4.4光导纤维及其应用 课时练（Word版含解析）

4.4光导纤维及其应用 课时练（含解析）
一、选择题
1．如图所示为长直光纤的纵切面内层折射率为,外层折射率为．光线自光纤左端进入,与中轴线夹角为,要使该光线总是发生全反射,应满足的条件是（ ）
A．角足够小
B．角足够大
C．角足够小
D．角足够大
2．下列说法中正确的是（ ）
A．用光导纤维束传送图象信息，这是利用光的衍射现象
B．立体电影利用的是光的偏振现象
C．眯着眼睛看发光的灯丝时能观察到彩色条纹，这是光的干涉现象
D．照相机、望远镜的镜头表面常常镀一层透光的膜，从膜的前表面和玻璃表面反射的光相互加强
3．下列与光有关的说法正确的是（　　）
A．在光导纤维束内传送图象是利用光的折射原理
B．肥皂泡呈彩色、三棱镜观察白光看到的彩色图样都是山于光照射时发生了薄膜干涉
C．“闻其声而不见其人”现象说明遇到同样障碍物时声波比可见光容易发生衍射
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
4．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
5．如图所示，入射光1经全反射棱镜折射、反射后沿与入射光线平行且相反的方向射出，如图中光线2所示，若将棱镜绕点沿顺时针方向转过一个较小的角度（如图中虚线所示），光线仍在棱镜中发生两次全反射，则（　　）
A．出射光线顺时针偏转角
B．出射光线逆时针偏转角
C．出射光线顺时针偏转角
D．出射光线方向不变
6．美国罗切斯大学的科学家说，他们利用量子力学与激光技术制造的一种“简单”计算机比目前用的电脑运算速度快10亿倍．该大学的研究人员指出，新型计算机是基于光的干涉原理，运算处理用的是光子而不是电子．那么就现代生产技术而言，下列哪些技术也利用了光的干涉原理（　　）
A．光导纤维通信技术
B．立体电影拍摄技术
C．检测工件表面平整度
D．对金属元件进行探伤
7．下列关于光的应用中，叙述正确的是（ ）
A．3D立体电影的放映利用了光的干涉原理
B．光导纤维是利用了光的衍射原理
C．可利用激光进行室内照明
D．激光的全息照相是利用了激光的相干性好的特点
8．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
9．下列有关光现象的说法中正确的是（　　）
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．光导纤维丝的内芯材料的折射率比外套材料的折射率小
C．泊松亮斑证明光具有波动性，光的偏振证明光是纵波
D．在水中的潜水员斜向上看岸边物体时，看到的物体的像将比物体所处的实际位置低
10．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．
11．光纤通信是一种现代化通信手段，光导纤维传递光信号的物理原理是（　　）
A．光的全反射 B．光的衍射
C．光的干涉 D．光的折射
12．下列说法不正确的的是( )
A．“隔墙有耳”是声波的衍射现象
B．靠近我们的汽车鸣笛时,我们听到的声音更“尖”,是因为汽车靠近我们时发出的声波频率会变高
C．光导纤维内芯材料的折射率比外套材料的折射率大
D．双缝干涉实验中,如增加双缝间的宽度,则条纹间距变小
13．下列说法中正确的是（　　）
A．内窥镜是利用光的衍射原理制成的一种医疗设备
B．雨后路面上的油膜呈现彩色，是光的折射现象
C．自然光包含着垂直于传播方向上的沿一切方向振动的光，且沿各个方向振动的光的强度均相同
D．生物学家通过对DNA纤维的X射线衍射图样的研究，提出了DNA的双螺旋结构模型
14．下列说法正确的是（　　）
A．某学生用单摆测定重力加速度，处理数据时计算得到的数值偏大些，可能是测量摆长时误加了小球直径
B．机械波从一种介质进入到另一种介质，频率将发生改变
C．蝙蝠是利用超声脉冲导航的，当它飞向某一墙壁时，接收到的脉冲频率大于它发出的频率
D．紫外线比紫光更容易发生干涉和衍射
E．光纤通信及医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理
15．关于光的全反射和光纤的应用，下列说法正确的是（ ）
A．光由不同介质射入真空或空气时临界角不同
B．入射角大于临界角，不一定发生全反射
C．玻璃是光密介质
D．光纤通信是光导纤维的唯一应用
E．光导纤维的工作原理是光的全反射
二、解答题
16．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）．
17．1966年33岁的华裔科学家高锟首先提出光导纤维传输大量信息的理论，43年后高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖如图所示一长为L的直光导纤维，外套的折射率为，内芯的折射率为，一束单色光从图中点进入内芯斜射到内芯与外套的介质分界面M点上恰好发生全反射，为内芯的中轴线，真空中的光速为求：
Ⅰ该单色光在内芯与外套的介质分界面上恰好发生全反射时临界角C的正弦值；
Ⅱ该单色光在光导纤维中的传播时间．
试卷第1页，共3页
参考答案
1．C
【解析】
【详解】
当光从光密介质射向光疏介质时，当入射角大于临界角时才会发生全反射现象，故，光线射到界面上的角足够大，即角足够小，故C正确．
2．B
【解析】
【详解】
在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象．故A错误．立体电影是应用了光的偏振现象．故B正确．眯着眼睛看发光的灯丝时能观察到彩色条纹是光的衍射现象．故C错误．照相机、望远镜的镜头表面常常镀一层透光的膜，即增透膜，光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，从膜的前表面和玻璃表面反射的光相互减弱．故D错误．故选B．
【点睛】在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射现象，立体电影是应用了光的偏振现象，眯着眼睛看发光的灯丝时能观察到彩色条纹是光的衍射现象，光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，从膜的前表面和玻璃表面反射的光相互减弱．
3．C
【解析】
【详解】
A．光导纤维束内传送图象，是利用光的全反射原理，故A错误；
B．肥皂泡呈彩色是由于光照射时发生了薄膜干涉，而用三棱镜观察白光看到的彩色图样是利用光折射现象，故B错误；
C．波长越长越容易发生衍射现象，声波比可见光波长长，所以遇到同样障碍物时声波比可见光容易发生衍射，故C正确；
D．麦克斯韦提出光是一种电磁波，赫兹通过实验证实了电磁波的存在，故D错误。
故选C。
4．B
【解析】
A．光不从外套“漏”出，即光可在内芯与外套的界面上发生全反射，当内芯的折射率比外套的大时，光在内芯与外套的界面上才能发生全反射，故内芯和外套材料折射率的关系应满足
A错误；
B．根据
可知内芯材料的折射率越大，全反射的临界角越小，越容易发生全反射，则光脉冲将越不容易从外套“漏”出，故B正确；
CD．设光纤的长度为，光沿光纤轴线传输时用时最短，光在光纤中的传播速度
则最短时间
设光从入射端的点入射时的入射角为，折射角为，在点发生全反射时的入射角反射角为，如图所示，如果，则光在光纤中的传播时间最长，此时
则光通过光纤传播的距离
所用的最长时间
故
波长越短的光的折射率越大，导致越大，的表达式与光纤的直径无关，故C、D错误。
故选B。
5．D
【解析】
如图所示，当棱镜绕点转过一个较小的角度时，光线1射向面时的入射角为，折射后进入棱镜中，折射角小于，这条折射光线射向面时的入射角略大于，大于玻璃的全反射临界角，这条在玻璃中的折射光线会在面上发生全反射，再射至面时再次发生全反射后射向面，由几何关系可知，如下图所示
所以
即
，
则根据折射定律可得
所以入射光线与出射光线平行。即出射光线方向不变。
故选D。
6．C
【解析】
【详解】
A.光纤通信是利用了光的全反射原理，A错误；
B.立体电影是利用了光的偏振原理，B错误；
C.干涉法检查平面的平整度应用了薄膜干涉原理，C正确；
D.对金属元件进行探伤使用射线的穿透性，D错误；
7．D
【解析】
【详解】
A．立体电影是利用了光的偏振现象，故A错误；
B．光导纤维利用的是光的全反射原理，故B错误；
C．室内照明需要更多的散射光，而激光的方向性比较好，是单方向的光，不适合室内照明，故C错误；
D．激光的全息照相是利用了激光的相干性好的特点，故D正确。
故选D。
8．A
【解析】
【详解】
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，选项A正确；
B．光导纤维传输信号是利用光的全反射现象，选项B错误；
C．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象，选项C错误；
D．人造地球卫星用红外遥感技术拍摄云图照片是利用红外线波长较长，则衍射能力较强，选项D错误。
故选A。
9．A
【解析】
【分析】
利用光的干涉现象可以检查光学平面的平整程度；光导纤维丝的工作原理是全反射，光要从光密介质到光疏介质；光的偏振说明光是横波；利用光的折射可解决“视深”、“视高”这类问题．
【详解】
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，故A正确；
B．光纤通信是一种现代通信手段，光纤内芯的折射率比外壳的大，故光线在内芯处发生全反射，故B错误；
C．泊松亮斑证明光具有波动性，而偏振现象说明光是一种横波，不是纵波，故C错误；
D．物体的光斜射到水面上，由光发生折射的条件知，会发生折射现象，当光进入水中后靠近法线，射入潜水员眼睛，而潜水员认为光始终沿直线传播，逆着光的方向看上去而形成的虚像，所以比实际位置高，故D错误．
【点睛】
本题主要考查了光的干涉、折射等规律，较为简单．
10．A
【解析】
【详解】
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，设在P点所形成的折射角的大小为，则在Q点的入射角为，可得
即
解得
将
带入得
故选A。
11．A
【解析】
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。
故选A。
12．B
【解析】
【详解】
“隔墙有耳”是声波的衍射现象，选项A正确；靠近我们的汽车鸣笛时，我们听到的声音更“尖”，这叫做多普勒效应，而汽车靠近我们时发出的声波频率并没有变化，故B错误；光导纤维运用光的全反射，所以内芯的折射率大于外套的折射率．故C正确．双缝干涉实验中，条纹间距△x=λ，增加双缝宽度d，则条纹间距表小，D正确；此题选项不正确的选项，故选B.
13．CD
【解析】
【详解】
A.光线在内窥镜中发生全反射，故内窥镜是利用光的全反射原理制成的一种医疗设备；故A错误；
B.雨后路面上的油膜呈现彩色，是光的干涉现象；故B错误；
C.自然光包含着垂直于传播方向上的沿一切方向振动的光，且沿各个方向振动的光的强度均相同；故C正确；
D.生物学家通过对DNA纤维的X射线衍射图样的研究，提出了DNA的双螺旋结构模型；故D正确
14．ACE
【解析】
【详解】
A．由单摆周期公式可知，重力加速度为
单摆的摆长应等于摆线的长度加小球的半径，若测量摆长时误加了小球直径算进去，摆长测量值偏大，则重力加速度的测量值偏大，故A正确；
B．波从一种介质进入到另一种介质频率不变，波速改变，故B错误；
C．蝙蝠利用超声脉冲导航，当它正朝着表面平直的墙壁飞扑的期间，与墙壁相互靠近，故接收到从墙壁反射回来的超声脉冲频率大于它发出的频率，故C正确；
D．紫外线比紫光的波长短，更不容易发生干涉和衍射，故D错误；
E．光纤通信和医用纤维式内窥镜都是利用了光的全反射原理，故E正确；
故选ACE。
15．ABE
【解析】
【详解】
A.不同介质的折射率不同，所以光由不同的介质射入真空或空气时临界角不同，故选项A符合题意；
B.入射角大于临界角，不一定发生全反射，还要光从光密介质进入光疏介质才能发生全反射，故选项B符合题意；
C.光疏介质、光密介质是相对的，只有一种介质不能说是光疏介质还是光密介质，故选项C不合题意；
D.光纤通信是光导纤维的主要应用，光导纤维还可应用到内窥镜、潜望镜等，故选项D不合题意；
E.光导纤维的工作原理是光的全反射，故选项E符合题意．
16．（i）；（ii）
【解析】
【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
17．
试题分析：根据光的折射定律，结合恰好发生全反射，折射角为90°，从而即可求解；
根据传播速度c=nv，结合几何关系，即可求解传播时间．
Ⅰ、由光的折射定律:
当θ1=90°时，
Ⅱ、根据几何关系：
因传播速度：
而传播时间：
联立上式可解得：
点睛：本题主要考查了光的折射定律与全反射条件的应用，并掌握几何关系的运用．注意入射角与折射角的确定．
答案第1页，共2页