上海市中原中学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．能产生干涉现象的两束光是（ ）
A．频率相同、振幅相同的两束光
B．频率相同、相位差恒定的两束光
C．两只完全相同的灯泡发出的光
D．同一光源的两个发光部分发出的光
2．2009年11月21日凌晨2时30分，黑龙江新兴煤矿发生瓦斯爆炸事故，造成10名矿工遇难．煤矿中的瓦斯危害极大，某同学查资料得知含有瓦斯的气体的折射率大于干净空气的折射率，于是他根据双缝干涉现象设计了一个监测仪，其原理如图所示：在双缝前面放置两个完全相同的透明容器A、B，容器A与干净的空气相通，在容器B中通入矿井中的气体，观察屏上的干涉条纹，就能够监测瓦斯浓度．如果屏的正中央O点变为暗纹，说明B中气体(　 　)
A．一定含瓦斯 B．一定不含瓦斯
C．不一定含瓦斯 D．无法判断
3．如图所示，有一玻璃三棱镜ABC，顶角A为30°，一束光线垂直于AB射入棱镜，从AC射出进入空气，测得出射光线与AC夹角为30°，则棱镜的折射率为(　　)

A． B． C． D．
4．单色光在真空中的传播速度为c，波长为λ0，在水中的传播速度是v，波长为λ，水对这种单色光的折射率为n.当这束单色光从空气斜射入水中时，入射角为θ1，折射角为θ2，下列说法中正确的是(　　)
A．， B．λ0＝λn，
C．v＝cn， D．λ0＝，
5．如图所示,玻璃棱镜的截面为等腰三角形，顶角a为30°．一束光线垂直于ab面射入棱镜，又从ac面射出．出射光线与入射光线之间的夹角为30°，则此棱镜材料的折射率是( )
A． B． C． D．
6．如图所示，一条光线通过一个在水中的球形空气泡，下列哪一条表示出射光线的路径（ ）
A．光线1 B．光线2
C．光线3 D．光线4
7．光线由空气射向某媒质，当入射角为时，折射光线与反射光线正好垂直，那么这种媒质的折射率和光在该媒质中的速度分别为（ ）
A．，
B．，
C．，
D．，
8．两束细平行光a和b相距为d，从空气中相互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的折射率大于对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
9．太阳光通过棱镜时，在竖直放置的屏幕上形成如图所示的光带(忽略棱镜对各色光的吸收)。若将灵敏温度计的球部放在屏幕上的MN、NP、PQ区域时，在哪个区域上升的示数最大(??? )
A．MN B．NP C．?PQ D．无法确定
10．如图所示，电灯发出的光先后经过偏振片和，人眼在处迎着入射光方向，看不到光亮，则（ ）
A．图中光为偏振光
B．图中光为偏振光
C．以为轴将转过后，在处将看到光亮
D．以为轴将转过后，在处将看到光亮
11．如图所示，、和都是厚度均匀的平行玻璃板，和、和之间的夹角都为，一细光束由红光和蓝光组成，以入射角从点射入板，且射出板后的两束单色光射在地面上、两点，由此可知（ ）
A．射出板后的两束单色光与入射光平行
B．射到点的光在玻璃中的折射率较大
C．射到点的光在玻璃中的传播速度较大，波长较长
D．若稍微增大入射角，光从板上表面射入到其下表面时，在该界面上有可能发生全反射
E.若射到、两点的光分别通过同一双缝发生干涉现象，则射到点的光形成干涉条纹的间距小，这束光为蓝光
12．关于光的折射和折射率，下列说法正确的是
A．折射光与入射光的传播方向总是不同的
B．发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同
C．根据可知，介质的折射率与入射角的正弦成正比
D．介质的折射率总是大于
E.根据可知，介质的折射率等于光在真空中的传播速度跟光在这种介质中的传播速度之比
13．如图所示，在测定某长方体玻璃砖的折射率的实验中．在白纸上画出线段PO，在线段PO上竖直插好两枚大头针P1、P2，沿PO方向射向玻璃砖AB面的光线经玻璃砖折射后从BC面射出，在BC面右侧能观察到大头针P1、P2的像．现使玻璃砖ABCD绕过O点垂直于纸面的轴在纸面内_______(填“顺时针”或“逆时针”)转动，直到在BC面右侧恰好观察不到P1、P2重叠在一起的像，量出此时光线PO的入射角，则玻璃的折射率n=_________．
14．某同学用双缝干涉实验仪测量光的波长，如图所示．
①实验中选用的双缝间距为 d，双缝到像屏的距离为 l，在像屏上得到的干涉图样如图所 示，分划板刻线在图中 A、B 位置时，游标卡尺的读数分别为 x1、x2，则入射的单色光波长 的计算表达式为 λ＝_____．
②分划板刻线在明条纹 B 位置时，测量头的游标卡尺如图所示，则其读数为_____mm；
③关于该实验，下列说法正确的是_____．
A．如果去掉滤光片，在像屏上得到的是明暗相间的白色干涉条纹
B．如果用激光作为光源，则无需凸透镜和滤光片，也能在像屏上得到干涉条纹
C．单缝和双缝必须要相互平行，且处于竖直方向的位置，否则无法用测量头读数
D．若双缝中某一条被遮住，则像屏上得到的是单缝衍射的条纹
15．如图所示，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，∠A=90°，∠B=30°，直角边AC的长度AC=20cm。一束光线垂直于底边BC对着AC边的中点D射入棱镜，然后从BC边上的E点垂直于BC边射出，求：
(1)棱镜的折射率应满足的条件；
(2)C、E间的距离。
16．一半径为R的半圆柱形玻璃砖，其直径与水平面成45°角，横截面如图所示．已知玻璃砖对光的折射率为n＝2．水平射来的平行光射到玻璃砖的底面上，经底面折射后，有部分光能直接从玻璃砖的半圆面射出，求半圆面透光部分的弧长．
17．如图所示，长AD＝m的长方体透明介质处在真空中，光从介质的上表面AB射入，射到侧面AD上．已知介质对该光的折射率n＝，入射角i＝45°，光在真空中的传播速度c＝3l08m/s，求：
（1）折射角r和该光在介质中的传播速度v；
（2）该光从AB面传播到CD面的时间t．
18．如图所示，一棱镜的截面为直角三角形ABC，A＝30°，斜边AB＝8cm，棱镜材料的折射率，在此截面所在的平面内，一条光线以60°的入射角从AC边的中点M射入棱镜，求出射点到B点的距离(不考虑光线沿原路返回的情况)。
参考答案
1．B
【解析】
由产生干涉的条件，可知A项错误，B项正确；即使是同一光源的两个部分发出的光，由于相位差随时间不同而改变，所以也不会发生干涉（激光光源除外）；通常把一束光一分为二来获得相干光源，故D项错误；对于C选项，也可以以日光灯为例来说明，日光灯下没有干涉现象的出现，说明不符合干涉条件。
2．A
【解析】
设含有瓦斯的气体的折射率为n，则光在B中的波长λn=，如果屏的正中央是亮纹，则，N为整数，说明B中的气体与A中的空气成分可能相同，即N=0（n=1），也可能不同；如果屏的正中央是暗纹，则n≠1，说明B中的气体与A中的空气成分不相同，一定含有瓦斯，故A正确，BCD错误;故选A．
3．C
【解析】
顶角A为30°，则光从AC面射出时，在玻璃中的入射角i＝30°.由于出射光线和入射光线的夹角为30°，所以折射角r＝60°.由光路可逆和折射率的定义可知n＝＝，C项正确．
4．B
【解析】
由题意可知，n＝，又n＝，所以v＝＝c，又λ0＝，而λ＝，
所以λ＝λ0＝而λ0＝nλ＝λ.综上所述，只有B项正确；故选B．
5．D
【解析】
根据几何关系得，光在ac面的入射角，折射角，由折射定律得，故D正确，ABC三项错误．

6．A
【解析】
【详解】
光先从水进入空气泡中，由折射定律可知折射角应大于入射角；然后又从空气射入水中，折射角应小于入射角。
A. 光线1与上述分析相符，故A符合题意；
B. 光线2上述分析不相符，故B不符合题意；
C. 光线3上述分析不相符，故C不符合题意；
D. 光线4上述分析不相符，故D不符合题意。
7．C
【解析】
【详解】
由图可知折射角：
故该媒质的折射率：
由可知，光在该媒质中的速度：
A. ，，与上述计算结果不相符，故A不符合题意；
B. ，，与上述计算结果不相符，故B不符合题意；
C. ，，与上述计算结果相符，故C符合题意；
D. ，，与上述计算结果不相符，故D不符合题意。
8．C
【解析】
如图所示，光线经两侧面平行的玻璃砖后方向不变，折射光线是平行的，根据折射定律， ，由题意知，na>nb，则ra
9．C
【解析】
【分析】
频率越高的波，波长就越小，而介质对其折射率越大，通过该介质时偏折就越厉害，根据电磁波谱，可以确定太阳光中各中色光的波长，从而确定各种色光的区域，而红外线的显著的作用是热，灵敏温度计的球部放此区域时，示数最大。
【详解】
由光的色散可知，从Q→M各频段的电磁波依次为红外线→可见光→紫外线，由于红外线的热作用最强，故选C.
10．BD
【解析】
【详解】
A.自然光沿各个方向发散是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然光，则A错；
B.它通过A偏振片后，即变为偏振光，则B对；
C.设通过A的光沿竖直方向振动，P点无光亮，则B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光，将B转过后，P处仍无光亮，C错；
D.若将B转过，则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，D对。
11．ABD
【解析】
【详解】
A.光线经过平行玻璃板时出射光线和入射光线平行，则最终从c板射出的两束单色光与入射光仍然平行，A正确；
B.射到P点的光偏折程度比射到Q点的光偏折程度厉害，知射到P点的光在玻璃中的折射率较大，B正确；
C.射到P点的光折射率较大，根据知，在玻璃中传播的速度较小，折射率大，则频率大，波长小，C错误；
D.光从b板上表面射入到其下表面时的人射角等于上表面的折射角，根据光路可逆性可知，光线不可能在下表面上发生全反射，D错误；
E.根据知，条纹间距较小的光波长小，则频率大，折射率大，偏折厉害，为射到P点的光，即蓝光，E正确。
12．BDE
【解析】
【详解】
AB．发生折射现象是由于光在不同介质中传播速度不同，当光线垂直入射到介质分界面上时，折射光与入射光方向相同，故A不符合题意，B符合题意；
C．折射率由介质决定，与入射角无关，C不符合题意；
D．介质折射率，又光在介质中的速度小于光在空气(真空)中的速度，所以介质折射率总大于1，D符合题意；
E．由可知，介质的折射率等于光在真空中的传播速度c跟光在这种介质中的传播速度v之比，E符合题意。
13．逆时针
【解析】
【分析】
【详解】
[1]．在BC面右侧恰好观察不到P1、P2重叠在一起的像，射向BC面光线的入射角应该增大，则光线PO在AB面上的折射角减小（两角互为余角），入射角也会减小，玻璃砖ABCD绕过O点垂直于纸面的轴在纸面内逆时针转动．
[2]．设AB面上的折射角为，；BC面上恰好发生全反射，入射角为临界角C，则
而．联立解得
14． 31.10 BD
【解析】
【分析】
【详解】
①相邻亮纹的间距为；根据，解得；
②游标卡尺读数为：3.1cm+0.05mm×2=31.10mm；
③如果去掉滤光片，在像屏上得到的是彩色相间的干涉条纹，故A错误；因激光的平行度好，则如果用激光作为光源，则无需凸透镜和滤光片，也能在像屏上得到干涉条纹，故B正确；单缝和双缝必须要相互平行，但是不一定要处于竖直方向的位置，故C错误；若双缝中某一条被遮住，则像屏上得到的是单缝衍射的条纹故D正确。
故选BD.
15．(1) (2)15cm
【解析】
【详解】
(1)光线在AC面和AB面均发生全反射，光路图如图所示
由几何关系可知光线在AB面发生全反射的反射角为30°
所以折射率
(2)因为D是AC边的中点，由几何关系可知
解得：
CE=15cm。
16．
【解析】
【分析】
【详解】
已知折射率，根据
解得全反射的临界角C=45°
作光路图如图所示，上面光线经折射后打到A点恰好发生全反射，下面光线经折射后打到B点恰好发生全反射
根据折射定律，有
其中i=45°，可得y=30°
根据几何关系可知，圆弧AB所对应的圆心角为90°
所以半圆面透光部分的弧
17．（1）r=30°，v=；（2）
【解析】
【详解】
（1）由折射定律有
折射角r的正弦值
==
折射角
r=30°
光在介质中的传播速度
v=
（2）该光在介质中传播的距离为
又
解得光从AB面传播到CD面的时间
18．
【解析】
【详解】
设人射角为i，折射角为r，由折射定律得:
得
光路图如图所示
设折射光线与AB的交点为D，由几何关系可知，光线在D点的入射角，设全反射的临界角为，则 ，因为 ，所以，光在D点全反射，设光线的出射点为E，由几何关系得:
，，
且：
，
解得:
答：出射点到B点的距离为1cm。