上海市南汇中学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．如图是一个圆柱体棱镜的截面图，图中E、F、G、H将半径OM分成5等份，虚线EE1、FF1、GG1、HH1平行于半径ON,ON边可吸收到达其上的所有光线.已知该棱镜的折射率n=,若平行光束垂直入射并覆盖OM,则光线：（ ）
A．只能从圆孤射出
B．只能从圆孤射出
C．可能从圆孤射出
D．可能从圆孤射出
2．如图所示，两种折射率不同的介质叠放在一起，由a、b两种单色光组成的复合光，从某种光密介质先射入介质1，然后又进入介质2．对a、b两种单色光的折射情况分析，下列判断正确的是（　　）
A．a光的频率大于b光的频率
B．介质1中a光的速率比b光的速率大
C．介质2中a光的折射率比b光的折射率大
D．介质2中a光的波长比b光的波长小
3．下列说法正确的是（　　）
A．图甲，白光通过三棱镜发生色散现象是因为三棱镜对白光中不同频率的光的折射率不同
B．图乙，肥皂膜上出现彩色条纹是光的衍射现象
C．图丙是红光的干涉条纹
D．图丙，如果在光源与缝之间放一合适凸透镜，不改变其他条件，则条纹变密集
4．下列说法正确的是（　　）
A．麦克斯韦通过实验证实了电磁波的存在
B．光导纤维传送图象信息利用了光的衍射原理
C．光的偏振现象说明光是纵波
D．微波能使食物中的水分子热运动加剧从而实现加热的目的
5．2003年全世界物理学家评选出“十大最美物理实验”，排名第一的为1961年物理学家利用“托马斯·杨”双缝干涉实验装置，进行电子干涉的实验．从辐射源辐射出的电子束经两靠近的狭缝后在显微镜的荧光屏上出现干涉条纹，该实验说明（ ）
A．光具有波动性
B．光具有波粒二象性
C．微观粒子也具有波动性
D．微观粒子也是一种电磁波
6．下列关于光的性质说法正确的是
A．托马斯·杨通过光的单缝衍射实验，证明了光是一种波
B．日落时分，在岸上拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振光片可以使景象更清晰
C．马路积水上的油膜呈现彩色图样是光的衍射现象
D．照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是应用了光的全反射现象
7．如图所示，一束由两种单色光组成的细光束沿PO方向由空气射向玻璃砖，通过玻璃砖后分成两条单色细光束A、B．下列说法正确的是（　　）
A．若增大入射角i，则B光先消失
B．在玻璃中A光的速度比B光的大
C．通过狭缝时A光比B光更容易发生衍射现象
D．用同一双缝干涉实验装置分别用A、B光做实验，A光的干涉条纹间距比B光的小
E.若A光为绿光，则B光可能为紫光
8．由a、b两种单色光构成复色光束从水中斜射入空气中的光路图如图所示,关于a、b两种单色光,下列说法正确的是_____
A．a光的频率小于b光的频率
B．从同种介质中斜射入空气发生全反射时,a光的临界角小于b光的临界角
C．在同种介质中传播,a光传播速度大于b光的传播速度
D．相同条件的双缝干涉实验中,a光的相邻明条纹间距比b光的相邻明条纹间距小
E. 通过同一狭缝,a光的衍射现象比b光的衍射现象更明显
9．下列说法正确的是（　　）
A．真空中蓝光的波速比红光的波速大
B．“闻其声而不见其人”是因为声波比光波更容易发生衍射现象
C．光纤通信利用了光的全反射原理
D．光的偏振现象说明光是纵波，电磁波也是纵波
10．下列说法正确的是
A．杨氏双缝干涉实验证明光是一种波
B．单缝衍射实验中形成的条纹宽度相同间距相等
C．光的偏振现象说明光是纵波
D．拍摄水中景物时，照相机镜头前装一片偏振片，可以减弱水面反射光进入相机
E.白光经过薄膜干涉可以产生色散现象
11．如图所示，一束复色光由空气射向一块平行平面玻璃砖，经折射后分为两束单色光a和b，下列判断正确的是（　　）
A．a光的频率小于b光的频率
B．在玻璃砖中a光的波长小于b光的波长
C．若单色光a是蓝光，则b可能是紫光
D．单色光a和b从下表面射出时一定平行
12．由a、b两种单色光组成的复合光束射入一玻璃球体，当入射角θ等于60o时，其折射光束和出射光束如图所示．已知a光束第一次射出此玻璃球体后的出射光束相对复合光束的偏折角也为60o，则下列说法正确的是（ ）
A．该玻璃球体对a光的折射率为
B．适当增大入射角θ，a、b光束一定不能发生全反射
C．经过同一单缝时，b光衍射现象更明显
D．用同一装置分别进行双缝干涉实验时，b光的条纹间距大些
13．如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到的现象是______．这是光的偏振现象，这个实验表明_____．
14．在测定玻璃的折射率实验时
（1）下列说法正确的是_____
A．入射角越大，误差越小
B．在白纸上放好玻璃砖后，用铅笔贴着光学面画出界面
C．实验时即可用量角器，也可用圆规和直尺等工具进行测量
D．判断像与针是否在同一直线时，应该观察大头针的头部

（2）小时同学在插针时玻璃砖的位置如图1所示．根据插针与纸上已画的界面确定入射点与出射点，依据上述操作所测得的折射率_________（填“偏大”、“偏小”或“不变”）
（3）小明同学经正确操作后，在纸上留下四枚大头针的位置P1、P2、P3、P4，AB和CD是描出的下班砖的两个边，如图2所示，请在答题纸上画出光路图________．
15．如图，真空中有一半径为R的玻璃球，O为球心，一单色光从球面上的P点，以与OP夹角θ=45°方向射入，经过一次折射后到达球面上Q点（图中未画出），已知光在真空中的速度为c，单色光的频率为f，玻璃球对该单色光的折射率为 。求：
①该单色光在玻璃中的波长λ；
②光在玻璃球中从P到Q的时间为t。
16．如图所示，半圆形玻璃截面的圆半径OA＝R，一束细激光束平行于半径OD且垂直于平面AB射到半圆形玻璃上的C点．穿过玻璃后光线交OD的延长线于P点．已知玻璃材料对激光束的折射率为，．
①画出该激光束传播过程的光路图；
②求OP两点的距离．
17．如图(b)，将半径为R的透明半球体放在水平桌面上方，O为球心，直径恰好水平，轴线垂直于水平桌面在水平桌面上的A点有点光源，发出一束与平行的单色光射向半球体上的B点，光线通过半球体后刚好与OB连线平行．已知，光在真空中传播速度为c，不考虑半球体内光的反射，求：

(1)透明半球体对该单色光的折射率n；
(2)该光在半球体内传播的时间．
18．如图所示为用某种透明材料制成的一块柱形棱镜的截面图，圆弧CD为半径为R=0.5m的四分之一的圆周，圆心为O，已知AD=，光线从AB面上的某点入射，入射角θ1=45°，它进入棱镜后射向O点，恰好不会从BC面射出.求：
①该棱镜的折射率n；
②光线在该棱镜中传播的时间t（已知光在空气中的传播速度c=3.0×108m/s）.
参考答案
1．A
【解析】试题分析：由临界角公式求出临界角，确定光线射到圆孤NM的临界入射点，当入射光线在临界光路的右侧时，入射角大于临界角，将发生全反射，光线将从圆弧射出．当入射点在临界入射点左侧时，入射角小于临界角，不发生全反射，光线将从圆弧面射出．
由临界角公式得到．设圆弧的半径为R， ，则由题可知，当光线从F点入射到圆弧面点时，恰好发生全反射．当入射点在的右侧时，入射角大于临界角，将发生全反射，光线将不能从圆弧射出．当入射点在的左侧时，入射角小于临界角，不发生全反射，光线将从圆弧面射出，所以光线只能从圆孤射出，A正确．
2．B
【解析】
【详解】
光线进入介质1时，a光的偏折程度比b光的小，则介质1中a光的折射率比b光的折射率小，因此a光的频率小于b光的频率。故A错误。介质1中a光的折射率比b光的折射率小，根据n，知介质1中a光的速率比b光的速率大，故B正确。a光的频率小于b光的频率，则介质2中a光的折射率比b光的折射率小，故C错误。由c＝λf知，在真空中a光的波长比b光的波长大。根据n，式中λ0是真空中波长，λ是介质中波长，结合介质2中a光的折射率比b光的折射率小，可知介质2中a光的波长比b光的波长大，故D错误。
3．A
【解析】
【详解】
A、图甲，白光通过三棱镜发生色散现象，是因为三棱镜对白光中不同频率的光的折射率不同，偏折角不同造成的，故A正确。
B、图乙，肥皂膜上出现彩色条纹是光的干涉现象，故B错误。
C、图丙条纹宽度亮度不等，是红光的衍射条纹。故C错误。
D、图丙，如果在光源与缝之间放一合适凸透镜，因狭缝宽度和光的波长不变，则条纹密集程度不变，故D错误。
4．D
【解析】
【详解】
A.麦克斯韦提出了电磁波理论，赫兹通过实验进行了验证，故A错误；
B.光导纤维传送图象信息利用了光的全反射原理，故B错误；
C.光的偏振现象说明了光是横波，故C错误；
D.微波与食物中水分子的固有频率接近时，发生共振使热运动加剧从而实现加热的目的，故D正确.
5．C
【解析】
考点：用双缝干涉测光的波长．
专题：实验题．
分析：干涉是波所特有的现象，电子的双缝干涉说明微观粒子具有波动性．
解答：解：电子的双缝干涉说明微观粒子具有波动性，因为干涉是波所特有的现象．故C正确，A、B、D错误．
故选C．
点评：解决本题的关键知道干涉是波所特有的现象．以及知道电子的双缝干涉说明微观粒子具有波动性．
6．B
【解析】
【详解】
A、托马斯?杨通过光的双缝干涉实验，证明了光是一种波，故选项A错误；
B、在日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振光片，由于反射光太强，偏振光强，加偏振片可以将反射的偏振光过滤，使图象清晰，故选项B正确；
C、马路上积水表面的油膜呈现彩色图样，是膜的内外表面反射光，因频率相同，从而相互叠加，形成彩色图样，这是由于光的干涉现象，故选项C错误；
D、照相机镜头表面涂上增透膜，利用膜的内外表面反射光，相同的频率，相互叠加，从而增强透射光的强度，是利用了光的干涉现象，故选项D错误；
7．BCE
【解析】
【详解】
A. 根据折射定律知光线射入玻璃时的折射角只能接近临界角，不能达到临界角，即射出玻璃时的入射角不能达到临界角，不会发生全反射，所以增大入射角i，光线都能射出，故A项与题意不相符；
B. 光有空气射向玻璃时，两种单色光的入射角相同，但B光偏折大，根据射率定义公式

有

根据知
故B项与题意相符；
C. 频率大的单色光折射率也大，根据c=λf，由于fA＜fB，故λA＞λB，所以通过相同的狭缝时A光更容易发生衍射，故C项与题意相符；
D. 根据双缝干涉条纹的间距公式，为λA＞λB，所以A光的干涉条纹间距比B光的大，故D项与题意不相符；
E.由于绿光的频率小于紫光的频率，结合fA＜fB，故E项与题意相符。
8．ACE
【解析】
【详解】
由光路可知b的折射程度大于a，可知b的折射率大于a，b光的频率大于a光的频率，选项A正确；根据sinC=1/n可知，从同种介质中斜射入空气发生全反射时，b光的临界角小于a光的临界角，选项B错误；根据n=c/v可知在同种介质中传播，a光传播速度大于b光的传播速度，选项C正确；b光波长小于a光，根据可知，相同条件的双缝干涉实验中,b光的相邻明条纹间距比a光的相邻明条纹间距小，选项D错误；b光波长小于a光，则通过同一狭缝，a光的衍射现象比b光的衍射现象更明显，选项E正确；故选ACE.
9．BC
【解析】
【详解】
A.真空中蓝光的波速与红光的波速相同，都是c＝3×108m/s，故A项与题意不符；
B.声波的波长远大于光波的波长，更容易发生明显的衍射，“闻其声而不见其人”就是因为声波比光波更容易发生衍射现象，故B项与题意相符；
C.光纤通信利用了光的全反射原理，故C项与题意相符；
D.偏振是横波特有的现象，光的偏振现象说明光是横波波，电磁波也是横波，故D项与题意不相符。
10．ADE
【解析】
【详解】
A. 杨氏双缝干涉实验证明光是一种波，选项A正确；
B. 单缝衍射实验中形成的条纹宽度不相同，间距不相等，选项B错误；
C. 光的偏振现象说明光是横波，选项C错误；
D. 拍摄水中景物时，照相机镜头前装一片偏振片，可以减弱水面反射光进入相机，选项D正确；
E. 白光经过薄膜干涉可以产生色散现象，选项E正确。
11．BD
【解析】
【详解】
A.复色光进入玻璃砖时两光的入射角α相等，设折射角分别为βa、βb，由图知，βa＜βb，由，得na＞nb，则fa＞fb，故A错误；
B.在玻璃砖中、v＝λf，则在玻璃砖中波长，得λa＜λb，故B正确；
C.因为fa＞fb，所以若单色光a是蓝光，则b不可能是紫光；故C错误.
D.由光路可逆原理可知，离开玻璃砖时与进入玻璃砖时光线平行，故D正确.
12．AB
【解析】
【详解】
A、由几何关系可知光的折射角为，根据折射定律：，故选项A正确；
B、光从空气射向玻璃，是光疏介质射向光密介质，不可能发生全反射，光从玻璃射向空气时，与前者对称，角度相同，也不可能发生全反射，故选项B正确；
CD、由于光的折射率大于光的折射率，折射率越大的光频率越大，波长越短，衍射现象越不明显，故光衍射现象不明显；进行双缝干涉实验时，根据可知光的条纹间距小些，故选项C、D错误．
13．透射光的强度（或亮度）发生变化 光是一种横波
【解析】
【分析】
【详解】
纵波振子是沿传播方向震动的，所以它可以通过那个纸板上的眼，也就不能偏振了；而横波振子是沿与传播方向垂直的方向震动的，而且振子的平衡位置不变，当波传到纸板处，这里的振子无法震动，部分波就无法传过去了，即发生了“偏振”现象；所以让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到的现象是透射光的强度（或亮度）发生变化；这是光的偏振现象，这个实验表明光是一种横波．
14．C 偏小
【解析】
（1）本实验在应用插针法时，角度过大会导致反射增强，折射减小，现象不明显，A错误；用铅笔贴着光学面可能会损坏光学面，B错误；求折射率也可以通过画图，将角度的正弦之比转化为对边之比，C正确；在观察时应使得大头针脚重合，D错误．
（2）从图1中可知玻璃砖发生倾斜，则所测定的入射角和折射角都变大，根据折射定律，两角度都变大，根据数学知识可知，故测定的折射率减小，
（3）连接，确定入射点，连接，确定出射点，再连接入射点和出射点并标上箭头，如图所示
15．① ②
【解析】
【详解】
①光在玻璃中的传播速度
光在玻璃中的波长
解得
②光在玻璃砖中的折射角为φ，则
解得φ=300
距离PQ=R
从P到Q的时间
16．①②
【解析】
【详解】
①如图所示：
②在半圆面上的入射点为D，设入射角为i，折射角为r，由图中几何关系可得：

解得i =30°
由折射定律可得：
解得：r=60°
由几何关系知∠DOP=∠POD=30°
所以
17．(1)；(2)
【解析】
【分析】
【详解】
（1）光从光源S射出经半球体到达水平桌面的光路如图.
光由空气射向半球体,由折射定律,有
在中,
得:
光由半球体射向空气,由折射定律,有:
故
由几何知识得
故有:
因此
（2）光在半球体中传播的速度为
由几何知识得 ,得:
光在半球体中传播的时间为 :
故本题答案是：(1)；(2)
【点睛】
（1）先作出光路图.再由几何关系,求出入射角和折射角,根据折射定律求折射率n.
（2）由 求出光在半球体内传播的速度,由几何关系求出传播的距离,再求出传播时间.
18．（1） （2）
【解析】
【详解】
①光线在BC面上恰好发生全反射，入射角等于临界角C
则sinC=
在AB界面上发生折射，折射角θ2=90°-C
由折射定律： =n
由以上几式解得：n=
②光在棱镜中的传播速度：v=×108m/s
光在棱镜中的传播路程为：=0.8m
光线在该棱镜中传播的时间：