2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第一册 4.4光导纤维及其应用 同步练习（word解析版）

2021-2022学年鲁科版（2019）选择性必修第一册
4.4光导纤维及其应用 同步练习（解析版）
1．如图，光导纤维由内芯和外套两部分组成，内芯折射率比外套的大，光在光导纤维中传播时，光在内芯和外套的界面上发生全反射。假设外套为空气，一束红光由光导纤维的一端射入内芯，红光在内芯与空气的界面上恰好发生全反射，经时间t1从另一端射出；另让一束绿光也从光导纤维的一端射入，绿光在内芯与空气的界面上也恰好发生全反射，经时间，t2从另一端射出。下列说法正确的是（　　）
A．内芯对红光的折射率n1与对绿光的折射率n2之比为
B．内芯对红光的折射率n1与对绿光的折射率n2之比为
C．红光在内芯中的传播速度v1与绿光在内芯中的传播速度v2之比为
D．红光在内芯中的传播速度v1与绿光在内芯中的传播速度v2之比为
2．2008年北京奥运会上，光纤通讯将覆盖所有奥运场馆为各项比赛提供安全可靠的通信服务，光导纤维是由内芯和外套两层组成，光从一端进入，另一端传出，下列说法正确的是（　　）
A．内芯的折射率小于外套的折射率
B．增大光从端面入射的入射角，在端面处可能发生全反射
C．不同频率的可见光从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用的时间不相同
D．若红光以如图所示的角度入射，恰能在内芯和外套界面上发生全反射，则改用紫光以同样角度入射时，在内芯和外套界面上将不会发生全反射
3．图为“水流导光”，实验装置．长直开口透明塑料瓶内装有适量清水，在其底侧开一小孔，水从小孔流出形成弯曲不散开的水流，用细激光束透过塑料瓶水平射向该小孔，观察到激光束没有完全被限制在水流内传播，下列操作有助于激光束完全被限制在水流内传播的是(　　)
A．增大该激光的强度
B．向瓶内再加适量清水
C．改用频率更低的激光
D．改用折射率更小的液体
4．关于全反射及其应用的认识，下列说法正确的是（　　）
A．光纤通信利用了光的折射
B．全反射是反射光线与折射光线重合的一种现象
C．光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射
D．光线从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射
5．光导纤维技术在现代生产、生活与科技方面得到了广泛的应用。如图所示是一个质量分布均匀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°，真空中光速为c＝3×108m/s，sin53°＝0.8，cos53°＝0.6。则（　　）
A．光在该有机玻璃中的传播速度为1.875×108m/s
B．光在该有机玻璃中的折射率为1.8
C．光在该有机玻璃中发生全反射的临界角为53°
D．若将该材料做成长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
6．目前，移动和电信公司都升级了200M光纤入户，网速更快，使用更方便，光纤信号传输利用了光的全反射和折射原理，下面是某种单色光在光纤中的传播路径经过多次全反射后从右端射出。若该介质的折射率为，则关于的大小，下列判断正确的是（　　）
A．<60° B．<30°
C．>30° D．<30°
7．下列说法中正确的是（　　）
A．光导纤维传送光信号是利用了光的折射现象
B．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的偏振现象
C．肥皂泡在阳光照耀下呈现彩色条纹是光的干涉现象
D．照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的衍射现象
8．下列说法正确的是
A．激光测距是应用了激光相干性好的特点
B．光导纤维传送图像信息利用了光的衍射原理
C．在双缝干涉实验中要使条纹变宽，可采用的办法是将入射光由绿光变为红光
D．A、B两种光从相同的介质入射到真空中，若A光的频率大于B光的频率，则逐渐增大入射角，B光先发生全反射
9．一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大
D．频率越大的光在光纤中传播的速度越大
E.若紫光以如图所示角度入射时，恰能在光纤中发生全反射，则改用红光以同样角度入射时，不能在光纤中发生全反射
10．如图所示，空气中有一横截面为半圆环的均匀透明柱体，其内圆半径为r，外圆半径为R，R=r。现有一束单色光垂直于水平端面A射入透明柱体，只经过两次全反射就垂直于水平端面B射出。设透明柱体材料的折射率为n，光在透明柱体内传播的时间为t，真空中的光速为c，则（　　）
A．n可能为 B．n可能为2 C．t可能为 D．t可能为
11．如图所示，是两面平行的透明玻璃砖，面和面平行，它们是玻璃和空气的界面，设为界面Ⅰ和界面Ⅱ，光线从界面Ⅰ射入玻璃砖，再从界面Ⅱ射出，回到空气中，如果改变光到达界面Ⅰ时的入射角，则（　　）
A．只要入射角足够大，光线在界面Ⅰ上就可能发生全反射现象
B．只要入射角足够大，光线在界面Ⅱ上就可能发生全反射现象
C．不管入射角多大，光线在界面Ⅰ上都不可能发生全反射现象
D．不管入射角多大，光线在界面Ⅱ上都不可能发生全反射现象
12．我们常说的“光纤通信”是利用了光的______原理。
13．判断下列说法的正误。
（1）入射角大于临界角就会发生全反射现象。（____）
（2）光密介质是指密度大的介质。（____）
（3）制作全反射棱镜的材料的折射率一定大于。（____）
（4）光导纤维的内芯是光密介质，外套是光疏介质。（____）
（5）光在光纤中传播时，在内芯与外套的界面上发生全反射。（____）
14．光导纤维
（1）原理：利用了光的______。
（2）构造：由内芯和外套两层组成．内芯的折射率比外套的______，光传播时在内芯与外套的界面上发生______。
（3）光导纤维除应用于光纤通信外，还可应用于医学上的内窥镜等。
（4）光纤通信的优点是传输容量______、衰减______、抗干扰性及保密性强等。
15．2020年11月6日消息，电子商务进农村实现对832个贫困县全覆盖，贫困村通光纤比例已达98%。如图所示，光导纤维的内芯是由某种透明介质制成的长直细圆柱体，某种单色光在介质中传输，经过多次全反射后从右端射出。若以全反射临界角传输的光线刚好从右端以张角2θ出射，光在真空中传播速度为c。求：
（1）此介质的折射率n；
（2）若此种光导纤维制成的光缆长为L，该种单色光传输的时间t。
16．与其他电信号传输系统相比，光纤具有哪些优势?请举例说明。
17．如图所示，光纤由折射率不同的内芯和包层构成，光以入射角i从光纤的端面入射，并能在内芯中传播。内芯的折射率与包层的折射率哪个更大?入射角可以是任意值吗?为什么?
18．如图为光导纤维（可简化为长玻璃丝）的示意图，玻璃丝长为，折射率为，代表端面。为使光能从玻璃丝的端面传播到另一端面，求光在端面上的入射角应满足的条件。
参考答案
1．A
【详解】
AB．设光导纤维长为l，对红光而言
红光通过光导纤维路程
红光的光速为
因此所用时间
整理得
同理绿光通过光导纤维所用时间
因此
A正确，B错误。
CD．红光在内芯中的传播速度v1与绿光在内芯中的传播速度v2之比
CD错误。
故选 A。
2．C
【详解】
A B．光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理，所以内芯的折射率大于外套的折射率，在端面不可能发生全反射，故AB错误；
C．根据可知，不同频率的可见光在同一介质中折射率不同，传播速度不同，故所用时间也不同，故C正确；
D．红光临界角大于紫光临界角，红光恰能发生全反射，紫光更能发生全反射，可以从一端入射到另端射出，故D错误。
故选C。
3．B
【详解】
A．当增大激光的强度时，不会改变光在水流中的入射角，光在水流中仍不会发生全反射，故A错误；
B．当向瓶内加一些清水，则从孔中射出的水流速度会变大，水流轨迹会变得平直，激光在水和空气界面处的入射角会变大，则会有大部分光会在界面处发生全反射，这种现象相当于光导纤维的导光现象，故B正确；
CD．若改用频率更低的激光或者折射率更小的液体，只能增大临界角，光从水中射向空气的入射角仍小于临界角，出现折射现象，故CD错误。
故选B。
4．D
【详解】
A．光纤通信利用了光的全反射现象，故A错误；
B．发生全反射时，折射光线完全消失，故B错误；
CD．光只有从光密介质射向光疏介质，且入射角大于等于临界角时，才能发射全反射，光从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射，故C错误，D正确。
故选D。
5．A
【详解】
AB．根据折射定律得
则光在有机玻璃中传播的速度为
故A正确，B错误；
C．根据
得
C=arcsin0.625
故C错误；
D．当光线与光导纤维平行时，传播的时间最短，则传播的时间
故D错误。
故选A。
6．C
【详解】
AB．根据全反射的条件可知，，而

则
C=60°
则
>60°
选项AB错误；
CD．光线从端点能射出，则由
其中i<90°
解得
>30°
选项C正确，D错误。
故选C。
7．C
【详解】
A．光导纤维传送光信号是利用了光的全反射现象，A错误；
B．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉现象，因为空气薄层两表面的反射光，频率相同，能够发生稳定干涉，形成干涉条纹，B错误；
C．肥皂泡内外表面反射光频率相同，能够发生稳定干涉，产生彩色的干涉条纹，C正确；
D．增透膜的内外表面反射光频率相同，产生干涉，叠加后增强光的强度，利用的是光的干涉现象，D错误。
故选C。
8．C
【详解】
A．由于激光的平行性好，激光传播很远的距离后仍能保持一定的强度，常用来精确测距离，A错误；
B．用光导纤维束传送图像信息，这是光的全反射的应用，B错误；
C．在双缝干涉实验中，条纹间距
要使条纹变宽，可以增大l、减小d或将入射光由波长较短的绿光变为波长较长的红光，C正确；
D．频率越大的光，折射率越大，全反射临界角越小，所以A、B两种光从相同的介质入射到真空中，若A光的频率大于B光的频率，则逐渐增大入射角，A光先达到临界角而发生全反射，D错误。
故选C。
9．ACE
【详解】
AB．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A正确，B错误；
CD．波长越长的光，频率越小，介质对它的折射率n越小，根据公式
光在光纤中传播的速度越大， C正确，D错误；
E．根据
知，折射率越大，全反射临界角越小，红光的折射率小，则全反射临界角大，若紫光恰能发生全反射，则红光不能发生全反射，E正确。
故选ACE。
10．AB
【详解】
AB．只经过两次全反射可知第一次入射角为，反射光路图如图所示
根据全反射可知临界角，再根据
可知，故AB正确；
CD．光在透明柱体中运动路程为，运动时间为
则，故CD错误。
故选AB。
11．CD
【详解】
AC．在界面Ⅰ上，光由空气进入玻璃砖，是由光疏介质进入光密介质，不管入射角多大，都不能发生全反射现象，则A错误，C正确；
BD．在界面Ⅱ上，光由玻璃砖进入空气，是由光密介质进入光疏介质，但是，由于界面Ⅰ和界面Ⅱ平行，光由界面Ⅰ进入玻璃砖后再到达界面Ⅱ上的入射角等于在界面Ⅰ上的折射角，因此光在界面Ⅱ上的入射角总是小于全反射临界角，故不会发生全反射现象，则B错误，D正确。
故选CD。
12．全反射
【详解】
我们常说的“光纤通信”是利用了光的全反射原理。
13．错误 错误 错误 正确 正确
【详解】
略
14．全反射 大 全反射 大 小
【详解】
略
15．（1）；（2）
【详解】
（1）依题意，画出光路图如图所示
由光的折射定律得
又
联立解得：
（2）单色光在介质中的速度为
在传输方向上的分量为
因此传输的时间为
16．见解析
【详解】
与其他电信号传输系统相比，光纤通讯的优势包括：传输频带宽、通讯量大、传输损耗低、中继距离长；线径细、重量轻；抗干扰能力强、抗腐蚀能力强、保密性强等优点。
17．内芯的折射更大；入射角不可以是任意的，原因见解析
【详解】
因为光线在光纤内芯中会发生全反射，所以包层折射率比内芯折射率小；
入射角不可以是任意值，如图所示，入射角i越大，端面处的折射角越大，又满足
可知，越大，越小，当小于临界角时，光会在内芯和包层处发生折射，从而导致光信号泄露。
18．
【详解】
光路如图，有
，，
解得

当入射角越小，则在A面上越容易发生全反射，所以应该保证：