上海市龙柏高中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．下列说法正确的是（　　）
A．“闻其声而不见其人”现象说明遇到同样障碍物时声波比可见光容易发生衍射
B．用超声波被血流反射回来其频率发生变化可测血流速度，是利用了波的干涉现象
C．光学镜头上的增透膜是利用光的色散
D．用标准平面来检查光学面的平整程度是利用光的偏振现象
2．波与生活息息相关，下列关于波的说法正确的是（ ）
A．超声波的频率很高，不会发生衍射
B．空气中的声波是纵波，不能发生干涉
C．医院检查身体的“彩超”，利用了多普勒效应
D．只要波源在运动，就一定能观察到多普勒效应
3．一束单色光由某种介质射向真空时的光路如图所示，I和II为相互垂直的平面，AO、BO、CO均为光线，各光线与I的夹角满足=60°，=45°，光在真空中的传播速度为c，下列说法正确的是（　　）
A．法线所在平面为I B．入射光线为BO
C．该种介质的折射率 D．光在该介质中的传播速度
4．关于光的干涉和衍射现象，下列各种说法中正确的是（ ）
A．光的干涉条纹和衍射条纹都是光波叠加的结果
B．光可以发生干涉和衍射现象，所以光是一种波
C．干涉和衍射的条纹都是明暗相间的，所以不能通过条纹来判断是干涉现象还是衍射现象
D．通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹是光的衍射现象
E.白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，是由于各种色光传播速度不同
5．用a、b两种不同波长的光，先后用同一装置做双缝干涉实验，得到两种干涉条纹，其中a光的干涉条纹间距大于b光的条纹间距，则(　　)
A．a光的波长大于b光的波长
B．a光的频率大于b光的频率
C．在玻璃中，a光的速度等于b光的速度
D．从玻璃射向空气发生全反射时，a光的临界角大于b光的临界角
6．华裔科学家高锟获得2009年诺贝尔物理奖，他被誉为“光纤通讯之父”，光纤通讯中信号传播的主要载化开是光导纤维，图示为一光导纤维（可简化为一长玻璃丝）的示意图，玻璃丝长为L，折射率为n，AB代表端面．已知光在真空中的传播速度为c，则下列说法正确的是（ ）
A．为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，光线在端面AB上的入射角应满足sini≥
B．光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的时间与AB端面的入射角有关，入射角越大，传播时间越长
C．光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间为
D．只要光导纤维的折射率满足一定的要求，则无论AB端面的入射角怎样变化，光线都可在光纤与空气的界面上发生全反射
7．如图所示为用、两种单色光分别通过同一双缝干涉装置获得的干涉图样．现让、两种光组成的复色光穿过平行玻璃砖或三棱镜时，光的传播路径与方向可能正确的是（ ）
A． B．
C． D．
8．下列说法正确的是。
A．全息照相的拍摄利用了光的衍射原理
B．变化的电场产生磁场
C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，要在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度
D．光的双缝干涉实验中，若仅将入射光从红光改为紫光，则相邻亮条纹间距变小
E.光从光疏介质进入光密介质中时，其频率不变，光速变小
9．下列关于振动和波的说法，正确的是 。
A．声波在空气中传播时，空气中各点有相同的振动频率
B．水波在水面上传播时，水面上各点沿波传播方向移动
C．声波容易绕过障碍物传播是因为声波波长较长，容易发生衍射
D．当两列波发生干涉时，如果两列波波峰在某质点相遇，则该质点位移始终最大
E.为了增大干涉条纹间距，可将蓝光换成红光
10．下列说法中正确的是_________。
A．光传播到两种介质的界面上时，如果入射角大于临界角必定会产生全反射现象
B．光学镜头的增透膜就是利用了入射角小于临界角不会产生全反射的原理
C．X射线不可能在磁场或者电场中发生偏转
D．在做双缝干涉实验时，若其它条件不变只增大双缝间距，则屏上干涉条纹的间距减小
E.泊松亮斑的产生证实了光是可以产生衍射现象的
11．如图所示为用同一 双缝干涉实验装置得到的甲、乙两种单色光的干涉条纹，下列有关两种单色光的说法正确的是______。
A．甲光的波长大于乙光的波长
B．甲光在真空中的传播速率大于乙光在真空中的传播速率
C．若甲光是黄光，乙光可能是红光
D．若两种单色光以相同的人射角进入同种介质，甲光的折射角较大
E.若两种单色光都从玻璃射入空气，逐渐增大人射角，乙光的折射光线最先消失
12．关于光的干涉術射和偏振，下列说法中正确的是______。
A．高级照相机镜头在阳光下呈现淡紫色是光的干涉现象
B．全息照相的拍摄主要是利用了光的偏振原理
C．通过手指间的缝踪观察日光灯，可以看到彩色条纹，这是光的衍射现象
D．中国古代的“小孔成像”实验，反映了光波的衍射
E.与X射线相比，紫外线更容易发生行射现象
13．在做测定玻璃折射率的实验时：
（1）如图所示，在测定玻璃的折射率的过程中，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使B的像把A的像档住．如果在眼睛这一侧再插第三个大头针C，应使它把_________挡住，插第四个大头针D，使它把_________________档住，那么后两个大头针就确定了从玻璃砖射出的光线．
（2）某同学为了避免笔尖接触玻璃面，画出的a'b'和c'd'都比实际侧面向外侧平移了一些,如图所示，以后的操作均正确，画光路图时将入射点和折射点都确定在a'b'和c'd'上，则测出的n值将________.（偏大、不变或偏小）
14．在测定玻璃折射率的实验中，有以下实验步骤：
A．在白纸上放上玻璃砖，使其中一个长边与直线aa′对齐，并画出与另一长边对齐的直线bb′
B． 在白纸上画一直线aa′，并取aa′上的一点O为入射点，作过O的垂线MN。
C．画出线段AO为入射光线，并在AO上插上P1、P2两根大头针
D．用量角器测量入射角i和折射角γ，并查表查出其正弦值sini和sinγ
E．通过玻璃砖观察并调整视线方向，使P1的像被P2挡住；然后在观察一侧插上大头针P3，使P3挡住P2、P1的像；再插上大头针P4，挡住P3及P2、P1的像。
F．移去玻璃砖，拔去大头针，由大头针P3，P4的针孔位置确定经玻璃砖的出射光线O/P3及出射点O/；连接O及O/的线段OO/。
G．改变入射角，重复实验，算出不同入射角时的比值 ，并取平均值。
（1）将上述实验步骤按合理的操作顺序排列，并将步骤的字母代号依次填写入以下横线上：_______
（2）、几位同学做“用插针法测定玻璃的折射率”实验，图示直线aa′、bb′表示在白纸上画出的玻璃的两个界面．几位同学进行了如下操作：
A．甲同学选定的玻璃两个光学面aa′、bb′不平行，其它操作正确．
B．乙同学在白纸上正确画出平行玻璃砖的两个界aa′、bb′后，将玻璃砖向aa′方向平移了少许，其它操作正确．
C．丙同学在白纸上画aa′、bb′界面时，其间距比平行玻璃砖两光学界面的间距稍微宽些，其它操作正确．
上述几位同学的操作，对玻璃折射率的测定结果没有影响的是___________（填写字母代号）
15．如图所示,三棱镜ABC三个顶角度数分别为∠A=75°、∠B=60°、∠C=45°,一束频率为5.3×1014 Hz的单色细光束从AB面某点入射,进入棱镜的光线在AC面上发生全反射,离开棱镜BC面时恰好与BC面垂直,已知光在真空中的速度c=3×108 m/s,玻璃的折射率n=1.5,求:
①这束入射光线的入射角的正弦值。
②光在棱镜中的波长。
16．某透明柱体的横截面如图所示，弧面部分的半径为R，平面部分的宽度为。一束平行光从空气以与平面成角方向射向平面，进入透明柱体后折射光线与平面的夹角为。求：
(1)透明柱体材料的折射率；
(2)弧面上能透射出光的圆弧长度。（不考虑多次反射）
17．如图所示，ABC是横截面为半圆形的透镜，O为半圆的圆心，MN为足够大的光屏，P为光屏上的一点，且OP连线垂直光屏。有一细光束沿OP方向从O点射入透镜，穿过透镜后照到光屏上的P点，从某时刻开始透镜绕过O点且垂直纸面的轴逆时针旋转。已知透镜的折射率为，半径为R，OP间的距离为2R，试判断：透镜旋转一周过程中，光斑在MN上的移动情况。
18．半径为R的玻璃圆柱体，截面如图所示，圆心为O，在同一截面内，两束相互垂直的单色光射向圆柱面的A、B两点，其中一束沿AO方向，∠AOB＝30°，若玻璃对此单色光的折射率n＝

(1)试作出两条光线从射入到第一次射出的光路途径，并求出B光第一次射出圆柱面时的折射角(当光线射向柱面时，如有折射光线则不考虑反射光线)．
(2)求两条光线经圆柱体后第一次射出的光线的交点(或延长线的交点)与A点的距离．
参考答案
1．A
【解析】
A．“闻其声而不见其人”现象说明遇到同样障碍物时，声波比可见光容易发生衍射，因为声波的波长比可见光长，故A正确；
B．当观察者与波源的距离发生变化时，观察者接收到的波的频率发生改变的现象叫多普勒效应，所以用超声波被血流反射回来其频率发生变化可测血流速度，这是利用多普勒效应，故B错误；
C．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，故C错误；
D．检查光学面的平整程度是利用光的干涉现象，利用两平面所夹空气薄层的反射，获得频率相同的光波，从而进行相互叠加，故D错误。
故选A。
2．C
【解析】
A．衍射是波特有的现象，只要是波都会发生衍射，故A错误；
B．干涉是波特有的现象，尽管空气中的声波是纵波，也能发生干涉，故B错误；
C．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C正确；
D．波源运动时，波源与观察者距离不一定变化，不一定发生多普勒效应，故D错误。
故选C。
3．D
【解析】
AB．由反射定律和折射定律知，I为界面，II为法线，CO为入射光线，OA为反射光线，OB为折射光线，故AB错误；
C．由折射率公式知，介质的折射率
故C错误；
D．由
得
故D正确。
故选D。
4．ABD
【解析】
A．干涉条纹是两列频率相同、相位和振动情况相同的光波叠加，衍射条纹是从单缝通过的两列或多列频率相同的光波叠加，故A正确；
B．干涉和衍射是波的特有现象，光可以发生干涉衍射现象，光是波，故B正确；
C．干涉和衍射都产生明暗相间的条纹，但干涉条纹的宽度是相等的，而衍射条纹宽度不等，中央最宽，故C错误；
D．通过狭缝观察日光灯看到彩色条纹是单缝衍射现象，故D正确；
D．白光是由各种不同颜色的单色光组成的复色光，光的颜色由频率决定，不同单色光，频率不同，在真空中传播速度相同，故E错误。
故选ABD。
5．AD
【解析】
根据双缝干涉的条纹间距公式Δx＝可知，同一实验装置，条纹间距越大，说明波长越长，即频率越小．根据题意，a光的波长长，所以A正确，B错误．频率越小，介质对它的折射率越小，根据n＝可知，在介质中的传播速度越大，即a光在介质中的传播速度要大，所以C错误．根据sin C＝可知，介质的折射率越小，则全反射的临界角越大，所以a光的全反射临界角要大，选项D正确．故选AD.
6．BCD
【解析】
试题分析：根据折射定律求入射角的条件，利用全反射的条件和运动学知识求光线传播所用的最长时间．
解：A、设激光束在光导纤维端面的入射角为i，折射角为α，折射光线射向侧面时的入射角为β，要保证不会有光线从侧壁射出来，其含义是能在侧壁发生全反射．
由折射定律：n=
由几何关系：α+β=90°，sinα=cosβ
恰好发生全反射临界角的公式：sinβ=，得cosβ=
联立得sini=，故A错误；
要保证从端面射入的光线能发生全反射，应有sini≤
BC、光在玻璃丝中传播速度的大小为v=
光速在玻璃丝轴线方向的分量为vz=vsinβ
光线从玻璃丝端面AB传播到其另一端面所需时间为T=
光线在玻璃丝中传播，在刚好发生全反射时，光线从端面AB传播到其另一端面所需的时间最长，
联立得Tmax=，故BC正确；
D、根据全反射条件，当光导纤维的折射率满足一定的要求，则无论AB端面的入射角怎样变化，光线都可在光纤与空气的界面上发生全反射，故D正确；
故选BCD．
【点评】考查了折射定律和全反射的条件，并对于几何光学问题作出光路图，正确的确定入射角和折射角，并灵活运用折射定律是解题的关键．
7．AD
【解析】
AB.由干涉图样可知，a光的双缝干涉条纹间距比b光的大，根据双缝干涉相邻条纹间距公式
可知，a光的波长长，则同一介质对a的折射率小，对b光的折射率大．根据平行玻璃砖的光学特性可知，出射光线与人射光线平行，由于a光的折射率小，偏折程度小，所以出射时a光应在右侧，故A符合题意，B不符合题意；
CD.由分析可知，a光的临界角较大．当光从棱镜射入空气中时，若发生全反射的话首先是b光，若b不发生全反射，能射出棱镜，则a光一定也不发生全反射从棱镜射出；若a不发生全反射，能射出棱镜，b光可能发生全反射不从棱镜射出，故D符合题意，C不符合题意
8．BDE
【解析】
A．全息照相的拍摄利用了光的干涉原理，故A错误；
B．根据麦克斯韦的电磁场理论，变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场，故B正确；
C．在镜头前加一个偏振片的目的是过滤橱窗玻璃的反射光，故C错误；
D．根据公式
当其他情况不变、人射光的波长减小时，相邻亮条纹的间距变小，故D正确；
E．光从光疏介质进人光密介质中时，其频率不变，光速变小，故E正确。
故选BDE。
9．ACE
【解析】
A．声波在空气中传播时，根据波的形成原理可知，空气中各点有相同的振动频率，故A正确；
B．水波在水面上传播时，水面上各点不会随着波传播方向而移动，故B错误；
C．声波容易绕过障碍物传播是因为声波波长较长，容易发生明显的衍射现象，故C正确；
D．当两列波发生干涉时，如果两列波波峰在某点相遇时，则该质点位移此时最大，然后会变小，当平衡位置相遇时，则位移为零，故D错误；
E．根据干涉条纹间距公式，可知，为了增大干涉条纹间距，可将蓝光换成红光，即波长变长，故E正确。
故选ACE。
10．CDE
【解析】
A．光在两种介质的界面处发生了全反射，说明光是从光密介质进入光疏介质，入射角大于或等于临界角，故A错误；
B．镜头镀膜增透是利用了光的薄膜干涉现象，减弱光的反射，从而增加透射能力，故B错误；
C．射线是电磁波，不能在电场或磁场中发生偏转，故C正确；
D．根据双缝干涉条纹的间距公式，知若其它条件不变只增大双缝间距，则屏上干涉条纹的间距减小，故D正确；
E．泊松亮斑是光的衍射现象中的加强区，证实了光是可以产生衍射现象的，故E正确；
故选CDE。
11．ADE
【解析】
A．根据得，在d、l相同的条件下，Δx与λ成正比，甲光的条纹间距大，甲光的波长长，故A正确；
B．每种单色光在真空中的传播速率是相同的，都是3.0×108m/s，故B错误；
C．甲光的波长长，红光的波长比黄光的波长长，故C错误；
D．根据c=λv得，甲光的频率比乙光频率低，则甲光的折射率小，由
得若两种单色光以相同的入射角进入同种介质，甲光的折射角较大，故D正确；
E．根据
得乙光的临界角较小，两种单色光都从玻璃射入空气，逐渐增大入射角，乙光的折射光线最先消失，故E正确。
故选ADE。
12．ACE
【解析】
A．照相机的镜头呈现淡紫色是光的干涉现象，因为可见光有七种颜色，而膜的厚度是唯一的，所以只能照顾到一种颜色的光让它完全进入镜头，一般情况下都是让绿光全部进人的，这种情况下，你在阳光下看到的镜头反光其颜色就是淡紫色，故A正确；
B．全息照相的拍摄主要是利用了光的干涉原理，故B错误；
C．通过手指间的缝隙观察日光灯，可看到彩色条纹，这是光的衍射现象，故C正确；
D．小孔成像反映了光的直线传播，与衍射无关，故D错误；
E．波长越长越容易发生衍射，与X射线相比，紫外线波长更长更容易发生衍射现象，故E正确。
故选ACE。
13．（1）A、B的像同时 AB的像及C （2）变小
【解析】
（1）在测定玻璃的折射率的过程中，眼睛在另一侧透过玻璃砖看两个大头针，使B把A档住．如果在眼睛这一侧再插第三个大头针C，应使它把A、B的像挡住，插第四个大头针D，使它把A、B的像和C挡住，那么后两个大头针就确定了从玻璃砖射出的光线．
（2）画出的ab和cd都比实际侧面向外侧平移了一些，但在画光路图时，将入射点、出射点分别确定在ab、cd上，如图，实线表示实际的光路图，虚线表示乙同学画图时光路图，入射角测量没有误差，而折射角偏大，则根据折射定律得知，测出的折射率n将偏小．
点睛：本题首先要懂得实验的原理：折射定律，其次要会用作图法分析入射角、折射角的误差，再分析折射率的误差．
14． BACEFDG AB
【解析】（1）上述实验步骤按合理的操作顺序是：BACEFDG.
（2）A．甲同学选定的玻璃两个光学面aa′、bb′不平行，其它操作正确．根据折射定律 得知，测得的折射率将不变．故A正确；
B．如下左图所示，红线表示将玻璃砖向上平移后实际的光路图，而黑线是作图时所采用的光路图，通过比较发现，入射角和折射角没有变化，则由折射定律得知，测得的折射率将不变．故B正确
C、如下右图所示．红线表示将玻璃砖向上平移后实际的光路图，而黑线是作图时所采用的光路图，可见，入射角没有变化，折射角的测量值偏大，则由得，折射率测量值偏小；
故选AB．
点睛：对于实验误差，要紧扣实验原理，用作图法，确定出入射角与折射角的误差，即可分析折射率的误差.
15．①0.75②3.77×10-7?m
【解析】
【分析】
(1)根据光的折射定律，结合几何关系，即可求解；
(2)根据，求得光在介质中传播速度，再根据v=λf，求得波长，最后根据折射率与临界角的关系，及光路可逆，即可求解。
【详解】
(1)由光离开棱镜的BC面时恰好与BC面垂直可知，从AB面射到AC面的光线与BC边平行，
设光在AB面的入射角、折射角分别为θ1、θ2，如图所示，
根据几何关系可知θ2=30°
根据折射定律，
得sinθ1=nsinθ2=0.75；
(2)根据且v=λf　
解得：。
【点睛】
本题中当光线从玻璃射向空气时，要根据入射角与临界角的关系，判断能否发生全反射，而入射角可以根据几何知识求出，同时掌握光的折射定律应用。
16．(1)；(2)
【解析】
【详解】
(1)光由空气进入透明柱体，入射角，折射角，根据折射定律得

解得
(2)在图中作出三条折射光线，过平面右边界的、过圆心的和在弧面恰好发生反射的，如图所示。即圆弧DFE部分能透射出光。
由，可得
根据几何关系知
，
根据全反射知识可知
解得
所以
则圆弧DFE的长度
17．见解析
【解析】
【详解】
透镜转到甲图位置过程中，光斑由点移到点
由折射定律则有
可得
由几何关系知
由于发生全反射的临界角
所以透镜由甲图位置转到乙图位置过程中，光束在点发生全反射，当由90°减小到45°过程中，光斑由点移到无限远处；
透镜由乙图位置转到丙图位置过程中，光斑由点移到点；透镜继续旋转，光斑出现在点和点间，位置与前述情况对称。
18．(1)　 (2)(－1)R
【解析】
【分析】
【详解】
(1)A光过圆心，射入和射出玻璃圆柱方向始终不变，射出玻璃圆柱的折射角为0°.B光从B点射入，设折射角为r，第一次在C点射出，设B光第一次射出圆柱面时的折射角为i2，由折射定律，，
解得：r＝30°.
由折射定律：
解得i2＝60°.光路图如图所示．
(2)设B光从C点射出光线的反向延长线交A光光线于D点，由图可知，∠DOC为直角，DA＝Rtan 60°－R＝(－1)R.