同步课时精练（十七）4.4光导纤维及其应用（后附解析）

同步课时精练（十七）4.4 光导纤维及其应用（后附解析）
一、单选题
1．下面四种与光有关的叙述中，哪些说法是错误的（　　）
A．用光导纤维传播信号，是利用了光的全反射原理
B．光的偏振证明了光是横波
C．通过两枝铅笔的狭缝所看到的远处日光灯的彩色条纹，是光的干涉所致
D．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由黄光改为绿光，则条纹间距变窄
2．关于波下列说法正确的有（ ）
A．用光导纤维束传送信息是光的衍射的应用
B．白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的一种干涉现象
C．波源匀速靠近一静止的接收者，接收者接收到的频率比波源的频率小
D．露珠的晶莹透亮现象，是由光的全反射引起的
3．光纤通讯中信号传播的主要载体是光纤，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。下列关于光纤的说法中正确的是（　　）
A．内芯的折射率比外套的小，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大
D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大
4．如图所示，已知介质Ⅰ为空气，介质Ⅱ的折射率为，则下列说法正确的是（　　）
A．光线、都不能发生全反射
B．光线、都能发生全反射
C．光线发生全反射，光线不发生全反射
D．光线不发生全反射，光线发生全反射
5．下列说法正确的是（　　）
A．超声测速是利用了波的干涉现象
B．“不见其人，先闻其声”是波的衍射现象
C．光导纤维的外套折射率比内芯折射率大
D．光的偏振现象说明光是一种纵波
6．光导纤维技术在现代生产、生活与科技方面得以广泛应用。如图所示是一个质量均匀分布的有机玻璃圆柱的横截面，B、C为圆上两点，一束单色光沿AB方向射入，然后从C点射出，已知∠ABO=127°，∠BOC=120°，真空中光速c=3×108m/s，sin53°=0.8，cos53°=0.6。则（　　）
A．光在该有机玻璃中的折射率为1.6
B．光在该有机玻璃中发生全反射的临界角为53°
C．光在该有机玻璃中传播速度为3×108m/s
D．将该材料做成长300km的光导纤维，此单色光在光导纤维中传播的最短时间为1×10-3s
7．一束包含各频率成分的激光同时进入光导纤维传播，下列说法正确的是（　　）
A．传播激光信号的光导纤维内芯折射率比外套的低
B．各频率成分的激光束通过光导纤维后频率会降低
C．各频率成分的激光束在光导纤维传播过程中前端部分频率更高
D．各频率成分的激光束在光导纤维传播过程中前端部分波长更长
8．光纤通讯中信号传播的主要载体是光纤，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。下列关于光纤的说法中正确的是（ ）
A．波长越长的光在光纤中传播的速度越大
B．频率越大的光在光纤中传播的速度越大
C．内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
D．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
9．下列说法正确的是(　　)
A．在水中的潜水员斜向上看岸边的物体时，看到的物体将比物体所处的实际位置高
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小
C．水中的气泡，看起来特别明亮，是因为光线从气泡中射向水中时，一部分光在界面上发生全反射的缘故
D．光在某种介质中的传播速度为1.732×108 m/s，要使光由真空射入这种介质的折射光线与反射光线之间夹角为90°，则入射角为45°
10．如图所示，AB为一长L＝30km的光导纤维，一束光线从端面A射入，在侧面发生全反射，最后从B端面射出。已知光导纤维的折射率n＝1.35，光线从纤维内侧面向外射出时，临界角的正弦值为0.9，设在侧面发生全反射的光线从A端传播到B端所需时间为t，真空中的光速为3×108m/s，则下列说法正确的是（　　）
A．t的最小值是1.35×10－4s B．t的最大值小于1.5×10－4s
C．t的最大值大于1.5×10－4s D．以上说法都不正确
11．如图所示直光导纤维的长度为L，某种频率的光在其中的折射率为n，若有各种入射方向的该频率的光照射到此光导纤维一端的横截面上，沿光纤轴线传输的光纤用时最短，在介质界面多次全反射的光线用时较长。已知光在真空中的传播速度为c，当一个光脉冲（各个方向）从光纤中输入，其输出端的光脉冲的传播时间差的最大值为（　　）

A． B． C． D．
12．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
二、多选题
13．2009年诺贝尔物理学奖授予英国华裔科学家高锟，以表彰他在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”做出了突破性成就，高锟被誉为“光纤之父”，光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务。目前我国正在大力建设高质量的宽带光纤通信网络，下列说法正确的是（　　）
A．光导纤维传递光信号是利用光的干涉原理
B．光纤通信利用光作为载体来传递信号
C．目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝
D．光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理
14．关于光的传播现象及应用，下列说法正确的是（　　）
A．光导纤维内芯材料的折射率比外套材料的折射率大
B．海面上的海市蜃楼将呈现倒立的像，位置在实物的上方
C．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
D．一束白光从空气斜射进入水中，将发生色散
15．下列有关光现象的说法中正确的是( )
A．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象
B．在水中同一深度处有红、绿两个点光源,则水面上绿色光斑面积较大
C．水的视深比实际深度浅是光的全反射现象
D．拍摄玻璃棚窗内的物品时,在镜头前加一个偏振片可以减少反射光的强度
E．光纤通信及医用纤维式内窥镜都是利用光的全反射原理
三、解答题
16．光导纤维的工作原理是什么？它是如何传导文字和图像的？
17．如图所示，一根长为L的直光导纤维，它的折射率为n。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？（设光在真空中的光速为c）

第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
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参考答案：
1．C
解析：A． 用光导纤维传播信号，是利用了光的全反射原理，故A不符合题意；
B． 光的偏振是光沿特定方向振动且与传播方向相垂直，则光的偏振说明是一种横波，故B不符合题意；
C． 通过两枝铅笔的狭缝所看到的远处日光灯的彩色条纹，这是光的衍射现象，故C符合题意；
D． 在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由黄光改为绿光，波长变短，则条纹间距变窄，故D不符合题意。
本题选说法错误的，故C正确ABD错误。
答案：C。
2．D
解析：A.光导纤维束传送信息是光的全反射的应用,A错误
B.白光通过三棱镜在屏上出现彩色条纹是光的一种折射色散现象，B错误
C.根据多普勒效应，波源匀速靠近一静止的接收者，接收者接收到的频率比波源的频率大，C错误
D.露珠的晶莹透亮现象，是由光的全反射引起的，D正确
3．C
解析：AB．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。AB错误；
CD．波长越长，光在内芯中的折射率越小，频率越大，光在内芯中的折射率越大，根据可知，波长越长的光在光纤中传播的速度越大。C正确，D错误。
答案：C。
4．A
解析：光从光密介质射向光疏介质时可能发生全反射，介质Ⅱ对介质Ⅰ来说是光密介质，光线不能发生全反射，光线可能发生全反射，又全反射临界角满足
则
题图中光线与界面的夹角为，则此时的入射角为，故光线不能发生全反射。
答案：A。
5．B
解析：使用的测速仪是超声波多普勒效应的应用，A错误；不见其人，先闻其声”是波的衍射现象，B正确；光导纤维丝，是利用光的全反射现象，由全反射条件，可知，则其的内芯材料的折射率比外套材料的折射率大，C错误；光的偏振现象说明光是一种横波，D错误．
6．A
解析：A．由图中几何关系可知，入射角为53°，折射角为30°，即可求出
A正确
B．
可知，C不等于53°，B错误；
C．
由光在空气中传播的速度
可知，光在该介质中传播速度不为，C错误；
D．当速度为时，传播300km用时1×10-3s，但光在该介质中传播速度不为，D错误；
答案：A。
7．C
解析：A.光纤通信的原理是光的全反射，光导纤维内芯的折射率比外套的大，A错误；
B.光从一种介质射入另一种介质时，频率不变，各频率成分的激光束通过光导纤维后频率不变，B错误；
C.各频率成分的激光束在光导纤维传播中折射率大的偏折程度大，对应的频率大的激光出现在前端部分，C正确；
D.频率大的激光出现在前端部分，其波长短，D错误。
答案：C。
8．A
解析：A．波长越长的光，介质对它的折射率越小，根据公式
光在光纤中传播的速度越大，故A正确；
B．频率越大的光，介质对它的折射率越大，根据公式
光在光纤中传播的速度越小，故B错误；
CD．当内芯的折射率比外套的大时，光传播时在内芯与外套的界面上才能发生全反射，故CD错误。
答案：A。
9．A
思路：根据光的折射，得出潜水员看到的高度和实际高度的关系；光在光纤中发生全反射，通过全反射的条件比较光纤内芯和外壳折射率的大小关系．水中的气泡，看起来特别明亮，是因为光线从水射入气泡发生全反射的缘故．根据得出折射率的大小关系，结合几何关系和折射定律求出入射角的大小．
解析：A．景物的光斜射到水面上，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，而潜水员由于错觉，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，A正确；
B．发生全反射的条件是光从光密介质进入光疏介质，则光纤的内芯折射率大于外壳的折射率，B错误；
C．水中的气泡，看起来特别明亮，是因为光线从水射入气泡发生全反射的缘故，C错误；
D．根据得，介质的折射率
光由真空射入这种介质的折射光线与反射光线之间夹角为90°，设入射角为θ，结合折射定律和几何关系知
解得
θ=60°
D错误。
答案：A。
10．A
解析：BC．如图所示
光从光导纤维到空气的界面，当入射角α＝C时，光的路程最长，所用时间也最长。光的传播路程
又，设所用最长时间为tmax，则
s＝vtmax
解以上各式得
故BC错误；
AD．时间最小值为
故A正确，D错误。
答案：A。
11．B
解析：光在光导纤维中的传播速度为
当沿光纤轴线传输时用时最短，为
当光在介质的界面处恰好发生全反射时，通过的路程最长，根据几何知识可知最长路程为
，
故光在光导纤维中传播的最长时间为
所以光在光导纤维中传播时间差的最大值为
答案：B。
12．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。
答案：D。
13．BCD
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。
答案：BCD。
14．AD
解析：A．由全反射的条件可知，光导纤维内芯材料的折射率比外套材料的折射率要大，A正确；
B．海面上的海市蜃楼将呈现正立的像，位置在实物的上方，B错误；
C．色光进入水中，光的频率不变，颜色不变，C错误；
D．白光斜射入水中，由于水对不同色光的折射率不同，各种色光将分开，D正确。
答案：AD。
15．ADE
解析：A.光学镜头上的增透膜是利用薄膜的前后反射光线干涉，从而增加透射光的强度，A正确；
B.红光的临界角大于绿光，故光源在同一位置时，红光照亮的面积更大，B错误；
C.水的视深比实际深度浅是光的折射现象，C错误；
D.拍摄玻璃棚窗内的物品时,在镜头前加一个偏振片可以减少反射光的强度，D正确；
E.光纤通信及医用纤维式内窥镜都是利用光在光纤内发生全反射的从而传递信息，E正确；
答案：ADE。
16．见解析
解析：光导纤维是由两种或两种以上折射率不同的透明材料通过特殊复合技术制成的复合纤维。光能够在玻璃纤维或塑料纤维中传递是利用光在折射率不同的两种物质的交界面处产生“全反射”作用的原理。由于包层的折射率比芯线折射率小，这样进入芯线的光线在芯线与包层的界面上作多次全反射而曲折前进，不会透过界面，仿佛光线被包层紧紧地封闭在芯线内，使光线只能沿着芯线传送，就好象自来水只能在水管里流动一样；光也有波的特性，因此可以等同于声波，电磁波一样传递信号。用特殊的接受仪器，加上纤维导管的传递作用，就完成了光导纤维的整个工作。
17．
解析：由，可得光导纤维的临界角为
光在光导纤维中传播的路程为
光在光导纤维中传播的速度为，所需最长时间为
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