上海市海滨高中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．雨后太阳光射入空气中的水滴，先折射一次，然后在水滴的背面发生反射，最后离开水滴时再折射一次就形成了彩虹。如图，太阳光从左侧射入球形水滴，a、b是其中的两条出射光线，在这两条出射光线中，一条是红光，另一条是紫光。下面说法正确的是
A．a光线是红光，b光线是紫光
B．当光线在水滴背面发生全反射时，我们看到的彩虹最为鲜艳明亮
C．a光在水滴中的传播时间比b光在水滴中的传播时间长
D．遇到同样的障碍物，a光比b光更容易发生明显衍射
2．一束由红、蓝两单光组成的光以入射角θ由空气射到半圆形玻璃砖表面的A处，AB是半圆的直径．进入玻璃后分为两束，分别为AC、AD，它们从A到C和从A到D的时间分别为t1和t2，则（　　）
A．AC是蓝光，小于
B．AC是红光，小于
C．AC是蓝光，等于
D．AC是红光，大于
3．下列关于双缝干涉实验的说法中正确的是(???)
A．单缝的作用是获得频率保持不变的相干光源
B．双缝的作用是获得两个振动情况相同的相干光源
C．光屏上距两缝的路程差等于半波长的整数倍处出现暗条纹
D．在光屏上能看到光的干涉图样,但在双缝与光屏之间的空间却没有干涉发生
4．某单色光从真空射入玻璃，它的（ ）
A．频率变小，波长变长 B．频率变小，波长变短
C．频率不变，波长变长 D．频率不变，波长变短
5．光纤是现代通信普遍使用的信息传递媒介，现有一根圆柱形光纤，光信号从光纤一端的中心进入，并且沿任意方向进入的光信号都能传递到另一端。下列说法正确的有（ ）
A．光从空气进入光纤时传播速度变小
B．光导纤维利用了光的偏振原理
C．光导纤维利用了光的全反射原理
D．光纤材料的折射率可能为1.2
E.光纤材料的折射率可能为
6．下列光学现象，说法正确的是（　　）
A．“海市蜃楼”是由于光的衍射造成的
B．肥皂液是无色的，吹出的肥皂泡却是彩色的，是由于光的干涉而形成的
C．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以增加透射光的强度
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更宽
E.白光穿过玻璃砖，各单色光在玻璃砖中速度不相等，红光速度最大，紫光速度最小
7．如图，一束细光ab沿球心所在的平面射入球形的水滴中，经过一次反射和一次折射，射出水滴形成P、Q两种不同的色光，则下列说法正确的是________。
A．P光的频率小于Q光的频率
B．水滴对P光的折射率大于对Q光的折射率
C．水滴对P光的临界角小于对Q光的临界角
D．在水滴中P光的传播速度大于Q光的传播速度
E. 在水滴中P光传播时间大于Q光传播时间
8．下列说法中正确的是_______。
A．著名的泊松亮斑是光的衍射现象
B．用白光做单缝衍射与双缝干涉实验，均可看到彩色条纹
C．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象
D．发生日环食时月球距地球比发生日全食时月球距地球远一些
E.在光的双缝干涉实验中，将入射光由绿光改为紫光，则条纹间隔变宽
9．如图所示，一由玻璃制成的直角三棱镜ABC，其中AB＝AC，该三棱镜对红光的折射率大于。一束平行于BC边的白光射到AB面上。光束先在AB面折射后射到BC面上，接着又从AC面射出。下列说法正确的是________。
A．各色光在AB面的折射角都小于30°
B．各色光在BC面的入射角都大于45°
C．有的色光可能不在BC面发生全反射
D．从AC面射出的有色光束中红光在最上方
E. 从AC面射出的光束一定平行于BC边
10．如图所示，MM′是空气与某种介质的界面，一条光线从空气射入介质的光路如图所示，那么根据该光路图做出下列判断中正确的是
A．该介质的折射率为
B．光在介质中的传播速度c(c真空中光速)
C．光线从介质射向空气时有可能发生全反射
D．光线由介质射向空气时全反射的临界角大于45°
11．黄、红、绿三种单色光以相同的入射角到达介质和空气的界面若黄光恰好发生全反射，则　　
A．红光一定能发生全反射
B．绿光一定能发生全反射
C．红光在介质中的波长比它在空气中的波长短
D．三种单色光相比，绿光在该介质中传播的速率最大
12．关于光的下列说法正确的是
A．一切光都可以发生干涉和衍射现象
B．光的偏振现象说明光是一种横波
C．红外线比可见光的能量大，可以灭菌消毒
D．紫外线比可见光的波长大，更容易发生明显的衍射现象
13．在《测定玻璃砖的折射率》的实验中：有两位同学各设计了一个记录表格，而且都已完成了计算，根据他们设计的表格所反映的信息，判断他们论证做得是否正确。
甲同学设计的表格是：
次数 入射角i sini 折射角r sinr sini/ sinr
1 30° 0.55 20.9° 0.357 1.40 1.40
2 45° 0.707 30.5° 0.508 1.39
3 60° 0.866 38.0° 0.616 1.41
乙同学设计的表格是：
次数 1 2 3 角平均值 正弦值
入射角i 30° 45° 60° 45° 0.707 1.42
折射角r 20.9° 30.5° 38.0° 28.8° 0.497
答：上述二位同学做得正确的是_______________。（填甲或乙）
14．（1）利用图中装置研究双缝干涉现象时，下面几种说法正确的是_______。
A．将屏移近双缝，干涉条纹间距变宽
B．将滤光片由红色的换成蓝色的，干涉条纹间距变窄
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）在某次实验中，已知双缝到光屏之间的距离是600mm，双缝之间的距离是0.20mm，某同学在用测量头测量时，先将测量头目镜中看到的分划板中心刻线对准某条亮纹（记作第1条）的中心，这时手轮上的示数如下左图为0.641mm。然后他转动测量头，使分划板中心刻线对准第7条亮纹的中心，这时手轮上的示数如下右图所示。则此时手轮上的示数为_________mm。由此可以计算出这次实验中所测得的单色光的波长为_______m。（此空保留3位有效数字）
15．如图所示，一透明材料制成的圆柱形棒直径为4cm，长度为30cm。一束光线从圆柱形棒的一个底面中心垂直射入，经由另一底面射出。求：
（1）该透明材料的折射率；
（2）保持入射点不变，调整光线的入射方向，使其在内壁上发生全反射，仍从另一底面射出，最多能经历几次全反射。
16．如图所示，边长为2a的正方形玻璃棱镜置于空气中。一束极细的光于AB中点E入射，棱镜的折射率为n=，已知α=30°，光在真空中传播速度为c，求：
(1)从AB面上射出时的折射角？
(2)光从AB面进入到第一次射出棱镜所经历的时间？
17．如图所示，一束半径为R的半球形玻璃体放置在水平桌面|上，圆心为O，一束半径为R的单色光柱正对球面竖直射向半球体，光柱的圆心与半球体圆心在一条直线上。已知玻璃的折射率为，真空中的光速为c，忽略水平面上光的反射，求：
①光在玻璃体中传播的最长时间；
②)玻璃体水平面上光斑的面积。
18．如图为半径为R的半球玻璃体的横截面，圆心为O，MN为过圆心的一条竖直线．现有一单色光沿截面射向半球面，方向与底面垂直，入射点为B，且．已知该玻璃的折射率为，求：
（1）光线PB经半球体折射后出来的光线与MN直线的交点到顶点A的距离并作出光路图；
（2）光线PB以B点为轴，从图示位置沿顺时针方向逐渐旋转60°的过程，请说出光线在经半球体的底面第二次折射时会有什么情况发生？
参考答案
1．C
【解析】
AD．a、b两种光在水滴表面发生折射现象，入射角相同，a光的折射角小于b光，根据折射定律可知，a光的折射率大于b光，所以a是紫光，b是红光，a光的波长小于b光，水滴背面发生全反射时b光更容易发生明显的衍射现象，故AD错误；
B．光在水滴背面发生全反射时，仍然有些不同颜色的光要相交重合，所以此时看到的彩虹并不鲜艳，故B错误；
C．令太阳光在水滴表面发生折射现象时，a光的折射角为α，b光的折射角为β，则球形水滴的半径为R，所以a光在水滴中的传播路径长为
xa=4R?cosα
b光在水滴中传播的路径长为
xb=4Rcosβ
因为α＜β，所以
xa＞xb
又因为光在介质中的传播速度为，因为na＞nb，所以
va＜vb
光在水滴中的传播时间为，所以a光在水滴中的传播时间比b光在水滴中的传播时间长，故C正确。
故选C。
2．C
【解析】
光的偏折程度比较大，则介质对AC光的折射率比较大，AC光的频率比较大，所以AC光应是蓝光．
设AC光与法线方向成α角，AC光在介质中的传播速度为：，则有，又，由以上两式得：，可知，AC光与AD光的传播时间相等，故C正确，ABD错误．
3．B
【解析】
A、B、单缝的作用是获得相位保持不变的相干光源，双缝的作用是为了获得频率相同的两个光源，故A错误，B正确；
C、光屏上距两缝的路程差等于半波长的奇数倍处出现暗条纹，光屏上距两缝的路程差等于半波长的偶数倍处出现明条纹，故C错误；
D、两列光波只要相遇就会叠加，满足相干条件就能发生干涉，所以在双缝与光屏之间的空间也会发生光的干涉，用光屏接收只是为了肉眼观察的方便；故D错误.
故选B.
4．D
【解析】
光的频率由光源决定，因此光一旦形成，频率不再改变，光在不同介质中传播时，光速发生变化，波长也发生变化；当光从真空射入玻璃时，光速v变慢，频率f不变，由知，波长变短，故D正确，ABC错误；
故选D．
5．ACE
【解析】
【详解】
A．根据可知，光从空气进入光纤时传播速度变小，故A正确；
BC．光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝，当光射入时满足光的全反射条件，从而发生全反射，最终实现传递信息的目的，故B错误，C正确；
DE．光的入射角为i，折射角为r，根据折射定律得＝n，当入射角i趋于时，折射角r最大，此时光在内侧面的入射角最小，只要能保证此时光在侧面恰好发生全反射，即能保证所有入射光都能发生全反射，即
sin(－r)＝
联立可得
n＝
只要折射率大于或等于就能使所有的光都能发生全反射，故E正确，D错误。
故选ACE。
6．BDE
【解析】
【详解】
A．“海市蜃楼”是由于光的折射和全发射造成的，故A错误；
B．肥皂泡上下厚度不均匀，因此形成了光的薄膜干涉，所以肥皂泡是彩色的，故B正确的；
C．在镜头前加装一个偏振片以减少反射光的强度，而不是增加透射光强度，故C错误；
D．条纹间距，红光的波长较大，则条纹间距较宽，故D正确；
E．蓝光的折射率大于红光的折射率，根据知各种光在玻璃中传播速度与折射率有关，折射率越大速度越小，故红光最大，紫光最小，故E正确。
故选BDE。
7．BCE
【解析】
【详解】
AB 、光入射到水滴中发生折射时，不同色光，偏折程度不同而发生光的色散，、光在水滴中的光路如图，第一次折射时，入射角相等，根据公式 知水滴对光的折射率较大，光的频率较大，故选项B正确，A错误；
C、由知水滴对光的临界角小于对光的临界角，故选项C正确；
D、由公式知，在水滴中光的传播速度小于光的传播速度，选项D错误；
E、根据“圆中圆心角大的所对的弦也大”知光在水滴中的传播距离较大，由知在水滴中光传播时间大于光传播时间，选项E正确。
8．ABD
【解析】
【详解】
A.泊松亮斑是光的衍射现象，选项A正确；
B.用白光做单缝衍射与双缝干涉实验，均可看到彩色条纹，选项B正确；
C.用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象，选项C错误；
D.发生日环食时月球距地球比发生日全食时月球距地球远一些，选项D正确；
E.做双缝干涉实验时，会在光屏上得到明暗相间的干涉条纹，当波长越长时，条纹间距越宽，当改成紫光时，由于波长变小，则条纹间距变小，选项E错误。
故选ABD。
9．ABE
【解析】
【分析】
由临界角的范围，由临界角公式求出折射率的范围，从而确定各色光的折射角大小，根据临界角的性质确定能否发生发全射，并根据几何关系和折射定律确定各色光的位置。
【详解】
设光在AB面的折射角为α，由折射定律知，，解得sin?α＜，即各色光在AB面的折射角都小于30°，故A正确；由几何关系知，各色光射向BC面时，入射角都大于45°，故B正确；由临界角公式sin?θ=1/n知，各色光全反射的临界角都小于45°，各色光都在BC面发生全反射，故C错误；从AC面射出的光束一定平行于BC边，由于红光射向BC面时的入射角最大，故红光射到AC面时处于最下方，故E正确，D错误。故选ABE。
10．BCD
【解析】
【详解】
由图知，入射角 i=60°，折射角 r=45°，则折射率为，故A错误。光在介质中的传播速度为，故B正确。光线从介质射向空气时，只要入射角大于等于临界角就能发生全反射，故C正确。设光线由介质射向空气时全反射的临界角为C，则，则得：C>45°，故D正确。
11．BC
【解析】
【详解】
A、B、根据折射定律可知折射率最大的是绿光，最小的是红光，由临界角公式，临界角最小的是绿光，最大的是红光，由于黄光恰好发生全反射，因此绿光一定发生光的全反射，红光一定没有发生全反射；故A错误，B正确．
C、由与可得，同种光，介质折射率越大的，波长越小，所以红光在介质中的波长比它在空气中的波长短；故C正确．
D、由可知，折射率越大的传播速度越小，所以绿光在介质中的传播速率最小；故D错误．
故选BC．
【点睛】
本题考查光的折射定律以及全反射的性质，主要考查对不同色光特性的理解能力．对于光的全反射可结合折射定律和临界角公式理解记忆．
12．AB
【解析】
【详解】
A. 干涉和衍射现象是波特有的性质，一切光都可以发生干涉和衍射现象，故A正确；
B. 偏振现象是横波特有的现象，光的偏振现象证明了光是横波，故B正确；
C. 红外线比可见光的频率低，能量小，故C错误；
D. 紫外线波长小于可见光，则更不容易发生衍射现象，故D错误；
故选AB.
13．甲
【解析】为了减小测量的偶然误差，必须采用多次测量取平均值的方法．由于每次测量时，入射角不同，折射角不同，每次测量有入射角与折射角之间没有直接关系，入射角和折射角取平均值没有意义．而介质的折射率仅由介质的性质决定，是不变的，所以应求出每一个入射角及对应的折射角，运用折射定律求出折射率，再求出折射率的平均值，可有效减小测量的误差，这样做有意义．故甲同学做得正确．故答案为：甲
点睛：本题用插针法测量玻璃砖的折射率，数据处理时，每组所测量的折射率是同一介质的，是相关联的，可取平均值.
14． （1）BD （2）10.295 mm 5.36×10-7 m
【解析】（1）将屏移近双缝，L变小，根据双缝干涉条纹的间距公式条纹间距减小，故A错误；将滤光片由红色的换成蓝色的，波长变小，根据双缝干涉条纹的间距公式知条纹间距减小，故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BD.
（2）图中螺旋测微器的固定刻度读数为10.0mm，可动刻度读数为0.01×29.5mm=0.295mm，所以最终读数为：10.0mm+0.295mm=10.295mm．
根据， ．
15．（1）；（2）次。
【解析】
【详解】
（1）设光在该材料中传播速度为，则
得
由可知
（2）设全反射临界角为，则
解得
每发生一次全反射，光在轴线方向前进的距离为
得
所以次。
16．(1)60°；(2)
【解析】
【详解】
(1)临界角C满足
sinC==
显然有
60°>C>30°
光路图如图所示，α=30°，在AB面上的入射角为β=60°，应用折射定律可知
n=
解得
γ=30°
则从AB面折射入棱镜的光线射到BC面上，入射角为θ=60°，大于临界角，发生全反射，反射光线FG，入射到CD上，发生反射和折射，反射光线入射到AB面上，第二次同时发生反射和折射，折射光线从H射出棱镜，应用数学知识可知入射角等于i=30°，应用折射定律可知，射出棱镜的折射角
r=60°
(2)由数学知识可知
EF＋FG=GH=
由上问分析可知，光在G点第一次射出棱镜，则光从AB面进入到第一次射出棱镜所经历的时间
t=
可得光在三棱镜中的速度
联立解得
t=
17．①；②。
【解析】
【详解】
①光在玻璃中传播的最长时间
折射率
得
②作出光路图如图所示
在截面圆中，边缘光线人射角为i
根据折射定律有
得
根据几何关系可知
，
则有
解得
光斑面积
18．(1)如图所示：；(2)会有全反射现象发生
【解析】
【分析】
【详解】
（1）由分析图知：，根据折射率公式
代入数据求得
由光路图根据折射率公式求得
由几何关系解得
（2）当光线PB沿顺时针方向旋转时，光线经第二次折射由光密介质进入光疏介质，会有全反射现象发生．