上海市甘泉高中2019-2020学年高中物理物理沪科版选修3-4：光的波动性 章末综合复习测评（含解析）

光的波动性
1．如图甲，让激光束通过一个狭缝，观察到光屏上出现单色条纹图样．现保持激光器与狭缝到光屏的距离不变，将光屏向狭缝处适当移动，下面关于本实验说法正确的是：
A．将会观察到乙图样
B．光屏上条纹更宽
C．移动后，条纹变得模糊
D．该现象说明光具有波动性
2．如图所示是某种频率的光常温下从真空向介质入射时几种介质对真空的折射率，由表中数据结合相关知识可以知道
A．这种光在玻璃中的速度大于在水中的速度
B．这种频率的光用同一装置在水中进行双缝干涉实验观测的条纹间距大于在空气中观测的条纹间距
C．光密介质的密度一定大于光疏介质密度
D．这种频率的光从水晶射入空气比从水射入空气更容易发生全反射
3．如图所示，口径较大，充满水的薄壁圆柱形浅玻璃缸底有一发光小球，则（ ）
A．小球所发的光从水中进去空气后频率变大
B．小球所发的光能从水面任何区域射出
C．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大
D．小球的视觉深度与小球发光颜色无关
4．如图所示，一束肤色可见光入射到置于空气中的平行玻璃砖MNPQ上，穿过玻璃砖后从下表面射出a、b两束单色光，则下列说法正确的是（ ）
A．a、b两束单色光可能不平行
B．改变入射方向，a、b两束单色光的间距不变
C．只增加玻璃转的厚度，a、b两束单色光的间距不变
D．即使增大MN面上入射光的入射角，a、b两束单色光在PQ面上也不会因发生全反射而消失
5．关于光现象及其应用，下列说法正确的有（ ）
A．一束单色光由空气射入玻璃，这束光的速度变慢，波长变短，频率变小
B．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光的反射形成的色散现象
C．海市蜃楼产生的原因是由于海面上上层空气折射率比下层空气折射率大
D．医院给病人做肠镜、胃镜、喉镜等检查时都要用到内窥镜，内窥镜应用到了光的全反射
6．如图所示，只含黄光和紫光的复色光束PO，从空气中沿半径方向射入玻璃半圆柱后，一部分光沿OA方向射出，另一部分光沿OB方向射出。则（ ）
A．OA为黄光，OB为紫光
B．OA为紫光，OA为黄光
C．OA为黄光，OB为复色光
D．OA为紫光，OB为复色光
7．图示为一直角棱镜的横截面，。一平行细光束从O点沿垂直于bc面的方向射入棱镜。已知棱镜材料的折射率n=，若不考虑原入射光在bc面上的反射光，则有光线（　　）

A．从ab面射出 B．从ac面射出
C．从bc面射出，且与bc面斜交 D．从bc面射出，且与bc面垂直
8．如图所示，一横截面为等腰直角三角形的玻璃棱镜，两种颜色不同的可见光细光束a、b，垂直于斜边从空气射向玻璃，光路如图所示，则下列说法正确的是_____________
A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率
B．a光和b光由空气进入玻璃棱镜后频率都变小
C．a光和b光在玻璃中传播时a光的波长小于b光的波长
D．在相同条件下进行双缝干涉实验，a光的条纹间距比b光大
E.a光和b光以相同的入射角由玻璃射向空气，若逐渐增大入射角，则b光先发生全反射
9．如图所示，一束红光从空气射向折射率n=种玻璃的表面，其中i为入射角，则下列说法正确的是（　　）
A．当i=45°时会发生全反射现象
B．无论入射角i为多大，折射角r都不会超过45°
C．当入射角的正切值tani=，反射光线与折射光线恰好相互垂直
D．光从空气射入玻璃，速度减小
E.若将入射光换成紫光，则在同样入射角i的情况下，折射角r将变大
10．如图所示，一光束包含两种不同频率的单色光，从空气射向两面平行玻璃砖的上表面，玻璃砖下表面有反射层，光束经两次折射和一次反射后，从玻璃砖上表面分为两束单色光射出， a、b 分别为两束单色光的出射点，下列说法正确的是（　　）
A．a光的频率小于 b 光的频率
B．在空气中 a 光的波长小于b光的波长。
C．出射光束 a、b 一定相互平行
D．a、b 两色光从同种玻璃射向空气时，a 光发生全反射的临界角大
11．一束光从空气射向折射率为2的某种玻璃表面，如图所示，表示入射角，则下列说法中正确的是（ ）
A．当时会发生全反射现象
B．无论入射角是多大，折射角都不会超过
C．这束光在该玻璃中的传播速度是真空中的一半
D．当入射角时，反射光线跟折射光线恰好垂直
12．如图所示，一束红光和一束蓝光平行入射到三棱镜上，经三棱镜折射后会聚于光屏M上的一点N，这两束单色光分别用a、b表示。下列说法中正确的是（ ）
A．a为红光，在玻璃中的传播速度小于b光
B．a为蓝光，在玻璃中的传播速度小于b光
C．b为红光，全反射的临界角大于a光
D．b为红光，b光在玻璃中的偏折角大于a光
13．在测定玻璃砖折射率的实验中：
(1)某同学实验插针的步骤如下：
A．在表示入射光线的AO上插上大头针P1、P2；
B．通过玻璃砖观察P2、P1，调整视线，直到P1的像被P2的像挡住；
C．在观察一侧插上大头针P3、P4，记下P3、P4的位置．
这位同学在操作中有什么重要疏漏？_____．
(2)以通过P1、P2的直线与玻璃砖的交点O为圆心，以某一适当长度R为半径画圆，与OA交与P，与OO′的延长线交与Q，如图所示，从P和Q分别作玻璃砖界面的法线NN′的垂线，图中P′和Q′分别为垂足，用刻度尺量得PP′=45mm，QQ′=30mm，求玻璃砖的折射率为_____．
14．（1）如图1所示，在“用双缝干涉测光的波长”实验中，光具座上的光学元件依次为①光源、②滤光片、③_____、④_____、⑤遮光筒、⑥光屏．其中，双缝的作用是：_____．
（2）用（1）中装置测定某单色光波长．测得单缝到双缝间距为0.05mm，双缝屏到毛玻璃屏的距离为0.2m、双缝的距离为0.4mm．图2是通过该仪器的观测装置看到毛玻璃屏上的干涉图样，其中1、2、3、4、5…是明条纹的编号．图3、图4是利用该仪器测光的波长时观察到的情景，图3是测第1号明条纹的位置，此时观测装置上千分尺的读数为_____mm，图4是测第4号明条纹的位置，此时观测装置上千分尺的读数为_____mm，根据上面测出的数据可知，被测光的波长为_____nm．（波长计算结果保留三位有效数字）
15．如图所示，透明圆柱体的折射率，其半径R=30cm，O点为圆心，AB为其中的一直径，有一束平行光沿平行于AB方向射向圆柱体，已知真空中光速为c=3.0108m/s。求：
①沿直径AB射入的光线穿过圆柱体的时间t；
②假如在该平行光中有一光线经圆柱体折射后刚好到达B点，则该光线的入射角α。
16．如图，在长方体玻璃砖内部有一半球形气泡，球心为O，半径为R，其平面部分与玻璃砖表面平行，球面部分与玻璃砖相切于O'点。有－束单色光垂直玻璃砖下表面入射到气泡上的A点，发现有一束光线垂直气泡平面从C点射出，已知OA=R，光线进入气泡后第一次反射和折射的光线相互垂直，气泡内近似为真空，真空中光速为c，求：
（i）玻璃的折射率n；
（ii）光线从A在气泡中多次反射到C的时间。
17．如图所示，三角形ABC为某透明介质的横截面，O为BC边的中点，位于截面所在平面内的一束光线自O以角度i入射，第一次到达AB边恰好发生全反射．已知，BC边长为2L，该介质的折射率为．求：
（i）入射角i
（ii）从入射到发生第一次全反射所用的时间（设光在真空中的速度为c，可能用到：或）．
18．如图所示，等腰直角三角形为某透明介质的横截面，为边的中点，位于点处的点光源在透明介质内向各个方向发射光线，其中从边上的点射出的光线平行于，从点射出的光线垂直向上．已知边长为．求：
①该光在介质中发生全反射的临界角；
②的长度．（可能用到或）
参考答案
1．D
【解析】
【详解】
让激光束通过一个狭缝，观察到光屏上出现单色条纹图样是光的衍射图样，衍射条纹的中央亮条纹的宽度最大，将会观察到丙图样；当保持激光器与狭缝到光屏的距离不变，将光屏向狭缝处适当移动，光屏上条纹更窄，条纹变得清晰；光的衍射现象说明光具有波动性，故选项D正确，A、B、C错误．
2．D
【解析】
【详解】
A．由表中数据可知，玻璃的折射率大于水的折射率，根据可知，光在玻璃中的速度小于在水中的速度，选项A错误；
B．这种频率的光在水中的波长小于在空气中的波长，则根据可知，这种频率的光用同一装置在水中进行双缝干涉实验观测的条纹间距小于在空气中观测的条纹间距，选项B错误；
C．光密介质的折射率较大，而不是密度较大，故C错误．
D．水晶对这种频率的光的折射率大于水的折射率，根据可知，水晶的临界角较小，则从水晶射入空气比从水射入空气更容易发生全反射，选项D正确；
故选D.
点睛：此题关键是能从表格中获取各种介质的折射率的信息；知道折射率越大，光在介质中的速度越小，临界角越小.
3．C
【解析】
A．小球所发的光从水中进入空气后频率不变，故A错误；
B．小球所发的光射向水面的入射角大于等于临界角时会发生全反射，故不能从水面的任何区域射出，故B错误；
C．小球所发的光在水中的传播速度小于空气中的传播速度，故C正确；
D．根据光路的可逆性可得
，
则有
当很接近时，则有
，
可得
则有
根据知，可见光中紫光的折射率最大，则紫色发光小球视深最小，故D错误；
故选C。
4．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．由于光线射到玻璃砖下表面时的入射角等于上表面的折射角，根据光路的可逆性可知光线射出玻璃砖时的折射角等于上表面的入射角，根据几何知识可知出线光线与入射光线平行，所以、两束单色光都与入射光线平行，则、两束单色光必定平行，故A错误；
B．改变入射光的入射方向，考虑极端情况，如入射角为时，、两束单色光的间距减小为零，可知改变入射光的入射方向，、两束单色光的间距会发生改变，故B错误；
C．只增加玻璃砖的厚度，入射光的折射角不变，根据数学知识可知、两束单色光的间距增大，故C错误；
D．光线通过玻璃砖发生了两次折射，第二次的入射角等于第一次的折射角，根据光路可逆性原理可知，光不可能在、的下表面发生全反射，一定能从下表面射出玻璃砖，故D正确；
故选D。
5．D
【解析】
【分析】
【详解】
A．光从空气射入玻璃中，其频率不变；由得这束光的速度变小，由得这束光的波长变小，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折射形成的色散现象，故B错误；
C．海市蜃楼产生的原因是由于海面上上层空气的折射率比下层空气折射率小，导致光线发生全反射所致，故C错误；
D．内窥镜的连线是用光导纤维制成的，利用了光的全反射原理，故D正确；
故选D。
6．C
【解析】
【分析】
【详解】
由图可知为反射光，故应为复色光；而折射后只有一束光线，故有一束光发生的全反射，而黄光与紫光相比较，由知紫光的临界角要小，故紫光发生了全反射，故应为黄光，故C正确，A、B、D错误；
故选C。
7．BD
【解析】
【分析】
【详解】
当入射光线垂直射入时，入射光线没有发生偏折，由于棱镜材料的折射率n=，所以由折射定律
可得临界角C等于45°。
当光线射到ab面时，入射角等于60°，所以发生光的全反射，当反射光线射到另一直角边ac时，由几何关系可得，入射角等于30°，因此既发生了折射也发生反射，由折射定律得折射角等于60°，正好平行于棱镜的底边。而反射光线对应的反射角是30°，导致光线到达bc面时垂直bc面，所以会垂直射出。如图所示
综上分析可知BD正确，AC错误。
故选BD。
8．ADE
【解析】
【分析】
【详解】
根据光路图看出，通过棱镜后a光线的偏折程度小，则玻璃对a光的折射率比b光的小，故A正确．光的频率由光源决定，与介质无关，当a光和b光由空气进入玻璃棱镜后频率都不变，故B错误．设光在真空中的波长为λ0，在介质中波长为λ，由得 λ=，由于在真空中a光的波长较长，而a光的折射率较小，则知a光和b光在玻璃中传播时a光的波长大于b光的波长，故C错误．a光的波长较长，因为双缝干涉条纹的间距与波长成正比，则相同条件下a光的干涉条纹间距大．故D正确．据sinC=得知，b光全反射临界角较小，则a光和b光以相同的入射角由玻璃射向空气，若逐渐增大入射角，则b光的入射角先达到临界角，先发生全反射．故E正确．故选ADE．
点睛：本题考查对光的几何光学和物理光学理解能力和把握联系的能力．要牢固掌握折射定律，知道干涉条纹间距与光的波长成正比．要知道光的频率由光源决定，与介质无关．
9．BCD
【解析】
【详解】
A．光线从空气进入玻璃中时，由光疏射向光密介质，不可能会发生全反射现象，选项A错误；
B．根据当i=90°时r=45°，可知无论入射角i为多大，折射角r都不会超过45°，选项B正确；
C．当反射光线与折射光线恰好相互垂直时，则
解得
选项C正确；
D．光从空气射入玻璃，由光疏射向光密介质，速度减小，选项D正确；
E．若将入射光换成紫光，则由于紫光的折射率大于红光，则在同样入射角i的情况下，折射角r将变小，选项E错误。
故选BCD。
10．BC
【解析】
【分析】
【详解】
A．做出光路图如图所示，可知光从空气射入玻璃时a光的偏折程度较大，则a光的折射率较大，频率较大。故A错误；
B．a光的频率较大，则波长较小，故B正确；
C．因为a、b两光在上表面的折射角与反射后在上表面的入射角分别相等，根据几何知识可知出射光束一定相互平行。故C正确；
D．因为a光的折射率较大，根据，则知a光的临界角小。故D错误；
故选：BC。
11．BCD
【解析】
【分析】
【详解】
A．光从空气射入介质，无论入射角多大，都不会发生全反射，故A错误；
B．当入射角最大时，折射角最大，最大入射角为，根据折射定律得
解得最大折射角
所以折射角都不会超过角，故B正确；
C．由知这束光在该玻璃中的传播速度为
故C正确；
D．反射光线与折射光线垂直，此时反射角等于，则折射角为
根据折射定律得
解得
故D正确；
故选BCD。
12．BC
【解析】
【分析】
【详解】
AB．由图看出，光通过三棱镜后偏折角较大，根据折射定律得知三棱镜对光的折射率较大，因玻璃三棱镜对蓝光的折射率大于对红光的折射率，为蓝光，为红光；由知光在玻璃中的传播速度小于光，故B正确，A错误；
C．根据可知光的全反射的临界角大于光，故C正确；
D．因，在同样的入射角时，光的偏折更大，偏折角就大，故D错误；
故选BC。
13．插针时应使P3挡住P2、P1的像，P4挡住P3、P2、P1的像 1.5
【解析】
【分析】
【详解】
(1)这位同学在操作中的重要疏漏是：插针时应使P3挡住P1和P2的像，P4挡住P1、P2、P3的像．
(2)设光线在玻璃砖上表面的入射角为i，折射角为r．
根据数学知识得：
则折射率为:
14．单窄缝片 双窄缝片 得到两个相干光源 0.510 1.482 648
【解析】
【分析】
根据双缝干涉实验的原理，可知③④依次为单窄缝片、双窄缝片，其中双缝的作用是：得到两个相干光源；由千分尺可读出图3图4明条纹的位置，即可得到相邻两条亮纹间的距离x，根据双缝干涉条纹的间距公式x=可得波长．
【详解】
（1）根据实验的原理，光具座上放置的光学元件依次为：①白炽灯、②单窄缝片、③双窄缝片、④滤光片、⑤遮光筒、⑥光屏；其中双缝的作用是：得到两个相干光源．
（2）图3是测第1号明条纹的位置，此时千分尺的读数为：0.5mm+0.01×1.0mm=0.510mm．
图4是测第4号明条纹的位置，此时千分尺的读数为：1mm+0.01×48.2mm=1.482mm．
相邻两条亮纹间的距离x==mm=0.324mm
根据双缝干涉条纹的间距公式x=得，=，其中双缝间距离为d=0.410-3m，双缝屏到毛玻璃屏的距离为L=0.2m，代入数据得被测光的波长：λ=m=6.4810-7m=648nm
故答案为（1）单窄缝片；双窄缝片；得到两个相干光源；（2）0.510；1.482；648
15．①s；②
【解析】
【分析】
【详解】
①光在该圆柱体中的传播速度为
沿直径AB射入的光线穿过圆柱体的时间
②设光线PC经折射后刚好到达B点。光路图如图所示：
假设入射角为α，折射角为β ，则由折射定律有
又由几何关系有
代入解得
16．（i）；（ii）
【解析】
【分析】
【详解】
（i）如图，作出光路图
根据折射定律可得
①
根据几何知识可得
②
③
联立解得
④
玻璃的折射率为。
（ii）光从经多次反射到点的路程
⑤
时间
⑥
得
光线从A在气泡中多次反射到C的时间为。
17．（i）；（ii）
【解析】
【分析】
【详解】
（i）根据全反射规律可知，光线在AB面上P点的入射角等于临界角C，由折射定律得
　 ①
代入数据得
　　　　②
设光线在BC面上的折射角为，由几何关系得
③
根据光的折射定律
　　　　④
联立③④式代入数据得
⑤
（ii）在中，根据正弦定理得
⑥
设所用时间为t，光线在介质中的速度为v，得
　　　　　⑦
　　　　　⑧
联立⑥⑦⑧式，代入数据得
⑨
18．（1）=450 （2）
【解析】
（1）根据光的折射定律，分析光线OD的折射情况，有：
，由知．
（2）由得： ．
点睛：解决本题关键是作出光路图，再运用几何知识求解入射角折射角，要掌握几何光学常用的三个规律：折射定律、临界角公式和光速公式．