4.4光导纤维及其应用基础巩固练习(Word版含答案)

4.4光导纤维及其应用基础巩固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15题）
1．一光纤通信中信号传播的主要载体是光导纤维，它的结构如图所示，可看成一段直线，其内芯和外套的材料不同，光在内芯中传播，下列关于光导纤维的说法正确的是（　　）
A．内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
B．内芯的折射率比外套的大，光传播时在外套与外界的界面上发生全反射
C．波长越长的光在光纤中传播的速度越小
D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大
2．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
3．下列关于光学现象的说法正确的是（ ）
A．海市蜃楼是因为光的色散
B．雨后的彩虹是由于七色光对水滴的折射率不同发生了光的色散的结果
C．红光进入水中，其频率和传播速度都会变小
D．用于传输信号的光纤利用了光的全反射，且内芯的折射率要小于外套的折射率
4．光纤在现代通信中有着巨大作用，如图所示，由透明材料制成的光纤纤芯折射率大于包层折射率，若纤芯的折射率为n1，包层材料的折射率为n2，则当光由纤芯射向包层时，发生全反射的临界角C满足。若光纤纤芯的半径为a，并设光垂直于端面沿轴入射，为保证光信号一定能发生全反射，则在铺设光纤时，光纤轴线的转弯半径不能超过（　　）
A． B． C． D．
5．下列有关光现象的说法中正确的是 （ ）
A．在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的衍射现象
B．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为黄光，则条纹间距变宽
C．光导纤维丝的内芯材料的折射率比外套材料的折射率小
D．光的偏振现象说明光是一种纵波
6．光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法正确的是（　　）
A．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
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．在光导纤维内传送图象是利用光的色散现象
D．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偏振现象
7．光纤主要由折射率较大的内芯与折射率较小的外套组成.在光纤中传输的信号是脉冲光信号当一个光脉冲从光纤的入射端输入，经过一段长度的光纤传输之后，其输出端的光脉冲会变宽，这种情况较严重（脉冲变宽到一定程度）时会导致信号不能被正确传输.引起这一差别的主要原因之一是光通过光纤纤芯时路径长短的不同（如图），沿光纤轴线传输的光线用时最短，在两种介质界面发生最多次全反射的光线用时最长.为简化起见，我们研究一根长直光纤，设其内芯折射率为，外套折射率为.在接收端光脉冲宽度（即光持续时间）为，则下列说法正确的是（ ）
A．为了保证光脉冲不从外套“漏”出，内芯和外套材料折射率的关系应满足
B．内芯材料的折射率越大，光脉冲将越不容易从外套“漏”出
C．为了尽可能减小，应该选用波长更短的光
D．为了尽可能减小，应该减小光纤的直径
8．有关光的应用，下列说法正确的是（ ）
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．在光导纤维束内传输图像利用了光的折射原理
C．光学镜头上的增透膜利用了光的干涉现象
D．用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度利用了光的衍射现象
9．在人类历史的进程中，物理学的发展促进了科学技术的不断进步，推动了人类文明的发展。下列物理学中的观点，正确的是（　　）
A．物体做受迫振动时如果增大驱动力的频率，则物体做受迫振动的振幅会增大
B．在干涉图样中，振动加强区域的质点的位移不一定大于振动减弱区域质点的位移
C．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大
D．当波源远离接收者时，观察者接收到的波的频率比波源频率高
10．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
11．下列说法正确的是（　　）
A．医疗上的内窥镜利用了光的全反射原理
B．验钞机是利用红外线的特性工作的
C．相对论指出：在不同的惯性参考系中光速是不相同的
D．麦克斯韦提出光是一种电磁波并通过实验证实了电磁波的存在
12．关于光的下列说法正确的是（　　）
A．偏振现象说明光是横波
B．偏振现象说明光是纵波
C．用光导纤维束传送图像信息，是利用光的衍射现象
D．用光导纤维束传送图像信息，是利用光的干涉现象
13．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
14．如图甲所示，光纤通信是利用激光在光导纤维中不断发生全反射向前传播的。如图乙所示，将一激光以入射角θ从P点入射，经过折射后恰好在界面的Q点发生全反射，则此介质的折射率为（　　）
A． B．
C． D．
15．光纤通信的优点是容量大、衰减小、抗干扰性强，光导纤维由内芯和外套两层介质组成．下列说法正确的是（　　）
A．光纤通信依据的原理是光的折射 B．内芯和外套的折射率相同
C．内芯比外套的折射率大 D．外套比内芯的折射率大
二、填空题（共4题）
16．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。
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全反射现象，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．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_____（选填“大”或“小”）。某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为，则该内芯的折射率为_____。（取，结果保留2位有效数字）
19．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“≥”）．
三、综合题（共4题）
20．光导纤维是利用光传播时在其内芯与外套的界面发生全反射来传输光信号的．如图所示，一根长为L的直光导纤维，其折射率为n．一束光从它的一个端面射入，又从另一个端面射出所需的最长时间为多少？（设真空中的光速为C，临界角C=arcsin）．

21．某有线制导导弹发射时，在导弹发射基地和导弹间连一根细如蛛丝的特制光纤，它双向传输信号，能达到有线制导作用．光纤由纤芯和包层组成，其剖面如所示，其中纤芯材料的折射率＝2，包层折射率，光纤长度为6km．(已知当光从折射率为的介质射入折射率为的介质时，入射角θ1、折射角θ2间满足：)
（1）求纤芯和包层分界面上全反射的临界角C。
（2）若导弹飞行过程中，将有关参数转变为光信号，利用光纤发回发射基地经瞬间处理后转化为指令光信号返回导弹，若光纤可视为沿直线排布，求信号往返需要的最长时间。
22．如图所示为半圆柱形玻璃砖的横截面，O为圆心，AB为直径，半径为R，其折射率为。现有一束平行光以i＝45°的入射角射向AO平面，若光线到达圆弧面后，都能从该表面射出。求：
（1）光射在AB面上进入玻璃的折射角；
（2）入射光束在AO上的最大宽度。
23．如图所示，是一种折射率n=1.5的棱镜，用于某种光学仪器中，现有一束光线沿MN方向射到棱镜的AB面上，入射角的大小满足0.75，求：
（1）光在棱镜中传播的速率．
（2）画出此束光线射出棱镜后的方向，要求写出简要的分析过程．（不考虑返回到AB和BC面上的光线）．
试卷第1页，共3页
参考答案：
1．A
2．C
3．B
4．A
5．B
6．A
7．B
8．C
9．B
10．A
11．A
12．A
13．C
14．A
15．C
16． 容量大 抗干扰
17． 从光密介质到光疏介质 ≥
18． 大
19． 全反射 从光密介质到光疏介质 ≥
20．
21．（1）；（1）
22．（1）；（2）
23．（1）2×108m/s；（2）。
答案第1页，共2页