第四章 第二节 光的全反射 第三节 光导纤维及其应用 同步练习 (含答案解析)

第二节
光的全反射
第三节
光导纤维及其应用
建议用时
实际用时
满分
实际得分
90分钟
100分
一、选择题（本题包括8小题，每小题给出的四个选项中，有的只有一个选项正确，有的有多个选项正确，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错或不选的得0分，共32分）
1.关于全反射，下列说法中正确的是（
）
A.发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线只存在反射光线
B.光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象
C.光线从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射现象
D.水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生全反射
2.已知介质对某单色光的临界角为，则（
）
A.该介质对此单色光的折射率等于
B.此单色光在该介质中的传播速度等于·sin
（是真空中的光速）
C.此单色光在该介质中的波长是在真空中波长的sin
倍
D.此单色光在该介质中的频率是在真空中频率的
倍

3.光在某种介质中的传播速度为1.5×108
m/s，光从此介质射向空气并发生全反射时的临界角是（
）
A.15°
B.30°
C.45°
D.60°
4.(北京高考)光导纤维的结构如图1所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播.以下关于光导纤维的说法正确的是(
)
图1
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小，光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射
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折射
D.内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用
5.光线在空气与水的交界面处发生全反射的条件是(
)
A.光由空气射入水中，入射角足够大
B.光由空气射入水中，入射角足够小
C.光由水中射入空气，入射角足够大
D.光由水中射入空气，入射角足够小
6.一束光线从折射率为1.5的玻璃内射向空气，在界面上的入射角为45°.图2所示的四个光路中，正确的是(
)

图2
7.在医学上，光导纤维可以制成内窥镜,用来检查人体胃、肠、气管等器官的内部.内窥镜有两组光导纤维，一组用来把光输送到人体内部，另一组用来进行观察.光在光导纤维中的传输利用了（
）
A.光的折射
B.光的衍射
C.光的干涉
D.光的全反射
8.（2009·浙江理综）如图3所示，有一束平行于等边三棱镜截面的单色光从空气射向点，并偏折到点.已知入射方向与边的夹角为=30°，分别为边的中点，则(
)
图3
A.该棱镜的折射率为
B.光在点发生全反射
C.光从空气进入棱镜，波长变小
D.从点出射的光束与入射到点的光束平行
二、填空题（本题共2小题，每小题6分，共12分.请将正确的答案填到横线上）
9.（广东高考）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：光从光密介质射向
，且入射角等于或大于
.
10.潜水员在水深处为的地方向水面观望时，发现整个天空及远处地面的景物均呈现在水面处的圆形区域内，已知水的临界面为，则所观察到的圆形半径为
.
三、计算题（本题共4小题，共56分.解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，只写出最后答案的不能得分.有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位）
11.（11分）如图2所示，粗细均匀的长直光导纤维被固定于水平面内，要使从光导纤维左侧端面射入的任何光线只能从光导纤维的右侧端面射出，则光导纤维的折射率应满足什么条件？
图2
12.（12分）在一个圆形轻木塞的中心插上一根大头针，然后把它倒放在水面上，调节针插入的深度，使观察者不论在什么位置都刚好不能看到水面下的大头针，如图3所示，量出针露出的长度为，木塞的半径为，求水的折射率.

图3
13.（11分）一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯，图10为过轴线的截面图，调整入射角，使光线恰好在水和空气的界面上发生全反射.已知水的折射率为，求sin
的值.
图10
14.（11分）为从军事工事内部观察外面的目标，在工事壁上开一长方形孔，设工事壁的厚度=34.64
cm，孔的宽度=20
cm，孔内嵌入折射率=的玻璃砖，如图11所示，试问：
(1)嵌入玻璃砖后，工事内部人员观察到外界的视野的最大张角为多少？
(2)要想使外界180°范围内景物全部被观察到，则应嵌入多大折射率的玻璃砖？
图11
15.（11分）（山东理综）图12表示两平面平行玻璃砖的截面图，一束平行于边的单色光入射到界面上，是其中的两条平行线.光线在玻璃砖中的光路已给出.画出光线从玻璃砖中首次出射的光路图，并标出出射光线与界面法线夹角的度数.
图12
第二节
光的全反射
第三节
光导纤维及其应用答题纸
得分：
一、选择题
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
答案
二、填空题
9．
10.
三、计算题
11
12.
13
14.
15.
第二节
光的全反射
第三节
光导纤维及其应用参考答案
一、选择题
1.CD
解析：全反射发生的条件是光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角时发生的现象，发生全反射时全部光线均不进入光疏介质.
2.ABC
3.B
4.A
解析：光导纤维的内芯折射率大于外套的折射率，光在由内芯射向外套时，在其界面发生全反射，从而使光在内芯中传播，故A正确.
5.C
解析：发生全反射的条件为：（1）光线从光密介质射向光疏介质；（2）入射角大于或等于临界角.
光线从介质射向真空时的临界角为
6.A
解析：sin
＜sin
45°,所以＜45°，所以发生全反射.
7.D
解析：光导纤维，简称光纤，是利用全反射的原理来传播光信号的，通常光纤是由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套大，光传播时在内芯和外套的界面上发生全反射.
8.AC
解析：由几何关系可推理得入射角=60°，折射角30°，由，A对；由sin
，临界角>30°，故在点不发生全反射，B错；由知光进入棱镜波长变小，C对；点出射的光束与边的夹角为30°，不与入射光线平行，D错.故选A、C.
二、填空题
9.全反射
光疏介质
临界角
10.tan
θ
三、计算题
11.≥
解析：射入光导纤维的任何光线只能从右侧端面射出，表明光线在光导纤维侧面上发生全反射，作出光线在光导纤维内的传播光路，如图13所示.
图13
据几何关系得：
=90°
①
显然最大时，取最小值
由知，当
90°时
,取最大值，即等于临界角C.
将
C，=代入①式可得：
+=90°
②
欲使射到侧面的光线都发生全反射，须满足：
≥
③
据临界角定义可得：
④
由②③④可得：≥.
12.
解析：在调节针插入的深度后，使观察者不论在什么位置都刚好不能看到水下的大头针，这个现象是光的全反射现象.
产生全反射的条件有两条：（1）光从光密介质射向光疏介质;(2)入射角大于或等于临界角.
当光从某种物质射向真空（或空气）时其临界角为
sin
,=arcsin
(为介质对光的折射率)
作图14,当发出的光到达点时恰以临界角入射，因此sin
，在△中：tan
,而
由此求得.
图14
13.
解析：当光线在水面发生全反射时，有：
sin
①
当光线从左侧射入时，由折射定律得：
②
联立①②式，代入数据可得
sin
=.
14.(1)120°
(2)2
解析：如图15所示. 已知=34.64
cm,=20
cm,tan
=≈,所以=30°.
（1）由折射定律有,得=60°. 即视野的最大张角为120°.
(2)要使视野的张角为180°，即=90°，由折射定律有,所以2.
图15
15.见解析
解析：根据光线在面上的入射角和折射角可知.
设此玻璃砖的临界角为C.
则sin
,arcsin45°
光线在面上的入射角由几何关系可知为75°，75°45°，故光线在面上发生全反射，射至面上的入射角可由几何关系求出为30°,30°45°，故可从面射出，根据折射定律可求出出射光线与界面法线的夹角为45°，光路图如图16所示.
图16