上海市金山中学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
1．一玻璃砖的截面为半圆，截面内一束单色光从空气射向其圆心O，下图中能正确描述其折射光路的是（ ）
A． B．
C． D．
2．竖直放置的肥皂膜在阳光照耀下，由于前后表面反射光通过的路程不同，形成两列相干光，薄膜上会呈现出彩色条纹．若一肥皂膜由于受重力和液体表面张力的共同影响，其竖直方向的截面如图所示，则光通过该肥皂膜产生的干涉条纹与下列哪个图基本一致（ ）
A． B．
C． D．
3．光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列选项符合实际应用的是（ ）
A．在光导纤维束内传送图象是利用光的色散现象
B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的衍射现象
C．光学镜头上的增透膜是利用光的偏振现象
D．全息照相是利用光的干涉现象
4．如图所示，将透明长方体放在空气中，矩形ABCD是它的一个截面，将a、b两种单色细光束射入到P点，入射角为，，若a光折射后恰好射至AD面上，b光从CD面射出，则（ ）
A．在介质中b光比a光速度大
B．a光在介质中的折射率
C．若要a光束在AD面上发生全反射，角θ的范围应满足
D．改变入射角θ的大小，b光一定可以从AD面射出
5．在杨氏双缝干涉实验中，如果
A．用白光作为光源，屏上将呈现黑白相间、间距相等的条纹
B．用红光作为光源，屏上将呈现红黑相间、间距不等的条纹
C．用红光照射一条狭缝，用紫光照射另一条狭缝，屏上将呈现彩色条纹
D．用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，屏上将呈现间距不等的条纹
6．白光通过双缝后产生的干涉条纹是彩色的，其原因是不同色光在空气中的
A．传播速度不同 B．强度不同
C．振动方向不同 D．波长不同
7．如图所示是一玻璃球体,其半径为R,O为球心,AB为水平直径。M点是玻璃球的最高点,来自B点的光线BD从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,则(　 　)
A．此玻璃的折射率为
B．光线从B到D需用时
C．若增大∠ABD,光线不可能在DM段发生全反射现象
D．若减小∠ABD,从AD段射出的光线均平行于AB
8．物理科学与我们的生活，国防科技等联系非常密切，下列说法中正确的有（　　）
A．声呐是波长很短的电磁波，利用声呐可以探测到鱼群、深度海洋和敌方潜艇
B．晴朗的天空呈现蓝色与照相机镜头呈现淡紫色都是光的干涉现象引起的
C．医院里我们常说的B超和彩超都是声波
D．光的偏振现象可用于拍摄立体电影，制作照相机镜头和液晶显示器等
9．如图所示，一束入射光AO从某种介质以入射角α射入空气，以O点为圆心，R1为半径画圆C1与折射光线OB交于M点，过M点向两介质的交界面作垂线与入射光线AO的延长线交于N点，以O点为圆心，ON为半径画另一个圆C2，测得该圆的半径为R2，下列判断正确的是（ ）
A．该介质的折射率为
B．光在该介质中的传播速度为
C．若过圆C1与界面的交点D作界面的垂线交圆C2于P点，则OP与法线所夹的锐角等于全反射的临界角
D．若入射光的强度保持不变，逐渐增大入射角α，则折射光的强度将逐渐减弱
10．下列说法正确的是_________（填正确答案标号）
A．天空中看到的彩虹是光的干涉现象形成的
B．偏振现象说明光是一种横波
C．光从空气射入水中时，光的频率保持不变
D．光学仪器镜头上的增透膜利用光的衍射原理
E.在水中红光比蓝光传播得更怏
11．图甲、图乙为两次用单色光做双缝干涉实验时，屏幕上显示的图样。图甲条纹间距明显大于图乙，比较两次实验
A．若光屏到双缝的距离相等，则图甲对应的波长较大
B．若光源、双缝间隙相同，则图甲光屏到双缝的距离较大
C．若光源、光屏到双缝的距离相同，则图甲双缝间隙较小
D．图甲的光更容易产生明显的衍射现象
12．以下说法中不正确的有__________。
A．一束光由介质斜射向空气，界面上可能只发生反射现象而没有折射现象
B．作简谐运动的物体每次通过同一位置时都具有相同的加速度和速度
C．在电场周围一定存在磁场，在磁场周围一定存在电场
D．横波在传播过程中，波峰上的质点运动到相邻的波峰所用的时间为一个周期
E.水面油膜呈现彩色条纹是光的干涉现象，这可以用光的波动理论来解释
13．做测定玻璃折射率实验时，同学们被分成若干实验小组，以下是其中两个实验小组的实验情况：
（1）甲组同学在实验时，用他们测得的多组入射角i与折射角r作出图象如图甲所示，则下列判定正确的是__________
A．光线是从空气射入玻璃的
B．该玻璃的折射率约为0.67
C．该玻璃的折射率约为1.5
D．该玻璃置于空气中时临界角约为45°
（2）乙组同学先画出图乙所示的坐标系，再在y＜0区域放入某介质（以x轴为界面），并通过实验分别标记了折射光线、入射光线、反射光线通过的一个点，它们的坐标分别为A（8，3）、B（1，－4）、C（7，－4），则：
①入射点O′（图中未标出）的坐标为___________；
②通过图中数据可以求得该介质的折射率n＝___________．
14．如图，标有直角坐标系Oxy的白纸放在水平桌面上，半圆形玻璃砖放在白纸上，圆心在坐标的原点，直径与x轴重合，OA是画在白纸上的直线，、是竖直插在直线OA上的两枚大头针，是竖直插在白纸上的第三枚大头针，是直线OA与y轴正方向的夹角，是直线与y轴负方向的夹角，只要直线OA画得合适，且的位置取得正确，测得角和，便可求得玻璃的折射率n。某同学用上述方法测量玻璃的折射率，在他画出的直线OA上竖直插上了、两枚大头针，但在的区域内，不管眼睛放在何处，都无法透过玻璃砖看到、的像。
他应该采取的措施是_____OA和y轴正方向的夹角填“增大”或“减小”
若他己透过玻璃砖看到了、的像，并确定了位置，其方法是透过玻璃砖，挡住_______________
若他已正确地测得了的、的值，则玻璃的折射率_______________。
15．如图，现有一束平行单色光垂直入射到一半径为R的玻璃半球的底面上，O点是半球的球心，虚线OO′是过球心O与半球底面垂直的直线，已知光速为c，玻璃对该色光的折射率为。
①底面上多大区域面积的入射光线能够直接从球面射出?
②某入射光线从距离虚线OO′为0.5R处入射，经球面折射后与OO′有交点，求该光线从进入半球到该交点的运动时间?
16．如图为一半球壳形玻璃砖的截面图，球壳外圆半径R1=10cm，内圆半径R2=5cm，图中OO′为玻璃砖的中轴线.一束平行光以平行于OO′的方向从球壳的左侧射入沿OO′入射的光线经过×10－10s穿过玻璃砖，光在真空中传播速度为c=3×108m/s，有一部分到达内圆左表面时能从右侧射出玻璃砖.求：
①玻璃砖对光的折射率；
②若入射到外圆表面上A点的光线经外圆折射后，在内圆表面刚好发生全反射，则A点到OO′的距离为多少?
17．如图所示，一玻璃砖的横截面为半径为R的半圆，折射率为一束单色平行光与直径MN成45°角入射。已知光在真空中传播的速度为c，不考虑玻璃砖内的反射光。求：
(1)从弧面射出的光线在玻璃砖内传播的最长时间
(2)弧面上有光线射出的弧线长度
18．如图所示，截面为直角三角形ABC的玻璃砖，，一束细激光自AB中点D垂直AB射入玻璃砖，光线第一次射到BC边时，自BC边折射射出的光线平行于AC。已知AB长度为L，光在真空中传播速度为c。求：
(1)玻璃的折射率n；
(2)光线自AB边射入到第一次从BC边射出经历的时间t。
参考答案
1．B
【解析】
光线由空气射向玻璃砖，则折射角小于入射角，然后沿直线射出玻璃砖；
A．该图与结论不相符，选项A错误；
B．该图与结论相符，选项B正确；
C．该图与结论不相符，选项C错误；
D．该图与结论不相符，选项D错误；
2．B
【解析】
薄膜干涉为前后两个面反射回来的光发生干涉形成干涉条纹，故从肥皂薄膜的观察到水平干涉条纹，用复色光时出现彩色条纹，由重力作用，肥皂膜前后表面的厚度从上到下逐渐增大，从而使干涉条纹的间距变密，故B正确，ACD错误．
【点睛】
本题考查了薄膜干涉的原理和现象，抓住薄膜干涉的形成原因：前后两表面反射的光发生干涉，是考试的重点．
3．D
【解析】
A．在光导纤维内传送图像是利用光的全反射现象，故A错误；
B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的色散现象，故B错误；
C．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，减弱反射光的强度，增加透射光的强度。故C错误；
D．全息照相是利用光的干涉现象，故D正确。
故选D。
4．C
【解析】
A．光的折射角大于光的折射角，由折射定律知光的折射率大于光的折射率，由：
分析知在介质中光比光速度小，故A错误；
B．光折射后恰好射至面上点，如图所示。根据几何关系可知：
光在介质中的折射率为：
故B错误；
C．若要光束在面上发生全反射，则有：
得：
由得：
可知：
故C正确；
D．光的折射率大于光的折射率，由知光的临界角小于光的临界角，但不确定光临界角的范围，因此，改变入射角的大小，光不一定可以从面射出，故D错误。
故选C．
5．D
【解析】
【详解】
A．由于白光是复合光，故当光程差为紫光波长的整数倍的位置表现为紫色亮条纹，当光程差为红光波长的整数倍位置表现红色亮条纹，故屏上呈现明暗相间的彩色条纹。故A错误。
B．用红光作为光源，当光程差为红光波长的整数倍是时表现红色亮条纹，当光程差为红光半个波长的奇数倍时，呈现暗条纹，屏上将呈现红黑相间、间距相等的条纹，故B错误。
C．两狭缝用不同的光照射，由于两列光的频率不同，所以是非相干光，故不会发生干涉现象，故C错误。
D．用紫光作为光源，遮住其中一条狭缝，不能发生干涉现象而会发生单缝衍射现象，屏上出现中间宽，两侧窄，间距越来越大的衍射条纹。故D正确。
故选D。
6．D
【解析】
【详解】
白光包含各种颜色的光，它们的波长不同，在相同条件下做双缝干涉实验时，它们的干涉条纹间距不同，所以在中央亮条纹两侧出现彩色条纹，与其他因素无关。
A. 传播速度不同，故A不符合题意；
B. 强度不同，故B不符合题意；
C. 振动方向不同，故C不符合题意；
D. 波长不同，故D符合题意。
故选D。
7．AB
【解析】
【详解】
A.如图，由几何知识可得入射角 i=∠ABD=30°，折射角 r=2∠ABD=30°=60°，则此玻璃的折射率为
，
故A正确；
B、BD长度 s=2Rcos30°=R，光在玻璃球内传播的速度，故光线从B传到D的时间为
，
故B正确；
C.由，则临界角C＜45°，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，故C错误；
D.要使出射光线平行于AB，入射角必为30°，若减小∠ABD，入射角减小，则从AD段射出的光线与AB不平行，故D错误。
8．CD
【解析】
【详解】
A．声呐是声波，不是电磁波，A错误；
B．晴朗的天空呈现蓝色是由于太阳光的散射形成的，照相机镜头呈现淡紫色是由于镜头涂有增透膜，反射光部分多以高频的蓝紫色光线为主，故呈淡紫色，B错误；
C．B超和彩超都是利用超声波探测，C正确；
D．光的偏振现象可用于拍摄立体电影，制作照相机镜头和液晶显示器等，D正确。
故选CD。
9．CD
【解析】
【详解】
A．设折射角为β，由几何知识得到
又折射率解得
故A错误；
B．光在该介质中的传播速度为
故B错误；
C．设OP与法线所夹的锐角θ，临界角为C，由图可知
又，则有
故C正确；
D．光从介质射入空气时，入射角增大，反射光增强，折射光的强度减弱。故D正确。
故选CD。
10．BCE
【解析】
【详解】
A．雨过天晴时，常在天空出现彩虹，这是太阳光通过悬浮在空气中细小的水珠折射而成的，白光经水珠折射以后，分成各种彩色光，这种现象叫做光的色散现象，故A错误；
B．偏振是横波特有的现象，所以偏振现象说明光是一种横波，故B正确；
C．根据波传播的特点可知，光从空气射入水中时，光的频率保持不变。故C正确；
D．光学镜头上的增透膜是膜的前后表面反射光出现叠加，利用光的干涉现象，故D错误；
E．水对红色光的折射率小小于对蓝色光的折射率，由可知红色光在水中的速度大于蓝色光的速度，故E正确；
故选BCE。
11．BC
【解析】
【详解】
A．甲光的条纹间距大，光屏到双缝的距离相等，由于双缝间的距离未知，故无法比较波长的大小，A错误；
B．若光源、双缝间隙相同，根据双缝干涉条纹的间距公式知d以及波长相等，图甲的条纹间距大，则图甲光屏到双缝的距离大，B正确；
C．若光源、光屏到双缝的距离相同，根据双缝干涉条纹的间距公式知L以及波长相等，图甲的条纹间距大，则图甲双缝的间距小，C正确；
D．因为波长大小未知，故无法比较哪个光发生明显的衍射，D错误。
故选BC。
12．BCD
【解析】
【详解】
A．一束光由介质斜射向空气，界面上若发生全反射，只发生反射现象而没有折射现象，A正确，不符合题意；
B．作简谐运动的物体每次通过同一位置时都具有相同的加速度，而速度有两种方向，可能不同，B错误，符合题意；
C．根据麦克斯韦电磁场理论可知，在变化的电场周围才存在磁场，在变化的磁场周围才存在电场，C错误，符合题意；
D．横波在传播过程中，波峰上的质点只在自己的平衡位置附近振动，不向前移动，D错误，符合题意；
E．水面油膜呈现彩色条纹是光的于涉现象形成的，说明了光是一种波，E正确，不符合题意。
故选BCD。
13．AC （4，0）
【解析】
【详解】
（1）由图可知，入射角大于折射角，故可知，光线是从空气射入玻璃的，故A正确；由可知，玻璃的折射率，故B错误，C正确；由sinC=1/n可知，临界角的正弦值为0.67，故D错误；
（2）①画出三条光线如图所示．
根据折射光线与入射光线的对称性，可知，入射点O′的横坐标为，故入射点O′的坐标为（4，0）．
②设入射角为i，折射角为r．根据数学知识得：，
所以该介质的折射率：
14．减小 和的像
【解析】
【详解】
（1）在y＜0的区域内，不管眼睛放在何处，都无法使P3同时挡住P1、P2的像，是因为入射角α太大，发生了全反射，所以采取的措施是减小入射α角．
（2）透过玻璃砖看到了P1、P2的像，确定P3位置的方法是：P3同时挡住P1、P2的像．
（3）由于光线从玻璃射入空气，则由折射定律，得．
15．①②
【解析】
【分析】
（1）根据光路图求解临界角，结合几何关系求解直接从球面射出的入射光线在底面上的面积；（2）根据光路图求解光线传播的距离结合v=c/n求解传播时间.
【详解】
①如图，从底上面A处射入的光线，在球面上发生折射时的入射角为i，当i等于全反射临界角C时，对应光线到光轴的距离最大，设最大距离为d，i=C
设n是玻璃的折射率，由全反射临界角的定义有
由几何关系有
联立解得：
能够直接从球面射出的入射光线在底面上的面积为
②设与光轴距R/2的光线在球面B点折射时的入射角和折射角分别为i1和r1，
由几何关系有i1=300
由折射定律有sinr1=nsini1
解得：r1=600
即∠BCQ=300可得LBC=R；
且在玻璃半球中
联立得
16．① ②
【解析】
【详解】
①由题意可知，光在玻璃砖中的传播速度
玻璃砖对光的折射率为 ；
设光线刚好在内圆表面发生全反射时，光路如图所示
此时光线在内圆表面的入射角等于全反射角，则

②设光在A点的入射角为 ，折射角为，根据正弦定理

解得：
根据折射定律有
解得：
则A点到的距离为 。
17．(1)(2)
【解析】
【详解】
(1)根据折射定律有
可得
r= 30°
由几何关系得在玻璃砖内光线传播的最长路程为
光线在玻璃砖内的传播速率为
所用时间为
t
(2)根据折射定律有
解得临界角
C=45°
由几何关系可知光线在弧面上照射角度∠AOB=90°
则弧面上有光线射出的弧长为
18．(1)；(2)
【解析】
【详解】
(1)光路如图所示
根据几何关系，在BC边，入射角为30°折射角为60°，则
(2)由，所以
据几何关系有
，
所以
光在介质中速度
光线自AB边射入到第一次从BC边射出经历的时间