符合题意。
6．C
【解析】
AB．凸透镜下表面和玻璃平面之间形成空气薄膜，干涉现象是凸透镜下表面反射光和玻璃上表面反射光干涉叠加而成，AB错误；
C．凸透镜表面是曲面，导致空气薄膜不均匀变化，因为光程差为波长的整数倍时是亮条纹，所以干涉条纹间距不相等，为内疏外密的同心圆环状条纹，C正确；
D．若将该装置放到真空中观察，根据干涉原理可知仍然可以看到牛顿环，D错误。
故选C。
7．ADE
【解析】
【详解】
AB．由题图看出，a光的偏折程度小于b光的偏折程度，则a光的折射率小于b光的折射率，a光的频率小，由c=λf知，波长大，因此a光比b光更容易发生衍射现象，选项A正确，B错误；
C．由公式得，则在同样介质中a光传播的速度比b光的大，选项C错误；
D．因为a光的折射率小，由公式知，a光的临界角大，选项D正确；
E．a光的波长大，根据双缝干涉条纹的间距公式△x=λ知，a光产生的相邻亮条纹间距比b光的大，选项E正确。
故选ADE。
【点睛】
解决本题的突破口在于通过光线的偏折程度得出折射率的大小，以及知道折射率、频率、波长、临界角等大小之间的关系。
8．AB
【解析】
【详解】
A.由光路图可知a光在水中的折射率较大，则a光在水中的传播速度比b光小； C.两束光由水面射向空气时入射角均不能达到临界角，不可能发生全反射；D.由可知，用相同的双缝干涉装置进行实验时，a光的波长小，条纹间距较小。
故选AB。
9．BC
【解析】
【分析】
【详解】
AB．设A光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2
可得
λ1=nλ2=1.5×4×10-7m=6×10-7m
根据光程差
知A光在P点是暗条纹，故A错误，B正确；
CD．设B光在空气中波长为λ1，在介质中波长为λ2，由
得
λ1=nλ2
又临界角C=37°所以
所以
根据光程差
δ=2.1×10-6 m=4λ1
可知B光在P点是亮条纹，故C正确，D错误。
故选BC。
10．BD
【解析】
【详解】
光路图如图：
根据折射定律?有 其中；，解得；由公式?n＝c/v得??v＝c/n＝2.25×108m/s，故选BD.
11．CDE
【解析】
【分析】
【详解】
A．光穿过玻璃柱体所需时间
而
则有
由图可知两束光的折射率不同，所以穿过玻璃柱体所需时间不相同，故A错误；
B．因，OM偏折的小，ON偏折的大，所以OM是黄光，ON是紫光，故B错误；
C．由B项可知OM是黄光，由折射定律得
故C正确；
D．根据
解得OM光束在该玻璃中传播的速度为
v=m/s
故D正确；
E．因OM光束的频率小于ON光束的频率，故OM光束的波长大于ON光束的波长，故分别用OM、ON光束在同一个双缝干涉实验装置上做实验，根据
可知OM光束的相邻两个亮条纹的中心间距大于ON光的相邻两个亮条纹的中心间距，故E正确。
故选CDE。
12．ACD
【解析】
【分析】
【详解】
A、光线从第一块玻璃板中的上表面射入，在第一块玻璃板中上表面的折射角和下表面的入射角相等，根据光的可逆原理可知，光在第一块玻璃板下表面一定有出射光，同理，在第二个玻璃板下表面也一定有出射光，故A正确，B错误．
C、因为光在玻璃板中的上表面的折射角和下表面的入射角相等，根据光的可逆原理知，从下表面出射光的折射角和开始在上表面的入射角相等，即两光线平行，所以第二块玻璃板下表面的出射光方向一定与入射光方向平行，故C正确．
D、根据光线在玻璃板中发生偏折，由于折射角小于入射角，可知第二块玻璃板下表面的出射光一定在入射光延长线的左侧，故D正确，E错误．
故选ACD．
13．不变 变小
【解析】
试题分析：
根据甲图可看出，如果整个玻璃砖平移，测得的折射角是不变的，算得的折射率也不受影响的；由乙图可看出如果将两界面aa′、bb′间距画得比玻璃砖宽度大些，则测得的折射角将变大，算得的折射率将减小．
考点：插针法测玻璃砖的折射率．
14． (1)红 双缝到屏的距离l n条亮(或暗)纹间距离a (2)7×10－7
【解析】（1）测红光波长选红色滤光片，因为红色滤光片能透过红光．据 知需测双缝到屏的距离l和n条条纹间的距离a．
（2）第1条亮纹的位置在0处，第5条亮纹的位置0.640mm，则 。由条纹间距离，代入数据，解得： ．
15．①；②
【解析】
【分析】
【详解】
①根据得：，，联立解得：；
②据几何关系，光从AC面上折射时的入射角为，根据折射定律有：


则
所以．
16．①②
【解析】
【分析】
【详解】
①如图所示为单色光在玻璃砖中传播的光路图
图中θ=60°为该玻璃砖的临界角，由
得折射率为
②光线在玻璃砖中走过的路径长度为
由匀变速直线运动规律
解得
17．(1)；(2)
【解析】
【分析】
【详解】
(1) 据题意知，玻璃对该光全反射的临界角，由解得三棱镜的折射率为
由解得该单色光在三棱镜中传播的速度为
(2) 画出光在三棱镜中传播的光路图，如图所示
光线先射到面，图中入射角，大于全反射临界角，光线在面发生了全反射；
在面，由几何关系知入射角，大于全反射临界角，光线在BC面发生了全反射；
光线第二次入射到面时，由几何关系知入射角
小于全反射临界角，光线从三棱镜射出；由折射定律有
解得
18．(1)60° (2)17cm 或
【解析】
【分析】
【详解】
（1）光路图如图所示，设光从E点射入玻璃砖后，折射角为i，则有
解得
i=30°??????
则从E点进入玻璃砖的光线与AB边的夹角为60°．
（2）由几何知识可知：折射光射到BC边时的入射角为60°，因为
sin60°＞sinC=
即
60°＞C
所以光在BC面上发生全反射．由几何知识得
BF=EBtan60°=5×=15cm
则
CG=（BC-BF）tan30°=（60-15）×=15cm?????????
设光从CD面射出的折射角为γ，则有
解得
γ=60°??????
则有
DH=DGcosγ=（60-15）×0.5≈17cm
点睛：解决本题的关键是掌握全反射的条件和折射定律，要熟练运用几何知识帮助求解角度或边的长度．解题时，要注意画出光路图．