上海市大境中学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．光的偏振现象说明光是横波.下列现象中不能反映光的偏振特性的是( )
A．一束自然光相继通过两个偏振片,以光束为轴旋转其中一个偏振片,透射光的强度发生变化
B．一束自然光入射到两种介质的分界面上,当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时,反射光是偏振光
C．日落时分,拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景像更清
D．通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹
2．一束由红、紫两色光组成的复色光，从空气斜射向玻璃三棱镜．下面四幅图中能正确表示该复色光经三棱镜折射分离成两束单色光的是（ ）
A．B．
C．D．
3．图甲和图乙是光的双缝干涉或单缝衍射图样，下列说法正确的是( )
A．两幅图都是光的干涉图样
B．两幅图都是光的衍射图样
C．图甲是光的衍射图样，图乙是光的干涉图样
D．图甲是光的干涉图样，图乙是光的衍射图样
4．很多公园的水池底部都装有彩灯，当一束由红、蓝两色光组成的灯光从水中斜射向空气时，下列光路图中可能存在的一种情况是
A． B．C．D．
5．下列说法正确的是
A．在同一地点，当摆长不变时，摆球质量越大，单摆做简谐振动的周期越小
B．已知弹簧振子初始时刻的位置及振动周期，就可知振子任意时刻运动速度的方向
C．当一列声波从空气中传入水中时，因水的阻力作用，波长一定会变短
D．医院检查身体的“彩超”仪利用了超声波的多普勒效应
6．某同学用单色光进行双缝干涉实验，在屏上观察到如图甲所示的条纹，仅改变一个实验条件后，在屏上观察到的条纹如图乙所示，他改变的条件可能是（ ）
A．增大光源到单缝的距离 B．减小双缝之间的距离
C．增大双缝到光屏间的距离 D．换用频率更高的单色光源
7．a、b两束平行激光垂直于表面射入截面为等腰直角三角形（截面如图）的玻璃砖，其中b束激光在出射面上发生全反射，下列关于这两束激光的说法中正确的是__________
A．a光的频率更大
B．a光在此玻璃砖内传播速度更大
C．该玻璃砖对a光的折射率大于
D．a光对微小障碍物的衍射现象更明显
E.a光和b光分别通过杨氏双缝干涉装置的两个狭缝，不能产生干涉现象
8．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侧紫色光
B．在真空中a侧光的波长小于b侧光的波长
C．三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率
D．在三棱镜中a侧光的传播速率大于b侧光的传播速率
E.在同种条件下做双缝干涉实验，a光的条纹间距小于b光
9．彩虹是由阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次形成的．形成示意图如图所示，一束白光L由左侧射入雨滴，a、b是白光射入雨滴后经过一次反射和两次折射后的其中两条出射光（a、b是单色光）．下列关于a光与b光的说法中正确的是__________
A．雨滴对a光的折射率大于对b光的折射率
B．a光在雨滴中的传播速度小于b光在雨滴中的传播速度
C．用同一双缝干涉仪做光的双缝干涉实验，a光条纹间距大于b光条纹间距
D．a光、b光在雨滴中传播的波长都比各自在真空中传播的波长要长
E.若a光、b光在同一介质中，以相同的入射角由介质射向空气，若b光能够发生全反射，则a光也一定能够发生全反射
10．如图所示，两束平行的甲光和乙光，相距为，斜射到置于空气中的平行玻璃砖上，当它们从玻璃砖的下表面射出时（ ）
A．若甲为紫光，乙为红光，则两条出射光线间一定大于
B．若甲为紫光，乙为红光，则两条出射光线间距离可能小于
C．若甲为红光，乙为紫光，则两条出射光线间距离可能大于
D．若甲为红光，乙为紫光，则两条出射光线间距离一定小于
11．以下关于光学常识的描述中说法正确的是____。
A．偏振光可以是横波，也可以是纵波
B．泊松亮斑支持了光的波动说
C．雨后路面上的油膜呈现彩色，是光的折射现象
D．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
E.光纤通信及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理
12．下列有关光现象的说法中正确的是( )
A．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
B．在水中同一深度处有红、绿两个点光源,则水面上绿色光斑面积较大
C．水的视深比实际深度浅是光的全反射现象
D．拍摄玻璃棚窗内的物品时,在镜头前加一个偏振片可以减少反射光的强度
E.光纤通信及医用纤维式内窥镜都是利用光的全反射原理
13．用双缝干涉测光的波长．实验装置如图甲所示，已知双缝与屏的距离L=700mm，双缝间距d=0.25mm．用测量头来测量光屏上干涉亮条纹中心的距离．测量头由分划板、目镜、手轮等构成，转动手轮，使分划板左右移动，让分划板的中心刻线对准屏上亮纹的中心，(如图乙所示)，记下此时手轮上的读数，转动测量头，使分划板中心刻线对准另一条亮纹的中心，记下此时手轮上的读数。
(1)分划板的中心刻线对准第1条亮纹的中心时，手轮上的读数x1=2.190mm，对准第4条亮纹中心时，手轮上的读数x2如图丙所示，则x2=______ mm，相邻两条亮纹间的距离△x=_____ mm。
(2)计算波长的公式=____________ ；求得的波长值是______ nm。(此空结果保留3位有效数字)
14．图1所示为“测定玻璃的折射率”实验用的长方体玻璃砖，它的______________面不能用手直接接触．在“测定玻璃的折射率”的实验中，在白纸上放好玻璃砖，aa′和bb′分别是玻璃砖与空气的两个界面，如图2所示，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，用“+”表示大头针的位置，然后在另一侧透过玻璃砖观察，并依次插上大头针P3和P4．在插P3和P4时，P4应挡住__________，P3和P4连线与___________连线在同一条光线的光路上．如果玻璃砖不是两面平行的，用这种插针法____________测出玻璃砖的折射率（选填“能”或“不能”）．

15．一细束平行光以一定的入射角从空气射到等腰直角三棱镜的侧面，光线进入棱镜后射向另一侧面。逐渐调整光线在面的入射角，使面恰好无光线射出，测得此时光线在面的入射角为。求：
(1)该棱镜的折射率。
(2)光束在面上的入射角的正弦值。
16．如图所示，有一玻璃做成的工件，上半部分是半径为的半球体，球心为。下半部分是半径为，高的圆柱体。圆柱体底面是一层发光面。发光面向上竖直发出平行于中心轴的光线，有些光线能够从上半部的球面射出（不考虑半球的内表面反射后的光线）。已知从球面射出的光线对应的入射光线间的最大距离为。（取，）
(1)求该玻璃工件的折射率；
(2)求从发射面发出的光线中入射角都为的入射光线经球面折射后交于中心轴的交点离发光面中心的距离。
17．如图所示，用透明材料做成一长方体形的光学器材，要求从上表面射入的光线能从右侧面射出，那么所选的材料的折射率应满足什么条件？
18．如图所示，一个半圆柱形透明介质，其横截面是半径为的半圆，AB为半圆的直径，为圆心，该介质的折射率；
①一束平行光垂直射向该介质的左表面，若光线到达右表面后，都能从该表面射出，则入射光束在AB上的最大宽度为多少？
②一细束光线在点上侧且与点相距处垂直于从左方入射，求此光线从该介质射出点的位置？
参考答案
1．D
【解析】
由光的偏振现象的知识可知A、B、C均反映了光的偏振特性，只有D选项是利用手指间的狭缝去观察光的衍射现象，故选D.
2．B
【解析】
当光由空气斜射向三棱镜时，将发生光的折射现象，且入射角大于折射角，故选项C、D错误；由于玻璃对紫光的折射率比对红光的折射率大，因此进入玻璃时紫光的折射角比红光的折射角小，故选项A错误；选项B正确．
【考点定位】
本题主要考查光的折射．
3．D
【解析】
干涉图样的条纹等间距，故甲图是干涉条纹，衍射图样的中间条纹的宽度比较大，故乙图是衍射条纹。故ABC错误，D正确。
故选D。
4．C
【解析】
光线射到水面时一定有反射．红光的折射率比蓝光小，临界角比蓝光大，根据折射定律可分析折射角的关系，即可进行选择．
【详解】
光线射到水面时一定有反射，所以反射光中红光和蓝光都有，故B、D图不可能．
由于红光的折射率比蓝光小，由临界角公式可知，红光的临界角比蓝光大，所以在水面上若蓝光不发生全反射，则红光也一定不会发生全反射．故B图是不可能的，C可能．
当两种色光都能折射到空气中时，根据折射定律可知，红光与蓝光的折射率不同，由于红光的折射率比蓝光小，在入射角相等时，红光折射角小，故A不可能．
故选C．
【点睛】
对于几何光学，要掌握不同色光的折射率、临界角等物理量之间的关系，这是考试的热点．
5．D
【解析】
A．根据单摆的周期公式分析知，在同一地点，当摆长不变时，单摆做简谐振动的周期与摆球的质量无关，故A错误；
B．振动质点在同一位置振动方向有两种，所以已知弹簧振子初始时刻的位置，不知道初始时刻振子的振动方向，根据振动周期，不能知道振子在任意时刻运动速度的方向，故B错误；
C．当声波由空气进入水中时，由于波速变化，频率不变；其波长会变长，故C错误；
D．医院检查身体的“B超”仪是通过测出反射波的频率变化来确定血流的速度，显然是运用了多普勒效应原理，故D正确。
故选D。
6．BC
【解析】
【详解】
根据知，双缝条纹间距增大，可能是双缝到光屏间的距离L变大，双缝之间的距离d减小，换用了波长更大的单色光源，即频率更小的单色光源。
A．增大光源到单缝的距离，与结论不相符，选项A错误；
B．减小双缝之间的距离，与结论相符，选项B正确；
C．增大双缝到光屏间的距离，与结论相符，选项C正确；
D．换用频率更高的单色光源，与结论不相符，选项D错误；
故选BC。
7．BDE
【解析】
【详解】
A．因为b光能在界面发生全反射，可知b光临界角较小，折射率较大，则b光的频率更大，选项A错误；
B．因为b光折射率大，根据v=c/n可知，a光在此玻璃砖内传播速度更大，选项B正确；
C．由题意可知，a光的临界角大于45°，根据 ，即该玻璃砖对a光的折射率小于，选项C错误；
D．因a光的频率小，波长大，则a光对微小障碍物的衍射现象更明显，选项D正确；
E．因为ab两种光的频率不同，则a光和b光分别通过杨氏双缝干涉装置的两个狭缝，不能产生干涉现象，选项E正确；
故选BDE。
8．BCE
【解析】
【详解】
A．红光的折射率小，所以偏折角小，故b侧为红色光，a侧为紫色光，选项Ａ错误；
B．红色光的波长比紫色光的波长长，即a侧光的波长小于b侧光的波长，选项Ｂ正确；
C．因为a光的偏折程度较大，则折射率较大，即三棱镜对a侧光的折射率大于对b侧光的折射率，选项Ｃ正确；
D．根据 可知，在三棱镜中a侧光的传播速率小于b侧光的传播速率，选项Ｄ错误；
E．根据 可知，在同种条件下做双缝干涉实验，a光的条纹间距小于b光，则E正确．
9．ABE
【解析】
【分析】
【详解】
A．从光的折射光路可知，a光折射率大，即，选项A对；
B．根据，折射率越大，介质中传播速度越小，即a光在水珠中传播速度小，选项B对；
C．折射率越大，频率越高，波长越短，即a光波长短，双缝干涉实验，波长越长条纹间距越宽，所以a光双缝干涉条纹间距窄，选项C错；
D．光在两种介质表面发生折射时，频率不变，从空气进入水珠，传播速度变小，所以波长变小，选项D错；
E．光线从介质到空气，发生全反射的临界角，即a光全反射的临界角小，当b光能够发生全反射时，已经超过了a光的临界角，a光也一定能够发生全反射，选项E对．
10．AC
【解析】
【分析】
根据题意可知考查光的折射规律,紫光比红光折射率大，由可知，光线斜射且入射角相同时
紫光偏折程度大，正确画出光路图，考虑各种可能情况分析可得。

【详解】
AB．紫光的折射率大，若甲为紫光，乙为红光，入射到玻璃中时，甲的折射角小于乙的折射角，则两条出射光线间距一定大于d，如图a所示，A符合题意，B不符合题意；
CD．当甲为红光时，其折射光路如图b、图c，即两条出射光线间距离可能小于d、大于d，等于d．C符合题意，D不符合题意。
故选AC选项
【点睛】
光从光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角，反之从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角，同一频率的光线斜射入平行玻璃砖前后光线仍平行。
11．BDE
【解析】
【分析】
【详解】
A．偏振光，只可以是横波，不可以是纵波，故A错误；
B．泊松亮斑支持了光的波动说．故B正确．
C．雨后路面上的油膜呈现彩色，是光的干涉现象，故C错误；
D．光学镜头上的增透膜，膜的上表面与玻璃表面反射的光发生干涉，利用了光的干涉现象，故D正确；
E．光纤通信及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理，故E正确；
故选BDE。
12．ADE
【解析】
【详解】
A.光学镜头上的增透膜是利用薄膜的前后反射光线干涉，从而增加透射光的强度，A正确；
B.红光的临界角大于绿光，故光源在同一位置时，红光照亮的面积更大，B错误；
C.水的视深比实际深度浅是光的折射现象，C错误；
D.拍摄玻璃棚窗内的物品时,在镜头前加一个偏振片可以减少反射光的强度，D正确；
E.光纤通信及医用纤维式内窥镜都是利用光在光纤内发生全反射的从而传递信息，E正确；
故选ADE。
13．7.868 1.893 676
【解析】
螺旋测微器的读数等于主尺读数加上游标读数，需估读．根据双缝干涉条纹的间距公式求出波长大小．
（1）对准第1条时读数为2.190mm，对准第4条时读数为：x2=7.5mm+0.01×36.8mm=7.868mm．
（2）根据，可得．由以上数据可知相临两条亮条纹间距为．代入数据
【点睛】解决本题的关键掌握螺旋测微器的读数方法，以及掌握干涉条纹的间距公式，并能灵活运用．
14．光学面 P1、P2的像和P3 连接P1、P2的光线 能
【解析】
【分析】
【详解】
(1)测定玻璃的折射率时利用光学面和折射，故要保持光学面干净，不能用手接触，否则影响折射效果．
(2)根据实验的原理，连接P1、P2表示入射光线，连接P3、P4表示出射光线，连接两光线与玻璃砖的交点，即为折射光线．实验的过程中，要先在白纸上放好玻璃砖，在玻璃砖的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在玻璃砖另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在一侧相继又插上两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，使P4挡住P3和P1、P2的像．作插针法测定玻璃折射率的实验原理是折射定律,只要作出光路图，能找出入射角和折射角即可求出折射率，所以本方法能求出两边不平行的玻璃砖的折射率．
15．(1)；(2)
【解析】
【详解】
(1)设光线经过面时的折射角为，由折射定律可知在面上有
在面上有
解得
(2)由三角函数关系可知
由几何关系知，光束在面上的入射角
所以
解得
16．(1)；(2)
【解析】
【详解】
（1）在球面上发生折射时的入射角等于发生全反射临界角时对应入射光之间的间距最大，
，
由几何关系可得
，
解得
；
（2）光路图如图所示，
由折射定律可得：
，
由题知，则
，
在三角形中，由正弦定理可得
，
由几何关系可知：
，
解得
，
所以入射角的光线经球面折射后交于的交点距的距离为
17．。
【解析】
【详解】
设光线在一表面的入射角为i，折射角为θ1，在右侧面的入射角为θ2。
由几何知识得：
θ1+θ2=90° ①
要求从上表面射入的光线可能从右侧面射出，必须使
θ2＜C ②
则得：
③
由sini=nsinθ1得：
④
由①得：
⑤
由③⑤得：
解得：
因i最大值为90°，则得：
18．①；②从点下侧处且垂直AB向左射出
【解析】
【详解】
①由全反射原理
解得
作出光路图如图丙所示
由几何关系得
②由题意作出光路图如图丁所示
由几何关系得
解得入射角
由几何关系得出射光线从点下侧处且垂直AB向左射出。