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 单元测试题（含解析）

光的波动性
1．如图所示，一细束白光通过玻璃三棱镜折射后在光屏上形成彩色光带，a、c是光带的两端，下列说法正确的是
A．a处为红色
B．b处为白色
C．c处为红色
D．c处为蓝色
2．如图所示，一束单色光沿半圆柱形玻璃砖的半径垂直ab面入射，有光线从ab面射出。以O点为圆心，将玻璃砖缓慢转过θ角时，恰好没有光线从ab面射出，则该玻璃砖的折射率为(　　)
A． B．
C． D．
3．关于下列光学现象，正确的说法是(　 　)
A．水中蓝光的传播速度比红光快
B．光从空气射入玻璃时可能发生全反射
C．在岸边观察前方水中的一条鱼，鱼的实际深度比看到的要深
D．分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，用红光时得到的条纹间距较窄。
4．1966年华裔科学家高锟博士提出一个理论：直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来做为光的波导来传输大量信息，43年后高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖，他被誉为“光纤通讯之父”．以下哪个实验或现象的原理和光导纤维是相同的（　　）
A．图甲中，弯曲的水流可以导光
B．图乙中，用偏振眼镜看3D电影，感受到立体的影像
C．图丙中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色
D．图丁中，白光通过三棱镜，出现色散现象
5．如图所示，一束光从空气垂直射到直角棱镜的AB面上，已知棱镜材料的折射率为1.4，则这束光进入棱镜后的光路图应为下面四个图中的 （ ）
A． B．
C． D．
6．如图所示，一束复色光从空气中沿半圆形玻璃砖半径方向射入，从玻璃砖射出后分成a、b两束单色光．则(　　)
A．玻璃砖对a光的折射率为；
B．a光的频率比b光的频率大
C．b光在玻璃中的传播速度比a在玻璃中的传播速度大
D．若入射点O不变，逆时针旋转入射光，则a光先发生全反射
7．下列说法正确的是(　　)
A．电磁波必须依赖介质才能向远处传播；
B．光由空气进入水中，频率不变，波长变短；
C．光的干涉、衍射、偏振现象表明光的粒子性；
D．介质折射率越大，光从介质射向真空时发生全反射的临界角越大。
8．如图所示，一束光经玻璃三棱镜折射后分为两束单色光、，波长分别为、，该玻璃对单色光、的折射率分别为、，则（ ）
A．， B．，
C．， D．，
9．许多物理现象在科学技术上得到了应用，以下对一些应用的解释，说法正确的是（ ）
A．紫外线验钞机利用紫外线的化学作用
B．X光透视利用光的衍射现象
C．工业上的金属探伤利用的是γ射线具有较强穿透能力
D．红外遥感技术利用一切物体都不停地辐射红外线的现象
E. 无线电波用于通信和广播
10．如图所示的双缝干涉实验，用绿光照射单缝S时，在光屏P上观察到干涉条纹．要得到相邻条纹间距更大的干涉图样，可以(　　)
A．减小S1与S2的间距
B．减小双缝屏到光屏的距离
C．将绿光换为红光
D．将整个装置放在水中
11．下列说法正确的是
A．简谐运动的周期与振幅无关
B．变化的电场一定能产生变化的磁场
C．太阳光经过三棱镜的两次折射后，会发散成彩色光带
D．电磁波传递信号可以实现无线通信，也可以通过有线传输
E. 在双缝干涉实验中，保持入射光频率不变，增大双缝距离，则干涉条纹间距也增大
12．频率不同的的两束单色光1和2以相同的入射角从同一点射入一厚玻璃板后，其光路如图所示，下列说法正确的是(　　)
A．单色光1的频率大于单色光2的频率
B．在玻璃中单色光1的传播速度大于单色光2的传播速度
C．可能单色光1是红光，单色光2是蓝光
D．无论怎样增大入射角，单色光1和2都不可能在此玻璃板下表面发生全反射
E. 若让两束光从同种玻璃射向空气，单色光1从玻璃到空气的全反射临界角小于单色光2从玻璃到空气的全反射临界角
13．某同学在利用“插针法”测定一块红色直角三角形玻璃砖的折射率时发现，由于玻璃的颜色较深，在另一侧很难观测到对侧所插的针.他想到可以用实验室的红色激光器来完成实验如图所示.他在木板上固定好白纸，放好玻璃砖，正确作出了界面MN、MP、NP，然后让很细的激光平行于木板从玻璃砖的上界面MN入射．
(1)由于激光很强，不能用眼睛直接观测，该同学通过在木板上插入被激光照亮的针来确定激光光路，正确的插针顺序应是_____________；
(2)若P1P2与MN垂直，用量角器量得图中,，则玻璃的折射率约为______；
A．1.41 B．1.73 C．1.22 D．1.58
(3)若激光器正常发光，该同学发现在MP一侧始终找不到出射光线，则可能的原因是______．
14．学校开展研究性学习．某研究小组的同学根据所学的光学知识，设计了一个测液体折射率的仪器．如图所示，在一个圆盘上过其圆心O作两条互相垂直的直径BC、EF，在半径OA上垂直盘面插下两枚大头针P1、P2并保持P1、P2位置不变，每次测量时让圆盘的下半部分竖直进入液体中，而且总使得液面与直径BC相平，EF作为界面的法线，而后在图中右上方区域观察P1、P2的像，并在圆周上插上大头针P3，使P3正好挡住P1、P2，同学们通过计算，预先在圆周EC部分刻好了折射率的值．这样只要根据P3所插的位置，就可直接读出液体折射率的值．则：
（1）若∠AOF=30°，OP3与OC的夹角为30°，则P3处所对应的折射率的值为______．（结果保留3位有效数字）
（2）图中P3、P4两位置哪一处所对应的折射率值大？答：____．
15．如图所示，平行玻璃板的厚度d=4cm，光线AB以入射角i=60°从空气射到平行玻璃板的上表面，经两次折射后从玻璃板的下表面射出．已知玻璃的折射率．求出射光线CD相对于入射光线AB偏离的距离．
16．如图所示，在真空中有一等腰棱镜ABC，顶角∠C=120°，一束单色光从AB边上的P点射入棱镜，入射光线与AC边平行，又从AB边Q点射出，且射出的光线与CB边平行．已知AC长为2L，AP长为L．求
(1)该棱镜的折射率；
(2)若光在真空中的速度为c，求光在棱镜中运动的时间．
17．如图，玻璃球冠的半径为R，折射率为，其底面镀银,底面半径是球半径的倍，在过球心O且垂直底面的平面(纸面)内，有一与底面垂直的光线射到玻璃冠上的M点，该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点，求:

(i) 该光线在底面发生反射的N点(未画出)到A点的距离
(ⅱ)该光线从球面射出的位置与入射点M的距离
18．如图所示是一玻璃球体,其半径为R,O为球心,AB为直径,M点是玻璃球的最高点,来自B点的光线BD在D点射出,出射光线平行于AB,已知∠ABD=30，光在真空中的传播速度为c.求：
(1)此玻璃的折射率和光从B到D所用的时间；
(2)若增大∠ABD，光线能否在DM段发生全反射现象
参考答案
1．C
【解析】
由光路图可知，c处光的偏折程度最小，则玻璃对c处光的折射率最小，即c处光的频率最小，a处光的频率最大，所以c处为红光，由于玻璃对各种光的折射率不同，所以白光经过玻璃三棱镜折射后各种光分开，所以b处不可能为白光
A. a处为红色与分析不相符，故A项与题意不相符；
B. b处为白色与分析不相符，故B项与题意不相符；
C. c处为红色与分析相符，故C项与题意相符；
D. c处为蓝色与分析不相符，故D项与题意不相符。
2．B
【解析】
由题可知，将玻璃砖缓慢转过θ角时，恰好没有光线从ab面射出，说明光线发生了全反射，此时的入射角恰好等于临界角，即有，而入射角，则可得到临界角，根据临界角公式：
得：
B符合题意。
3．C
【解析】
A．光在介质中传播速度，其中n是折射率，由于蓝光折射率大于红光折射率，所以蓝光传播速度比红光慢，不符合题意；
B．光从光密介质射向光疏介质时，才会发生全发射，空气属于光疏介质，而玻璃属于光密介质，不会发生全发射，不符合题意；
C．视深h与实际深度H关系为：，所以鱼的实际深度比看到的要深，符合题意；
D．条纹间距，由于红光波长大于蓝光波长，所以红光得到的条纹间距较宽，不符合题意。
4．A
【解析】
图甲中，弯曲的水流可以导光是因为光在水和空气界面上发生了全反射现象，故与光导纤维原理相同，A正确；图乙中，用偏振眼镜看3D电影，感受到立体的影像是因为光的偏振现象，B错误；图丙中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色是因为光的干涉现象，C错误；图丁中，白光通过三棱镜，出现色散现象是因为光发生了折射现象，D错误．
5．D
【解析】
【详解】
A.由 可知全反射临界角为45°。光线与底面交界处入射角为60°，大于临界角，因此在斜边会发生全反射，故A错误；
BCD.光由光疏介质进入光密介质中，入射角大于折射角，由此可知光线与底面交界处入射角为30°，小于临界角，从底边射出，发生折射和反射现象，且折射角大于入射角。故BC错误，D正确。
6．A
【解析】
【分析】
【详解】
A. 玻璃砖对a光的折射率为
故A项与题意相符；
B. 由图知两束光的入射角相等，a的折射角小于b的折射角，根据折射定律可知玻璃砖对b光的折射率比对a光的大，由于折射率越大，光的频率越大，则b光的频率比a光的频率大，故B项与题意不相符；
C. 由于玻璃砖对a光的折射率小，根据，知在玻璃砖中a光的传播速度比b光的大，故C项与题意不相符；
D. 若入射点O不变，逆时针旋转入射光，b光的折射角先达到 ，则b光先发生全反射，故D项与题意不相符．
7．B
【解析】
【详解】
A. 电磁波传播的是振荡的电磁场，而电磁场本身就是物质，所以电磁波传播不需要依赖介质，在真空中也能传播，故A项与题意不相符；
B. 光由空气进入水中，频率不变，波速变小，由波速公式v=λf知波长变短，故B项与题意相符；
C. 偏振是横波特有现象，光的偏振现象表明光是横波，说明了光的波动性，故C项与题意不相符；
D. 根据临界角公式分析知，介质折射率越大，光从介质射向真空时发生全反射的临界角越小，故D项与题意不相符。
8．C
【解析】
【详解】
由光路图可知，光的偏折程度较小，光的偏折程度较大，则玻璃对光的折射率大，即；折射率越大，频率越大，波长越小，则知光的波长大，即，故选项C正确，A、B、D错误．
9．CDE
【解析】
A、紫外验钞机是利用紫外线的荧光效应；故A错误；B、X光透视利用的是光的穿透力较强；故B错误；C、工业上的金属探伤利用的是γ射线具有较强穿透能力；故C正确；D、红外遥感技术利用一切物体都不停地辐射红外线的现象；从而通过接收到的红外线来感知物体；故D正确；E、无线电波波长较长，容易产生衍射现象，所以广泛用于通信和广播，故E正确．故选CDE.
【点睛】本题考查电磁波谱中红外线、紫外线及X射线、γ射线、无线电波的性质以及它们在现实生活中的应用，只需牢记相关内容即可．
10．AC
【解析】
【分析】
【详解】
A.根据双缝干涉条纹的间距公式知，减小双缝间的距离，即d变小，则干涉条纹间距减大，故A正确；
B.根据双缝干涉条纹的间距公式知，减小双缝到屏的距离，即l减小，干涉条纹间距减小．故B错误；
C.根据双缝干涉条纹的间距公式知，将绿光换为红光，波长变长，则干涉条纹间距变大．故C正确；
D. 因为，所以
则光进入水中的波长
光进入水中波长变短，根据双缝干涉条纹的间距公式知，波长变短，则干涉条纹间距变小．故D错误．
11．ACD
【解析】
【分析】
麦克斯韦的电磁场理论中变化的磁场一定产生电场，变化的电场一定产生磁场，当中的变化有均匀变化与周期性变化之分；电磁波传递信号可以实现无线通信，也能通过电缆、光缆传输；因折射率不同，出现折射现象. 依据干涉条纹间距公式分析.
【详解】
A、简谐运动的周期由振动系统内部因素决定，与振动幅度无关；故A正确.
B、根据麦克斯韦的电磁场理论可知，均匀变化的电场产生恒定的磁场；故B错误.
C、太阳光经过三棱镜的两次折射，因此折射率的不同，则会发散成彩色光带；故C正确.
D、利用电磁波传递信号可以实现无线通信，电磁波也能通过电缆、光缆传输；故D正确.
E、在光的双缝干涉实验中，根据条纹间距公式，当只增大双缝间的距离，则条纹间距变小；故E错误.
故选ACD.
【点睛】
该题考查到原子物理学、光学以及电磁场的多个不同的知识点的内容，难度虽然不大，但涉及的知识面比较宽，要做好这一类的题目，要在平时的学习中多加积累．
12．ADE
【解析】
【详解】
A.因为光线1的偏折程度大于光线2的偏折程度，所以单色光1的折射率大于单色光2的折射率，单色光1的频率大于单色光2的频率，故A正确；
B.由v＝知，在玻璃中单色光1的传播速度小于单色光2的传播速度，故B错误；
C.因为红光的折射率小于蓝光，故C错误；
D.从空气射向玻璃板的单色光一定能从玻璃中射出，故D正确；
E.临界角sin C＝，所以让两束光从同种玻璃射向空气，单色光1的临界角小，故E正确。
13．P4、 P3、 P2、 P1 A 激光在MP界面上发生了全反射
【解析】
（1）四根针应该先插光路后面的针，否则光被挡住，后面的针无法确定位置，故正确的插针顺序应是P4、P3、P2、P1；
（2）在MP界面，光的入射角为30°，折射角为45°，则玻璃的折射率：≈1.41，故选A；
（3）若激光器正常发光，该同学发现在MP一侧始终找不到出射光线，由于是从光密介质到光疏介质，则可能是激光在MP界面上发生了全反射；
14．1.73 P4
【解析】
(1)由图看出，入射角为，折射角，则P3处所对应的折射率的值为；
(2)P4处对应的入射角较大，根据折射定律，，可知P4处对应的折射率较大；
【点睛】确定出折射角与折射角，由折射定律求解折射率，折射角相同，通过比较入射角的大小，比较哪个位置对应的折射率大．
15．
【解析】
【分析】
【详解】
由光路图可知：
设折射角为，由折射定律
得：
由图中的几何关系得：
侧移量为
16．（1） ；（2）
【解析】
【分析】
(1)根据题意完成光路图，根据几何知识求出光线在P点的入射角和折射角，即可求折射率.
(2)根据几何关系求出光线在棱镜中传播的路程，由求出光线在棱镜中传播速度，从而求得传播时间.
【详解】
(1)光路图如图所示:
因为△ABC是等腰三角形，顶角∠C=120°，可知底角∠A=∠B=30°
由几何关系可知：从P点的入射光线与AB边的夹角θ=30°
根据光路可逆性可知∠BPM=∠AQN，可知∠PMA=∠QNB
由光的反射定律可知∠PMA=∠CMN，∠QNB=∠MNC，∠C=120°
综上可得∠PMA=∠CMN=∠QNB=∠MNC=∠A=30°，∠BPM=∠AQN=60°
由光的折射定律得：
(2)由几何关系可知
所以光在棱镜中的光程
光在棱镜中运动的速度
光在棱镜中运动的时间
【点睛】
本题是几何光学问题，作出光路图是解题的关键之处，再运用几何知识求出入射角、折射角，即能很容易解决此类问题.
17．(i) ；(i i)
【解析】
【详解】
(i) 设球半径为R，球冠地面中心为O'，连接OO'， 则，令
则：
即

已知MA⊥AB，所以
.
设图中N点为光线在球冠内地面上的反射点，光路图如图所示。
设光线在M点的入射角为i，折射角为r，在N点的入射角为i'，反射角为i"，玻璃的折射率为n。
由于为等边三角形，所以入射角
由折射定律得：
代入数据得： r=30° .所以，
则
(ii)作N点的法线NE，由于，所以
由反射定律得：
.
连接ON，由几何关系可知，则
由上式可得
所以为反射角，反射光线过球心，因为， .
故，假设光从球面P点射出，则
18．（1），（2）可能在DM段发生全反射现象
【解析】
【详解】
(1)如图，由几何知识可得入射角 i=∠ABD=30°,折射角 r=2∠ABD=230°=60°，则此玻璃的折射率为 ；BD长度 s=2Rcos30°= ，光在玻璃球内传播的速度 ，故光线从B传到D的时间为
（2）发生全反射的临界角：，所以临界角，从M点入射，入射角等于，所以若增大∠ABD，入射角可能大于临界角，所以光线可能在DM段发生全反射现象