《志鸿全优设计》2013-2014学年高中物理人教选修3-4单元检测：第十三章 光（含答案）
文档属性
| 名称 | 《志鸿全优设计》2013-2014学年高中物理人教选修3-4单元检测：第十三章 光（含答案） |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 7.2MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2014-05-28 13:27:16 | ||
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文档简介
物理人教3-4第十三章 光单元检测
(时间：90分钟 满分：100分)
一、选择题(共8小题，每题5分，共40分)
1．由两个不同光源所发出的两束白光落在同一点上，不会产生干涉现象，这是因为( )
A．两个光源发出光的频率不同
B．两个光源发出光的强度不同
C．两个光源的光速不同
D．两个光源是彼此独立的，不是相干光源
2．下面是四种与光有关的事实，其中与光的干涉有关的是( )
A．用光导纤维传播信号
B．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度
C．一束白光通过三棱镜形成彩色光带
D．水面上的油膜呈现彩色
3．如图所示，上、下表面平行的玻璃砖置于 ( http: / / www.21cnjy.com )空气中，一束复色光斜射到上表面，穿过玻璃后从下表面射出，分成a、b两束平行单色光。下列说法中正确的是( )
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A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率
B．在玻璃中a光的全反射临界角小于b光的全反射临界角
C．在玻璃中a光的传播速度大于b光的传播速度
D．用同一双缝干涉装置进行实验可看到a光干涉条纹的间距比b光的宽
4．某棱镜顶角θ＝41.30°，一束白光以 ( http: / / www.21cnjy.com )较大的入射角从棱镜的一个侧面射入，通过棱镜后从另一个侧面射出，在光屏上形成由红到紫的彩色光带如图所示，当入射角i逐渐减小到零的过程中，彩色光带变化情况是( )
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色光 紫 蓝 绿 黄 橙 红
折射率 1.532 1.528 1.519 1.517 1.514 1.513
临界角 40.75° 40.88° 41.17° 41.23° 41.34° 41.37°
A．紫光最先消失，最后只剩下橙光、红光
B．紫光最先消失，最后只剩下黄光、橙光和红光
C．红光最先消失，最后只剩下紫光、靛光和蓝光
D．红光最先消失，最后只剩下紫光、靛光、蓝光和绿光
5．对衍射现象的定性分析，正确的是( )
A．光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物发生弯曲传播的现象
B．衍射花纹图样是光波相互叠加的结果
C．光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据
D．光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论
6．高速公路上的标牌常用“回光返照膜”制成 ( http: / / www.21cnjy.com )，夜间行车时，它能将车灯照射出去的光逆向返回，标志牌上的字特别醒目。这种“回光返照膜”是用球体反射元件制成的。如图所示，反光膜内均匀分布着直径10 μm的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为，为使入射的车灯光线经玻璃的折射、反射、再折射后恰好和入射光线平行，那么第一次入射的入射角是( )
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A．60° B．45°
C．30° D．15°
7．介质的折射率为n，它与 ( http: / / www.21cnjy.com )真空的交界面是一个平面，介质中有一点A，真空中有一点B，A、B连线与界面的交点为P，如图所示，已知AP＝BP。由A点发出的一束激光，射到界面上的Q点(图中未画出)后，进入真空传播，能够到达B点。关于Q点的位置下列叙述中正确的是( )
A．Q点在P点的左侧
B．Q点在P点的右侧
C．如果透明介质的折射率n变大，要使由A点发出的一束激光仍能到达B点，则入射点Q一定靠近P点
D．如果透明介质的折射率n变大，要使由A点发出的一束激光仍能到达B点，则入射点Q一定远离P点
8．如图所示的实验装置可用来研究材料的 ( http: / / www.21cnjy.com )热膨胀特性，A为透明的平行样板，B为研究的材料样品，用波长为λ的单色光垂直照射样板A，同时对B缓慢均匀加热，在样板A的上方可观察到A板的亮度发生周期性的变化。某时刻温度为t1时最亮，然后亮度逐渐变暗；当温度升到t2时，亮度再次回到最亮，则以下说法正确的是( )
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A．该装置是利用光的衍射原理来研究材料的热膨胀特性
B．该装置是利用A的下表面反射光和B的上表面反射光产生的干涉现象来研究材料的热膨胀特性
C．温度从t1到t2的过程中样品B的高度升高了λ/2
D．以上说法都不对
二、填空、实验题(每题10分，共20分)
9．直角玻璃三棱镜的截面如图所示，一条光线从AB面入射，ab为其折射光线，ab与AB面的夹角α＝60°。已知这种玻璃的折射率n＝，则：
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(1)这条光线在AB面上的入射角为________。
(2)图中光线ab________(填“能”或“不能”)从AC面折射出去。
10．用三棱镜做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图所示：
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(1)在本题的图上画出所需的光路。
(2)为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是____，________在图上标出它们。
(3)计算折射率的公式是n＝________。
三、计算题(11题10分，12题15分，13题15分，共40分)
11．如图所示，用折射率n＝的玻璃做成一个外径为R的半球形空心球壳。一束与O′O平行的平行光射向此半球的外表面，若让一个半径为的圆形遮光板的圆心过O′O轴，并且垂直该轴放置，则球壳内部恰好没有光线射入，问：
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(1)临界光线射入球壳时的折射角θ2为多大？
(2)球壳的内径R′为多少？
12．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i＝arcsin 0.75，求：
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(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)
13．由于激光是亮度高、平行度好、 ( http: / / www.21cnjy.com )单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为信息高速传输的载体。要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多大？
参考答案
1. 答案：D 点拨：本题考查相干 ( http: / / www.21cnjy.com )光的条件，题中两光源发出的光都是白光，频率不确定，没法比较，选项A错误；光的强度对光是否产生干涉没有影响，所以B错误；光速在真空中是确定的，但它对光的干涉也没影响，选项C错误；题中是两个独立光源，根据物体的发光机理(原子跃迁)，二者产生的不是相干光源，选项D正确。
2. 答案：BD 点拨：A利用的是光的全反射，C是光的色散，B、D都是光的干涉现象的实例。
3. 答案：B 点拨：该题考查色光的折射。由光路图知，a光在玻璃中的折射角小于b光的折射角，说明a光的折射率大于b光的折射率，即na＞nb，所以a光的频率大于b光的频率，即fa＞fb，在玻璃中的传播速度va＝＜vb＝。又由sin C＝知，玻璃中a光的全反射临界角小于b光的全反射临界角。由λ＝判断，a光的波长λa小于b光的波长λb，同一双缝干涉装置条纹间距Δx∝λ，因此a光干涉条纹间距比b光窄。综上所述B正确。
4. 答案：A 点拨：屏上的彩色光带最上端为 ( http: / / www.21cnjy.com )红色，最下端为紫色，当入射角i减小时，光线在棱镜右侧面的入射角变大，因紫光临界角最小，所以紫光最先达到临界角而发生全反射，故紫光最先在屏上消失，当入射角减小到i′＝0时，仅剩下红光和橙光未达到临界角而射出，到达光屏，故选A。
5. 答案：ABC 点拨： ( http: / / www.21cnjy.com )衍射是光绕过障碍物继续传播的现象，A正确。衍射与干涉一样都是由于光波的叠加，B正确。衍射是波的特有现象，光能衍射说明光是一种波，C正确。光的衍射是光遇到障碍物产生的一种现象，与光在同一种均匀介质中沿直线传播不矛盾，D错误。
6. 答案：A 点拨：该题考查光的折射与全反射。作出光路图如图所示。由图中几何关系知θ1＝2θ2，根据折射定律得，所以cos θ2＝，θ1＝60°，选项A正确。
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7．答案：AD 点拨：根据题意，由n＝可知，在真空中的入射角α要大于在介质中的折射角β，作出光线入射的光路图可知Q点在P点的左侧，选项A正确。若折射率n增大，仍然从A点发出光线要到B点，则折射角应当减小，故入射点Q一定远离P点，选项D正确。
8. 答案：BC 点拨：该装置是利用A的下表面反射光和B的上表面反射光产生的薄膜干涉现象来研究材料的热膨胀特性，故选B。温度从t1到t2的过程，光程差相差λ才能在t2出现亮纹，而λ是样品B增加高度的2倍，故选C。
9. 答案：(1)45° (2)不能
点拨：(1)由题图可知ab与法线的夹角θ2＝30°，根据折射定律得n＝，θ1为AB面的入射角，故sin θ1＝nsin θ2＝sin 30°＝，θ1＝45°。
(2)设光线在这种玻璃中的全反射临界角为C，sin C＝，C＝45°，ab光线在AC界面的入射角为60°＞C＝45°，所以ab光线发生全反射，不能从AC面射出。
10. 答案：(1)光路如点拨图所示
(2)入射角i 折射角r (3)
点拨：为了测出三棱镜的折 ( http: / / www.21cnjy.com )射率n，我们提出的办法是：先将上述的光路连接完整。然后，在棱镜的有关界面上，选择一个容易操作的界面，作出这一界面上的入射角、折射角的示意图如图所示，最后通过测量角度，应用公式计算即可。
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11. 答案：(1)30° (2)
点拨：(1)如图所示，由几何知识可知：
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sin θ1＝。由折射定律n＝，联立解出θ2＝30°。
(2)对临界光线sin C＝。在△Oab中，由正弦定理得：＝，联立解出R′＝。
12. 答案：(1)2×108 m/s (2)见点拨
点拨：(1)光在棱镜中传播的速率v＝ m/s＝2×108 m/s。
(2)由折射率n＝
得AB面上的折射角r＝30°
由几何关系得BC面上的入射角θ＝45°
全反射临界角C＝arcsin＜45°，光在BC面上发生全反射，光路如图所示。
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13. 答案： 点拨：要保证不会有光线从侧面跑出来，其含义是不管入射角多大都能在侧壁发生全反射。令入射角等于90°，再由折射定律和全反射临界角公式、几何关系就可以求出材料的折射率。
设激光束在光导纤维端面的入射角为i，折射角为α，折射光线射向侧面时的入射角为β，如图所示。
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由折射定律：n＝
由几何关系：α＋β＝90°，sin α＝cos β
由全反射临界角的公式：sin β＝，得cos β＝
要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有i＝90°，sin i＝1
故n＝＝
解得n＝
光导纤维的折射率应为n≥。
(时间：90分钟 满分：100分)
一、选择题(共8小题，每题5分，共40分)
1．由两个不同光源所发出的两束白光落在同一点上，不会产生干涉现象，这是因为( )
A．两个光源发出光的频率不同
B．两个光源发出光的强度不同
C．两个光源的光速不同
D．两个光源是彼此独立的，不是相干光源
2．下面是四种与光有关的事实，其中与光的干涉有关的是( )
A．用光导纤维传播信号
B．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度
C．一束白光通过三棱镜形成彩色光带
D．水面上的油膜呈现彩色
3．如图所示，上、下表面平行的玻璃砖置于 ( http: / / www.21cnjy.com )空气中，一束复色光斜射到上表面，穿过玻璃后从下表面射出，分成a、b两束平行单色光。下列说法中正确的是( )
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A．玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率
B．在玻璃中a光的全反射临界角小于b光的全反射临界角
C．在玻璃中a光的传播速度大于b光的传播速度
D．用同一双缝干涉装置进行实验可看到a光干涉条纹的间距比b光的宽
4．某棱镜顶角θ＝41.30°，一束白光以 ( http: / / www.21cnjy.com )较大的入射角从棱镜的一个侧面射入，通过棱镜后从另一个侧面射出，在光屏上形成由红到紫的彩色光带如图所示，当入射角i逐渐减小到零的过程中，彩色光带变化情况是( )
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色光 紫 蓝 绿 黄 橙 红
折射率 1.532 1.528 1.519 1.517 1.514 1.513
临界角 40.75° 40.88° 41.17° 41.23° 41.34° 41.37°
A．紫光最先消失，最后只剩下橙光、红光
B．紫光最先消失，最后只剩下黄光、橙光和红光
C．红光最先消失，最后只剩下紫光、靛光和蓝光
D．红光最先消失，最后只剩下紫光、靛光、蓝光和绿光
5．对衍射现象的定性分析，正确的是( )
A．光的衍射是光在传播过程中绕过障碍物发生弯曲传播的现象
B．衍射花纹图样是光波相互叠加的结果
C．光的衍射现象为光的波动说提供了有力的证据
D．光的衍射现象完全否定了光的直线传播结论
6．高速公路上的标牌常用“回光返照膜”制成 ( http: / / www.21cnjy.com )，夜间行车时，它能将车灯照射出去的光逆向返回，标志牌上的字特别醒目。这种“回光返照膜”是用球体反射元件制成的。如图所示，反光膜内均匀分布着直径10 μm的细玻璃珠，所用玻璃的折射率为，为使入射的车灯光线经玻璃的折射、反射、再折射后恰好和入射光线平行，那么第一次入射的入射角是( )
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A．60° B．45°
C．30° D．15°
7．介质的折射率为n，它与 ( http: / / www.21cnjy.com )真空的交界面是一个平面，介质中有一点A，真空中有一点B，A、B连线与界面的交点为P，如图所示，已知AP＝BP。由A点发出的一束激光，射到界面上的Q点(图中未画出)后，进入真空传播，能够到达B点。关于Q点的位置下列叙述中正确的是( )
A．Q点在P点的左侧
B．Q点在P点的右侧
C．如果透明介质的折射率n变大，要使由A点发出的一束激光仍能到达B点，则入射点Q一定靠近P点
D．如果透明介质的折射率n变大，要使由A点发出的一束激光仍能到达B点，则入射点Q一定远离P点
8．如图所示的实验装置可用来研究材料的 ( http: / / www.21cnjy.com )热膨胀特性，A为透明的平行样板，B为研究的材料样品，用波长为λ的单色光垂直照射样板A，同时对B缓慢均匀加热，在样板A的上方可观察到A板的亮度发生周期性的变化。某时刻温度为t1时最亮，然后亮度逐渐变暗；当温度升到t2时，亮度再次回到最亮，则以下说法正确的是( )
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A．该装置是利用光的衍射原理来研究材料的热膨胀特性
B．该装置是利用A的下表面反射光和B的上表面反射光产生的干涉现象来研究材料的热膨胀特性
C．温度从t1到t2的过程中样品B的高度升高了λ/2
D．以上说法都不对
二、填空、实验题(每题10分，共20分)
9．直角玻璃三棱镜的截面如图所示，一条光线从AB面入射，ab为其折射光线，ab与AB面的夹角α＝60°。已知这种玻璃的折射率n＝，则：
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(1)这条光线在AB面上的入射角为________。
(2)图中光线ab________(填“能”或“不能”)从AC面折射出去。
10．用三棱镜做测定玻璃折射率的实验，先在白纸上放好三棱镜，在棱镜的一侧插上两枚大头针P1和P2，然后在棱镜的另一侧观察，调整视线使P1的像被P2的像挡住，接着在眼睛所在的一侧插两枚大头针P3、P4，使P3挡住P1、P2的像，P4挡住P3和P1、P2的像，在纸上标出的大头针位置和三棱镜轮廓如图所示：
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(1)在本题的图上画出所需的光路。
(2)为了测出棱镜玻璃的折射率，需要测量的量是____，________在图上标出它们。
(3)计算折射率的公式是n＝________。
三、计算题(11题10分，12题15分，13题15分，共40分)
11．如图所示，用折射率n＝的玻璃做成一个外径为R的半球形空心球壳。一束与O′O平行的平行光射向此半球的外表面，若让一个半径为的圆形遮光板的圆心过O′O轴，并且垂直该轴放置，则球壳内部恰好没有光线射入，问：
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(1)临界光线射入球壳时的折射角θ2为多大？
(2)球壳的内径R′为多少？
12．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i＝arcsin 0.75，求：
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(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)
13．由于激光是亮度高、平行度好、 ( http: / / www.21cnjy.com )单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为信息高速传输的载体。要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多大？
参考答案
1. 答案：D 点拨：本题考查相干 ( http: / / www.21cnjy.com )光的条件，题中两光源发出的光都是白光，频率不确定，没法比较，选项A错误；光的强度对光是否产生干涉没有影响，所以B错误；光速在真空中是确定的，但它对光的干涉也没影响，选项C错误；题中是两个独立光源，根据物体的发光机理(原子跃迁)，二者产生的不是相干光源，选项D正确。
2. 答案：BD 点拨：A利用的是光的全反射，C是光的色散，B、D都是光的干涉现象的实例。
3. 答案：B 点拨：该题考查色光的折射。由光路图知，a光在玻璃中的折射角小于b光的折射角，说明a光的折射率大于b光的折射率，即na＞nb，所以a光的频率大于b光的频率，即fa＞fb，在玻璃中的传播速度va＝＜vb＝。又由sin C＝知，玻璃中a光的全反射临界角小于b光的全反射临界角。由λ＝判断，a光的波长λa小于b光的波长λb，同一双缝干涉装置条纹间距Δx∝λ，因此a光干涉条纹间距比b光窄。综上所述B正确。
4. 答案：A 点拨：屏上的彩色光带最上端为 ( http: / / www.21cnjy.com )红色，最下端为紫色，当入射角i减小时，光线在棱镜右侧面的入射角变大，因紫光临界角最小，所以紫光最先达到临界角而发生全反射，故紫光最先在屏上消失，当入射角减小到i′＝0时，仅剩下红光和橙光未达到临界角而射出，到达光屏，故选A。
5. 答案：ABC 点拨： ( http: / / www.21cnjy.com )衍射是光绕过障碍物继续传播的现象，A正确。衍射与干涉一样都是由于光波的叠加，B正确。衍射是波的特有现象，光能衍射说明光是一种波，C正确。光的衍射是光遇到障碍物产生的一种现象，与光在同一种均匀介质中沿直线传播不矛盾，D错误。
6. 答案：A 点拨：该题考查光的折射与全反射。作出光路图如图所示。由图中几何关系知θ1＝2θ2，根据折射定律得，所以cos θ2＝，θ1＝60°，选项A正确。
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7．答案：AD 点拨：根据题意，由n＝可知，在真空中的入射角α要大于在介质中的折射角β，作出光线入射的光路图可知Q点在P点的左侧，选项A正确。若折射率n增大，仍然从A点发出光线要到B点，则折射角应当减小，故入射点Q一定远离P点，选项D正确。
8. 答案：BC 点拨：该装置是利用A的下表面反射光和B的上表面反射光产生的薄膜干涉现象来研究材料的热膨胀特性，故选B。温度从t1到t2的过程，光程差相差λ才能在t2出现亮纹，而λ是样品B增加高度的2倍，故选C。
9. 答案：(1)45° (2)不能
点拨：(1)由题图可知ab与法线的夹角θ2＝30°，根据折射定律得n＝，θ1为AB面的入射角，故sin θ1＝nsin θ2＝sin 30°＝，θ1＝45°。
(2)设光线在这种玻璃中的全反射临界角为C，sin C＝，C＝45°，ab光线在AC界面的入射角为60°＞C＝45°，所以ab光线发生全反射，不能从AC面射出。
10. 答案：(1)光路如点拨图所示
(2)入射角i 折射角r (3)
点拨：为了测出三棱镜的折 ( http: / / www.21cnjy.com )射率n，我们提出的办法是：先将上述的光路连接完整。然后，在棱镜的有关界面上，选择一个容易操作的界面，作出这一界面上的入射角、折射角的示意图如图所示，最后通过测量角度，应用公式计算即可。
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11. 答案：(1)30° (2)
点拨：(1)如图所示，由几何知识可知：
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sin θ1＝。由折射定律n＝，联立解出θ2＝30°。
(2)对临界光线sin C＝。在△Oab中，由正弦定理得：＝，联立解出R′＝。
12. 答案：(1)2×108 m/s (2)见点拨
点拨：(1)光在棱镜中传播的速率v＝ m/s＝2×108 m/s。
(2)由折射率n＝
得AB面上的折射角r＝30°
由几何关系得BC面上的入射角θ＝45°
全反射临界角C＝arcsin＜45°，光在BC面上发生全反射，光路如图所示。
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13. 答案： 点拨：要保证不会有光线从侧面跑出来，其含义是不管入射角多大都能在侧壁发生全反射。令入射角等于90°，再由折射定律和全反射临界角公式、几何关系就可以求出材料的折射率。
设激光束在光导纤维端面的入射角为i，折射角为α，折射光线射向侧面时的入射角为β，如图所示。
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由折射定律：n＝
由几何关系：α＋β＝90°，sin α＝cos β
由全反射临界角的公式：sin β＝，得cos β＝
要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有i＝90°，sin i＝1
故n＝＝
解得n＝
光导纤维的折射率应为n≥。