物理选修3-4第四章 光的波动性综合与测试课时训练

2021-2022学年沪科版选修3-4 第4章光的波动性 章末综合检测1（解析版）

一、选择题(本题包括8小题，每小题6分，共48分.在每小题给出的5个选项中，有3项符合题目要求.选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得6分.每选错1个扣3分，最低得分为0分)

1.一束单色光从真空斜射向某种介质的表面，光路如图1所示.下列说法中正确的是(　　)

图1

A.此介质的折射率等于1.5

B.此介质的折射率等于

C.当光线从介质射向真空中时，入射角大于45°时可发生全反射现象

D.当光线从介质射向真空中时，入射角小于30°时可能发生全反射现象

E.光进入介质时波长变短

【解析】　n＝＝，选项A错、B对.当光线从介质中射向真空中时，随入射角增大折射角增大，当折射角等于90°时，即发生全反射，此时入射角为C，则有n＝＝，解得C＝45°，即入射角大于等于45°时发生全反射现象，选项C对D错.因进入介质后光速变小，而频率不变，故E对.

【答案】　BCE

2.一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是(　　)

【解析】　由折射定律可知，光从光密介质进入光疏介质，折射角大于入射角，可能发生全反射，由此判断A、C正确；B、E图中光从空气射到玻璃砖表面，应有折射光线，且折射角小于λ射角，B、D错误，E正确.

【答案】　ACE

3.一束单色光由空气射入玻璃，这束光的(　　)

A.速度变慢　 B.波长变短

C.频率增高 D.波长变长

E.频率不变

【解析】　单色光由空气射入玻璃时，根据v＝知，光的速度v变慢，光从一种介质进入另一种介质时，光的频率不变，根据v＝λf知光从空气射入玻璃时，波长变短.

【答案】　ABE

4. 如图2所示，一束光沿半径方向射向一块半圆柱形玻璃砖，在玻璃砖底面上的入射角为θ，经折射后射出a、b两束光线.则(　　)

图2

A.在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度

B.在真空中，a光的波长小于b光的波长

C.玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率

D.若改变光束的入射方向使θ角逐渐变大，则折射光线a首先消失

E.分别用a、b光在同一个双缝干涉实验装置上做实验，a光的干涉条纹间距大于b光的干涉条纹间距

【解析】　通过光路图可看出，折射后a光的偏折程度大于b光的偏折程度，玻璃砖对a光的折射率大于b光的折射率，选项C错误.a光的频率大于b光的频率，波长小于b光的波长，选项B正确.由n＝知，在玻璃中，a光的传播速度小于b光的传播速度，选项A正确.入射角增大时，折射率大的光线首先发生全反射，a光首先消失，选项D正确.做双缝干涉实验时，根据Δx＝λ得a光的干涉条纹间距小于b光的干涉条纹间距，选项E错误.

【答案】　ABD

5.如图3所示，一细束红光和一细束蓝光平行射到同一个三棱镜上，经折射后交于光屏上的同一个点M，若用n1和n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率，下列说法中正确的是(　　)

图3

A.n1＜n2

B.a为蓝光，b为红光

C.n1＞n2

D.a为红光，b为蓝光

E.a、b两种光在三棱镜中的速度不同

【解析】　由题图可知，b光线经过三棱镜后的偏折角较小，因此折射率较小，是红光.

【答案】　ABE

6.关于下列光学现象，说法正确的是(　　)

A.水中蓝光的传播速度比红光快

B.光从空气射入玻璃时不可能发生全反射

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更宽

E.偏振现象说明光是纵波

【解析】　根据光的性质、折射率与光速的关系、光的折射、光的干涉解决问题.

在介质中，红、橙、黄、绿、青、蓝、紫各色光随着频率的增大，其折射率也增大，根据v＝知，水中蓝光的传播速度比红光慢，选项A错误；光从光密介质射入光疏介质时，才可能发生全反射，光从空气射入玻璃时，不会发生全反射，选项B正确；在岸边观察水中的鱼，视深h′＝，故视深h′小于鱼的实际深度h，选项C正确；蓝光比红光的波长短，由干涉条纹宽度Δx＝λ知，用红光时得到的条纹间距比蓝光的宽，选项D正确；偏振现象说明光是横波，选项E错误.

【答案】　BCD

7.某学习小组在探究三棱镜对光的色散的实验中，用一束含有两种A、B不同颜色的光束以一定的角度从三棱镜的一边射入，并从另一面射出，如图4所示.由此我们可以知道(　　)

图4

A.在同种介质中，A光的波长比B光的波长长

B.从空气中以相同的入射角射入同样的介质，A光的折射角比B光的小

C.A、B两种光在水中的速度一样大

D.A、B两种光从相同的介质入射到空气中，逐渐增大入射角，B光先发生全反射

E.A光比B光易发生明显的衍射现象

【解析】　由图可知，B光折射率较大，B光的频率大.同种介质中，A光的波长比B光的波长长，选项A、E正确；从空气中以相同的入射角射入同样的介质，A光的折射角比B光的大，选项B错误；A、B两种光在水中的速度，A光较大，选项C错误；由于B光的折射率较大，B光的全反射临界角较小，A、B两种光从相同的介质入射到空气中，逐渐增大入射角，B光先发生全反射，选项D正确.

【答案】　ADE

8.直线P1P2过均匀玻璃球球心O，细光束a、b平行且关于P1P2对称，由空气射入玻璃球的光路如图5所示.a、b光相比(　　)

图5

A.玻璃对a光的折射率较小

B.玻璃对a光的临界角较大

C.b光在玻璃中的传播速度较小

D.b光在玻璃中的传播时间较短

E.两种光在玻璃中的传播时间相等

【解析】　由图可判断出玻璃对光束b的折射率大于光束a，A正确；根据公式sin C＝，可知玻璃对a光的临界角大于b光的临界角，B正确；根据公式n＝，可知b光在玻璃中的传播速度比a光小，C正确；根据以上分析可知，b光在玻璃中走过的距离比a光大，同时传播速度比a光小，于是传播时间比a光长，D、E错误.

【答案】　ABC

二、非选择题(本大题共4小题，共52分，按题目要求作答)

9.(12分)在“双缝干涉测光的波长”实验中，调节分划板的位置，使分划板的中心刻线对齐中央亮条纹的中心，此时螺旋测微器的示数如图6甲所示.转动手轮，使分划线向一侧移动，使分划板的中心刻线对齐第3条亮条纹的中心，此时螺旋测微器的示数如图6乙所示.已知双缝间距d＝1.5 mm，双缝到屏的距离L＝1.00 m，则甲图所示读数为________mm，乙图所示读数为________mm.被测光波的波长为________.

图6

【解析】　图甲读数为1.130 mm，

图乙读数为1.760 mm.

亮条纹间距Δx＝ mm＝0.21 mm.

由公式Δx＝λ得：

λ＝＝ m＝3.15×10－7 m.

【答案】　1.130　1.760　3.15×10－7 m

10.(12分)如图7所示是利用插针法测定玻璃砖的折射率的实验得到的光路图.玻璃砖的入射面AB和出射面CD并不平行，则(　　)

图7

(1)出射光线与入射光线________(选填“仍平行”或“不再平行”).

(2)以入射点O为圆心，以R＝5 cm长度为半径画圆，与入射光线PO交于M点，与折射光线OQ交于F点，过M、F点分别向法线作垂线，量得MN＝1.68 cm，EF＝1.12 cm，则该玻璃砖的折射率n＝________.

【解析】　(1)由于玻璃砖的入射面AB和出射面CD并不平行，所以出射光线与入射光线不再平行.

(2)该玻璃砖的折射率

n＝＝＝＝＝1.5.

【答案】　(1)不再平行　(2)1.5

11.(14分)(2016·海南高考)如图8所示，半径为R的半球形玻璃体置于水平桌面上，半球的上表面水平，球面与桌面相切于A点.一细束单色光经球心O从空气中射入玻璃体内(入射面即纸面)，入射角为45°，出射光线射在桌面上B点处.测得AB之间的距离为.现将入射光束在纸面内向左平移，求射入玻璃体的光线在球面上恰好发生全反射时，光束在上表面的入射点到O点的距离.不考虑光线在玻璃体内的多次反射.

图8

【解析】　当光线经球心O入射时，光路图如图(a)所示：

图(a)

设玻璃的折射率为n，由折射定律有：n＝ ①

式中，入射角i＝45°，r为折射角，△OAB为直角三角形因此：sin r＝ ②

发生全反射时，临界角C满足：sin C＝ ③

在玻璃体球面上光线恰好发生全反射时，光路图如图(b)所示：

图(b)

设此时光线入射点为E，折射光线射到玻璃体球面的D点，由题意有：∠EDO＝C ④

在△EDO内，根据正弦定理有：＝ ⑤

联立以上各式并利用题给条件得：OE＝R.

【答案】　R

12.(14分)图9为单反照相机取景器的示意图，ABCDE为五棱镜的一个截面，AB⊥BC.光线垂直AB射入，分别在CD和EA上发生反射，且两次反射的入射角相等，最后光线垂直BC射出.若两次反射都为全反射，则该五棱镜折射率的最小值是多少？(计算结果可用三角函数表示)

图9

【解析】　光线在棱镜中的光路图如图所示，根据反射定律和题设条件，得4α＝90°

所以入射角α＝22.5°

根据全反射规律，sin C＝

故sin 22.5°≥

所以n≥，即折射率的最小值为.

【答案】