上海市民立中学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．如图所示，a 是由红、紫两种单色光组成的一束复色光，射向半圆形玻璃砖，折射后分成了光束b和光束c，下列判断正确的是
A．b是红光，c是紫光
B．b和c在玻璃中的传播速度相等
C．在真空中b的波长小于c的波长
D．在真空中b的波长等于c的波长
2．如图所示，一束光从介质a 斜射向介质b，在两种介质的分界面上发生了全反射，下列判断正确的是
A．a是光疏介质，b是光密介质
B．光的入射角必须大于或等于临界角
C．光在介质a中的速度大于在介质b中的速度
D．该光束一定是单色光
3．如图所示，一束可见光穿过平行玻璃砖后，变为a、b两束单色光．如果光束b是蓝光，则光束a可能是
A．红光 B．黄光 C．绿光 D．紫光
4．一束白光从顶角为的一边以较大的入射角i射入并通过三棱镜后，在屏P上可得到彩色光带，如图所示，在入射角i逐渐减小到零的过程中，假如屏上的彩色光带先后全部消失，则
A．红光最先消失，紫光最后消失
B．紫光最先消失，红光最后消失
C．紫光最先消失，黄光最后消失
D．红光最先消失，黄光最后消失
5．在信息技术迅猛发展的今天，光盘是存储信息的一种重要媒介．光盘上的信息通常是通过激光束来读取的．若激光束不是垂直投射到盘面上，则光线在通过透明介质层时会发生偏折而改变行进的方向，如图所示．下列说法中正确的是( )
A．图中光束①是红光，光束②是蓝光
B．在光盘的透明介质层中，光束①比光束②传播速度更快
C．若光束①②先后通过同一单缝衍射装置，光束①的中央亮纹比光束②的窄
D．若光束①②先后通过同一双缝干涉装置，光束①的条纹宽度比光束②的宽
6．下列现象中，属于光的衍射现象的是（ ）
A．雨后天空出现彩虹
B．通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹
C．海市蜃楼现象
D．日光照射在肥皂泡上出现彩色条纹
7．光射到两种不同介质的分界面，分析其后的传播情形可知
A．折射现象的出现说明光是纵波
B．光总会分为反射光和折射光
C．折射光与入射光的传播方向总是不同的
D．发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同
8．如图所示，一束由两种单色光混合的复色光，沿PO方向射向一上下表面平行的厚玻璃平面镜的上表面，得到三束反射光束I、II、III，若玻璃砖的上下表面足够宽，则下列说法正确的是（ ）
A．光束I仍为复色光，光束II、III为单色光
B．改变α角，光束I、II、III仍保持平行
C．通过相同的双缝干涉装置，光束II产生的条纹宽度要小于光束III的
D．在真空中，光束II的速度小于光束III的速度
9．关于光的干涉和衍射，下列说法正确的是
A．双缝干涉实验证明光是一种波，薄膜干涉证明光是一种粒子
B．双缝干涉是两束相干光相遇时出现的干涉现象；而薄膜干涉是一束光经薄膜的前后表面反射后相互叠加形成的干涉现象
C．双缝干涉时，双缝间距越小干涉条纹间距越大；波长越长干涉条纹间距越大
D．照相机镜头镀有增透膜，其作用是让各种色光都发生干涉相消，增强透射光
E.泊松亮斑是衍射现象，证明了光是一种波
10．固定的半圆形玻璃砖的横截面如图，O点为圆心，OO’为直径MN的垂线，足够大的光屛PQ紧靠玻璃砖右侧且垂直于MN．由A、B两种单色光组成的一束光沿半径方向射向O点，入射光线与OO’夹角θ较小时，光屛NQ区域出现两个光斑，逐渐增大θ角，当θ=α时，光屛NQ区域A光的光斑消失，继续增大角，当θ=β时，光屛NQ区域B光的光斑消失，则（　　）
A．玻璃砖对A光的折射率比对B光的大
B．A光在玻璃砖中传播速度比B光的大
C．α＜θ＜β时，光屛上只有1个光斑
D．β＜θ＜时，光屛上只有1个光斑
11．抽制高强度纤维细丝可用激光监控其粗细，如图所示，激光束越过细丝时产生的条纹和它通过遮光板的同样宽度的窄缝规律相同.观察光束经过细丝后在光屏上所产生的条纹即可判断细丝粗细的变化，下列叙述中正确的是(　 　)
A．这里应用的是光的衍射现象
B．这里应用的是光的干涉现象
C．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变粗
D．如果屏上条纹变宽，表明抽制的丝变细
12．列五幅图中关于振动和波的说法正确的是( )
A．粗糙斜面上的金属球M在弹簧的作用下运动,则该运动是简谐运动
B．若单摆的摆长为L,摆球的质量为m、位移为x,则此时回复力为
C．若此图为某简谐横波某时刻的波形图,则此时质点A、C之间的距离就是该波的一个波长
D．若实线为某简谐横波某时刻的波形图,且此时质点M沿y轴负向运动,则经极短时间后波形图可能如虚线所示
E.人站在水边观察,看不到远处水面下的物体,是因为水面下远处物体的光线射到界面上,入射角较大,发生了全反射,没有光能射到人眼处而不被觉察
13．如图所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②__________、③__________、④________、⑤遮光筒、⑥光屏．对于某种单色光，为增加相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离，可采取________或________的方法．
14．利用图中装置研究双缝干涉现象：
(1)下面几种说法中正确的是（______）
A．将屏移近双缝，干涉条纹间距变窄
B．将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽
C．将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距变宽
D．换一个两缝之间距离较大的双缝，干涉条纹间距变窄
E.去掉滤光片后，干涉现象消失
（2）某同学在做“用双缝干涉测光的波长”实验时，第一次分划板中心刻度线对齐A条纹中心时，游标卡尺的示数如图（3）所示，第二次分划板中心刻度线对齐B条纹中心时，游标卡尺的示数如图（4）所示，已知单双缝间距为10cm，双缝间距为0.2mm，从双缝到屏的距离为0.8m，则图（3）中游标卡尺的示数为
__mm．图（4）游标卡尺的示数为_______mm．所测光波的波长为____________m ．（保留两位有效数字）
15．如图所示,玻璃三棱镜ABC的截面为等腰直角三角形,∠A=∠C=45°，一束单色光线从AB上的O点射入三棱镜,光线与AB边的夹角θ=30°,折射光线恰好通过AC边的中点D.已知该玻璃的折射率,AB边长为a,光在真空中的传播速度为c.求:光线从O点到D点的传播时间.
16．现有由同一种材料制成的一个透明工艺品，其切面形状图如图所示。其中，顶部为矩形形状，高，边长，底部为等边三角形。现让一束单色光线从部分边的中点表面处沿竖直方向射入，光线进入后发现折射光线恰好与部分的平行且经过，最后从部分的边上某点处射出，光在真空中的传播速度为。求：
（1）光在工艺品中传播的速度；
（2）光在工艺品中传播的时间。
17．如图所示为一巨大的玻璃容器，容器底部有一定的厚度，容器中装一定量的水，在容器底部有一单色点光源，已知水对该单色光的折射率为4/3，玻璃对该单色光的折射率为1.5，容器底部玻璃的厚度为d，水的深度为2d．求：
（1）该单色光在玻璃和水中传播的速度
（2）水面形成的圆形光斑的半径（不考虑两个界面处的反射光线）
18．如图所示，直角边AC长度为d的直角棱镜ABC置于桌面上，D为斜边BC的中点，桌面上的S点发射一条光线经D点折射后，垂直于AB边射出．已知SC＝CD，光线通过棱镜的时间，c为真空中光速，不考虑反射光线．求：

(i)棱镜的折射率n；
(ii)入射光线与界面BC间的夹角．
参考答案
1．C
【解析】
A、由图看出b光的偏折程度大于c光，所以根据折射定律得知：玻璃对b光的折射率大于对c光的折射率，所以b时紫光，c时红光．故A错误；
B、b光是紫光，折射率大，根据v=c/n，b光在玻璃中的速度小，故B错误；
CD、由v=，紫光频率高，波长短，故C正确，D错误．
故选：C
2．B
【解析】
A. 光从介质a射向介质b，要在a、b介质的分界面上发生全反射，则a是光密介质，b是光疏介质．故A错误；
B. 光的入射角等于临界角时，折射角等于90°，要发生全反射，光的入射角必须大于等于临界角，故B正确；
C．由上分析得知，a的折射率大于b的折射率，由v=c/n得知，光在介质a中的速度小于在介质b中的速度．故C错误．
D. 该光束可能是复色光，各色光的入射角都大于等于临界角，都发生了全反射，故D错误．
故选B.
【点睛】
产生全反射的条件是：一是光从光密介质射入光疏介质；二是入射角大于或等于临界角．根据这个条件进行选择．
3．D
【解析】
根据题意作出完整光路图，如图所示，a光进入玻璃砖时光线偏折角较大，根据光的折射定律可知玻璃砖对a光的折射率较大，因此a光的频率应高于b光，故选D．
【名师点睛】由教材中白光通过三棱镜时发生色散的演示实验可知，光线在进入棱镜前后偏折角度越大，棱镜对该光的折射率越大，该光的频率越大．
4．B
【解析】
光线经AB面折射后射到AC面上，随入射角i逐渐减小到零的过程中，设到AC面上的入射角逐渐变大；根据可知，紫光的临界角最小，故紫光首先发生全反射从屏上消失，红光的临界角最大，最后从屏上消失，故选B．
5．C
【解析】
由图可知介质对①光的折射率比对②光的折射率大，所以①光的频率高于②光的频率，①红光折射率小于蓝光，A错；折射率越大，在介质中的传播速度越小，B错；①光的波长比②光的短，经同一单缝衍射成双缝干涉时入射光的波长越长，其中央亮纹越宽，D错C对．
6．B
【解析】
彩虹是因为阳光射到空中接近圆形的小水滴，造成色散及反射而成，所以A项错误；通过一个狭缝观察日光灯可看到彩色条纹是单缝衍射的结果，所以B项正确；海市蜃楼是由于不同的空气层有不同的密度,而光在不同的密度的空气中又有着不同的折射率，属于全反射的现象，所以C项错误；日光照射在肥皂膜上出现彩色条纹，属于薄膜干涉现象，所以D项错误．
7．D
【解析】
光波是一种横波，故A错误；当光从光密介质进入光疏介质，入射角大于等于临界角，则会发生全反射，只有反射光，没有折射光，故B错误；当入射光的入射角为0度时，折射角也为0度，传播方向不变，故C错误；光发生折射的原因是在不同的介质中传播的速度不同，故D正确．
8．ABC
【解析】
A．所有色光都能反射，反射角相同，则由图可知光束I是复色光；而光束Ⅱ、Ⅲ由于折射率的不同导致偏折分离，因为厚玻璃平面镜的上下表面是平行的，根据光的可逆性，知两光束仍然平行射出，且光束Ⅱ、Ⅲ是单色光，故A正确；
B．一束由两种色光混合的复色光沿PO方向射出，经过反射、再折射后，光线仍是平行，因为光的反射时入射角与反射角相等。所以由光路可逆可得出射光线平行。改变α角，光线Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ仍保持平行，故B正确；
C．由图知：光束Ⅱ的偏折程度大于比光束Ⅲ，根据折射定律可知光束Ⅱ的折射率大于光束Ⅲ，则光束Ⅱ的频率大于光束Ⅲ，光束Ⅱ的波长小于光束Ⅲ的波长，而双缝干涉条纹间距与波长成正比，则双缝干涉实验中光Ⅱ产生的条纹间距比光Ⅲ的小，故C正确；
D．在真空中，光束II的速度与光束III的速度都为3×108m/s；故D错误。
故选ABC。
9．BCE
【解析】
A、光的干涉(双缝干涉，薄膜干涉)、衍射、偏振是波所具有的特性，都可以证明光是一种波；而光电效应和康普顿效应证明光具有粒子性；故A错误.
B、双缝干涉是两束频率相同和振动方向相同的光波相遇而引起光的强度重新分布的现象；薄膜干涉是入射光分别从膜的前后两个表面反射回来后相遇产生干涉，若光程差为波长λ的整数倍则出现亮纹，若光程差为半波长λ的奇数倍则出现暗纹；故B正确.
C、根据双缝干涉条纹的间距公式知，双缝间距d越小干涉条纹间距越大；波长 越长干涉条纹间距越大；故C错误.
D、依据光的干涉现象，光照射在薄膜两表面上被反射回去，在叠加处由于光程差使得两束某种颜色的反射光出现振动减弱，导致相互抵消，从而增强光的透射能力；故D错误.
E、当单色光照射在直径恰当的小圆板或圆珠时，会在之后的光屏上出现环状的互为同心圆的衍射条纹，并且在所有同心圆的圆心处会出现一个极小的亮斑；故泊松是光的衍射现象造成的，证明了光的波动性；故E正确.
故选BCE.
10．AD
【解析】
A、由题意可知当θ=α时，A光在MN发生全反射，当θ=β时B光在MN发生全反射,则可知A光的临界角小于B光的临界角，根据可知，玻璃砖对A光的折射率比对B光的大，选项A 错误；
B、由可知A光在玻璃砖中传播速度比B光的小，选项B错误；
C、α＜θ＜β时，此时A光已经发生全反射，故在NP部分油一个光斑，同时B光从MN下方折射出来，射到NQ上，则在光屏上应有2个光斑，选项C错误；
D、β＜θ＜时，AB两束光都发生全反射，故在光屏上只有1个光斑，选项D 正确．
11．AD
【解析】
当障碍物的尺寸与波的波长相当或小于波的波长，会发生明显的衍射，该装置的原理是运用光的衍射现象，如果屏上条纹变宽，则金属丝变细．故AD正确， BC错误．故选AD．
点睛：该题考查光的衍射的特点，解决本题的关键知道衍射条纹的特点，以及知道发生明显衍射的条件．
12．BDE
【解析】
A.在粗糙斜面上金属球运动过程中，要不断克服摩擦力做功，系统的机械能减小，金属球最终静止，所以该运动不是简谐运动，故A错误；
B.单摆模型中摆球的回复力等于重力沿运动方向上的分力，即：
因为较小，则有：
考虑到回复力的方向与位移的方向相反，所以有：
故B正确；
C.相邻波峰或波谷之间的距离等于一个波长，而选项中质点、的平衡位置之间的距离只是简谐波的半个波长，故C错误；
D.据质点振动方向和传播方向的关系--上下坡法，根据质点向下运动可知，波正向轴正方向传播，经很短时间，波形图如虚线所示，故D正确；
E. 人站在水边观察，看不到远处水面下的物体，是因为水面下远处物体的光线射到界面上，入射角较大，发生了全反射，没有光能射到人眼处而不被觉察，故E正确．
13． 滤光片 单缝屏 双缝屏 减小双缝距离 增大双缝到光屏的距离
【解析】在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上放置的光学元件依次为：①光源、②滤光片、③单缝屏、④双缝屏、⑤遮光筒、⑥光屏．根据，可知对于某种单色光，为增加相邻亮条纹(或暗条纹)间的距离，可采取减小双缝距离d或增大双缝到光屏的距离l的方法．
14． ABC 11.4 16.7
【解析】（1）根据 ，则将屏移近双缝， l减小，干涉条纹间距变窄,选项A正确；红光的波长大于蓝光，若根据，将滤光片由蓝色的换成红色的，干涉条纹间距变宽，选项B正确；将单缝向双缝移动一小段距离后，干涉条纹间距不变．故C错误．换一个两缝之间距离较大的双缝，d变大，根据双缝干涉条纹的间距公式知条纹间距减小，故D正确；去掉滤光片后，透过缝的将是多种颜色的光，波长不同干涉后形成的条纹间距不同，在屏上形成彩色条纹，故E错误．故选ABD.
（2）主尺读数为11mm，游标读数为0.1×4=0.4mm，所以第一个光点到第四个光点的距离是11.4mm．同理图丁中的读数为16.7mm．
根据求得：
15．
【解析】
【分析】
由折射定律求出夹角，根据几何关系得到光传播的距离，即可求出传播时间.
【详解】
设光线在玻璃中的折射角为α，由折射定律
解得：
可知，
设OD的距离为d，由正弦定律得：
解得：
又光在玻璃中的传播速度
光线从O点到D点的传播时间
联立解得：
【点睛】
本题是几何光学问题，其前提是明确光路图，根据几何知识确定入射角与折射角．
16．（1） （2）
【解析】
（1）光路图如图所示。
根据题图知，光进入介质B的入射角为 α=60°，折射角为 β=30°
则工艺品的折射率为
在介质中的光速：

（2）由几何关系得光在工艺品中传播的路程
光在工艺品中传播的速度

则光在工艺品中传播的时间
联立解得
。
17．（1）； （2）
【解析】
（1）由得
光在水中的速度为
光在玻璃中的速度为
（2）如图所示：光恰好在水和空气的分界面发生全反射时
在玻璃与水的分界面上，由
得
则光斑的半径
．
18．(1) （2）
【解析】
【详解】
（i）光路如图所示，E是光线在AB边的射出点，设光线通过棱镜的速度为v，则
解得

（ii）光线射到界面BC，设入射角为i，折射角为r，则


解得
θ＝30°