4.4光导纤维及其应用基础训练（word版含答案）

4.4光导纤维及其应用基础训练2021—2022学年高中物理鲁科版（2019）选择性必修第一册
一、选择题（共14题）
1．华裔科学家高锟因在“有关光导纤维用于光学通信方面”取得了突破性成就而获得2009年诺贝尔物理学奖。利用光导纤维进行光纤通信所依据的原理是（　　）
A．光的全反射 B．光的折射 C．光的干涉 D．光的色散
2．如图所示，一光导纤维内芯的折射率为n1，外套的折射率为n2，一束光信号与界面夹角为α由内芯射向外套，要在界面发生全反射，必须满足的条件是　（　　）
A．n1>n2，α小于某一值 B．n1C．n1>n2，α大于某一值 D．n13．下列四个图片均来自课本中的实验、仪器、实际应用，相应的现象、原理及应用的说法正确的是
A．甲图“水流导光”的原理是光的全反射
B．乙图“CT”是利用γ射线能够穿透物质来检查人体内部器官
C．丙图中大头针尖影的轮廓模糊不清是因为光发生了偏振
D．丁图射水鱼在水中看到小昆虫的位置是在实际昆虫的下方
4．关于光的传播现象及应用，下列说法正确的是（ ）
A．一束白光通过三棱镜后形成了彩色光带是光的色散现象
B．光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率小
C．海面上的海市蜃楼将呈现倒立的像，位置在实物的上方，又称上现蜃景
D．一束色光从空气进入水中，波长将变短，色光的颜色也将发生变化
5．关于光的全反射及其应用，下列说法正确的是（　　）
A．入射角大于临界角，光一定发生全反射
B．光从传播速度大的介质射向传播速度小的介质时可能发生全反射
C．光导纤维传输信号和全息照相利用的都是光的全反射现象
D．水或玻璃中的气泡看起来特别亮，是因为光从水或玻璃射向气泡时在界面发生了全反射
6．下列说法中正确的是（　　）
A．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度是利用光的干涉现象
B．光导纤维传输信号是利用光的干涉现象
C．光学镜头上的增透膜是利用光的衍射现象
D．人造地球卫星用红外遥感技术拍摄云图照片是利用光的干涉现象
7．下列说法中正确的是（ ）
A．光导纤维传送光信号是利用了光的全反射现象
B．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的衍射现象
C．照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的衍射现象
D．泊松亮斑是光的干涉现象
8．如图所示，是两个城市间的光缆中的一条光导纤维，光缆长为，它的玻璃芯的折射率为，外层材料的折射率为，光在空气中的传播速度为，光由它的一端射入经多次全反射后从另一端射出为全反射的临界角，已知则（　　）
A．，光从它的一端射入到从另一端射出所需要的时间等于
B．，光从它的一端射入到从另一端射出所需要的时间等于
C．，光从它的一端射入到从另一端射出所需要的时间小于等于
D．，光从它的一端射入到从另一端射出所需要的时间等于
9．有关光的应用，下列说法不正确的是（ ）
A．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度
B．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
C．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是光的折射形成的色散现象
D．在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射原理
10．光导纤维按沿径向折射率的变化可分为阶跃型和连续型两种。阶跃型的光导纤维分为内芯和外套两层，内芯的折射率比外套的大。连续型光导纤维的折射率中心最高，沿径向逐渐减小，外表面附近的折射率最低。关于光在连续型光导纤维中的传播，图中能正确表示传播路径的是（　　）
A． B．
C． D．
11．下列说法正确的是（　　）
A．全息照片的拍摄利用了光的衍射原理
B．光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率小
C．较弱的声音也可以震碎玻璃杯，是因为玻璃杯和声波发生了共振
D．鸣笛汽车驶近路人的过程中，路人听到的声波频率与该波源的频率相比减小
12．水下一点光源，发出、两单色光。人在水面上方向下看，发现水面中心区域有光、光射出，Ⅱ区域只有光射出，Ⅱ区域以外没有光射出，如图所示。下列判断不正确的是（　　）
A．、光从Ⅰ区域某点倾斜射出时，光的折射角小
B．在真空中，光的波长大于光的波长
C．水对光的折射率大于对光的折射率
D．水下、光能射到图中Ⅱ区域以外区域
13．以下说法中错误的是（ ）
A．在电磁波接收过程中，使声音信号或图象信号从高频电流中还原出来的过程叫调制
B．火车过桥要慢行，目的是使驱动力频率远小于桥梁的固有频率，以免发生共振损坏桥梁
C．通过测量星球上某些元素发出光波的频率，然后与地球上这些元素静止时发光的频率对照，就可以算出星球靠近或远离我们的速度
D．光导纤维有很多的用途，它由内芯和外套两层组成，外套的折射率比内芯要小
14．空气中两条光线a和b从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图所示。方框内有两个折射率n=1.5的玻璃全反射棱镜。下列选项中给出了两棱镜四种放置方式的示意图，其中能产生上述效果的是 (　　)
A． B． C． D．
二、填空题（共4题）
15．传统的导线传输技术存在衰减大、容量小、抗干扰能力弱等缺点，而光纤通信的主要优点就是______、衰减小______能力强。
16．光导纤维
（1）原理：利用了光的______。
（2）构造：由内芯和外套两层组成．内芯的折射率比外套的______，光传播时在内芯与外套的界面上发生______。
（3）光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等。
（4）光纤通信的优点是传输容量______、衰减______、抗干扰性及保密性强等。
17．光纤通信中，光导纤维传递光信号的物理原理是利用光的____现象，要发生这种现象，必须满足的条件是：光的入射方向应该是____（填“从光密介质到光疏介质”或“从光疏介质到光密介质”），且入射角_______临界角（填“≤”或“≥”）。
18．光纤通信技术是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式。我国的光纤通信技术处于世界领先水平。光纤内芯（内层玻璃）的折射率比外套（外层玻璃）的折射率___________（选填“大”或“小”）。当光从光纤的外套进入内芯后，光的传播速度变___________（选填“大”或“小”）。若某种光纤的内芯在空气中发生全反射的临界角为，则内芯的折射率为___________（结果可用根号表示）。
三、综合题（共4题）
19．光导纤维的应用体现了哪些光学知识？若光导纤维是由内芯和包层组成，则内芯和包层的折射率要满足什么条件？
20．如图所示，光纤由折射率不同的内芯和包层构成，光以入射角i从光纤的端面入射，并能在内芯中传播。内芯的折射率与包层的折射率哪个更大 入射角可以是任意值吗 为什么
21．如图所示，一条长为L的直圆柱形光导纤维由内芯和外套两层组成，光信号在该光纤内芯和外套分界面上发生全反射的临界角为60°，已知光在真空中的传播速度为c，为保证从该光纤一端入射的光信号都不会“泄漏”到外套，求：
（1）内芯的折射率最小值n；
（2）在内芯的折射率为n时，光从左端射入到从右端射出的最长时间。
22．光纤是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。传输原理是光的全反射。如图所示，A、B两地相距10km，为了通信，安装了折射率为的光纤。若某光信号从光纤A端射入恰好能在光纤内表面发生全反射，则该光信号从A传播到B的时间？（假设A、B两地光纤沿直线安装，光在真空中的速度）
参考答案
1．A
2．A
3．A
4．A
5．D
6．A
7．A
8．C
9．A
10．C
11．C
12．C
13．A
14．B
15．容量大 抗干扰
16．全反射 大 全反射 大 小
17．全反射 从光密介质到光疏介质 ≥
18．大 小
19．光纤通讯利用光的全反射将大量信息高速传输，说明光不但能发生反射和折射，也能传递能量和信息；
光线在内芯和包层的界面上发生全反射，知光从光密介质进入光疏介质，则内芯的折射率大于包层的折射率。
20．内芯的折射更大；入射角不可以是任意的，
因为光线在光纤内芯中会发生全反射，所以包层折射率比内芯折射率小；
入射角不可以是任意值，如图所示，入射角i越大，端面处的折射角越大，又满足
可知，越大，越小，当小于临界角时，光会在内芯和包层处发生折射，从而导致光信号泄露。
21．（1）；（2）
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