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 课时练（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 课时练（解析版）
1．关于光的现象，下列说法正确的是（　　）
A．某单色光从真空射入普通玻璃，光线传播速度将增大
B．光导纤维传输信号，应用了全反射原理
C．刮胡须的刀片的影子边缘模糊不清是光的干涉现象
D．在镜头前加装一个偏振片可以增强入射光的强度。
2．下列说法中正确的有（　　）
A．医院用的“CT”的工作原理是利用超声波的多普勒效应
B．将单摆从赤道移到北极，单摆周期将变大
C．光导纤维传递光信号是利用光的衍射原理
D．由我国“射电望远镜”接收到某遥远天体发出的光波的频率越来越小，可以判断此天体正远离地球
3．下列关于光学现象的说法正确的是（ ）
A．海市蜃楼是因为光的色散
B．雨后的彩虹是由于七色光对水滴的折射率不同发生了光的色散的结果
C．红光进入水中，其频率和传播速度都会变小
D．用于传输信号的光纤利用了光的全反射，且内芯的折射率要小于外套的折射率
4．下列说法中正确的是（　　）
A．用光导纤维束传送图像信息，这其中应用到了光的全反射现象
B．通过两支夹紧的笔杆间缝隙看发白光的灯丝能观察到彩色条纹，这是光的偏振现象
C．用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干涉现象
D．肥皂泡在阳光下出现彩色条纹，这是光的衍射现象
5．光导纤维由很细的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发生全反射，如图所示。为了研究简单，现设外套为空气，内芯的折射率为n，一束光线由空气射入内芯，在内芯与空气的界面恰好发生全反射。若光速为c，则光线通过边长为L的光导纤维所用的时间为（　　）
A． B． C． D．
6．下列说法中正确的是（　　）
A．图甲∶全息照片用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性
B．图乙∶医学上用光导纤维制成内窥镜来检查人体器官内部，这是利用光的衍射原理
C．图丙∶拍摄汽车玻璃窗内的物品时，在镜头前加一个增透膜可以减少反射光的损失
D．图丁∶在光的双缝干涉实验中，将入射光由红光改为蓝光，则条纹间距变宽
7．以下哪些现象是由光的全反射造成的（　　）
A．在岸上能看见水中的鱼 B．夜晚，湖面上映出了岸上的彩灯
C．夏天，海面上出现的海市蜃楼 D．用光导纤维传输光信号
8．下列说法正确的是（　　）
A．光导纤维传输信号是利用光的干涉现象
B．用三棱镜观测光谱是利用光的折射现象
C．一束单色光经由空气射入玻璃后速度不变，波长变短
D．光的干涉现象和光电效应都是光具有波动性的表现
9．如图所示，由某种透明介质制成的长直细圆柱体置于真空中．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出射，则此介质的折射率为（ ）
A． B． C． D．
10．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全反射现象
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．门镜可以扩大视野是利用了光的干涉现象
D．照相机镜头表面表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的衍射现象
11．下列说法中正确的是（　　）
A．新冠肺炎诊断中，要用X光扫描肺部，是因为在电磁波中X光的穿透能力最强
B．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片以减弱玻璃的反射光
C．泊松亮斑是光通过圆孔发生衍射时形成的
D．用光导纤维传播信号是利用了光的全反射
12．关于光的传播现象及应用，下列说法正确的是（ ）
A．一束白光通过三棱镜后形成了彩色光带是光的色散现象
B．光导纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大
C．海面上的海市蜃楼将呈现倒立的像，位置在实物的上方，又称上现蜃景
D．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
13．下列说法正确的是__________。
A．共享单车是“新四大发明”之一，手机和互联网、互联网和单车之间都是通过红外线传递信息的
B．高速运动的物体，沿运动方向的长度会变长
C．发生沙尘暴时能见度只有几十米，天空变黄发暗，这是因为发生沙尘暴时只有波长较长的一部分光才能到达地面
D．根据多普勒效应可以算出宇宙中的星球靠近或远离地球的速度
E.光纤通信、医用纤维式内窥镜都利用了光的全反射原理
14．关于光的叙述中，下面说法正确的是( )
A．激光能沿着弯曲的光导纤维传播，是利用了光的全反射原理
B．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化
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，若仅将入射光由蓝光改为黄光，则条纹间距变宽
15．角反射器是由三个互相垂直的反射平面所组成，入射光束被它反射后，总能沿原方向返回，自行车尾灯也用到了这一装置。如图所示，自行车尾灯左侧面切割成角反射器阵列，为简化起见，假设角反射器的一个平面平行于纸面，另两个平面均与尾灯右侧面夹角，且只考虑纸面内的入射光线。
(1)为使垂直于尾灯右侧面入射的光线在左侧面发生两次全反射后沿原方向返回，尾灯材料的折射率要满足什么条件？
(2)若尾灯材料的折射率，光线从右侧面以角入射，且能在左侧面发生两次全反射，求满足的条件。
16．如图所示，某L形透明材料的折射率n=2．现沿AB方向切去一角，AB与水平方向的夹角为θ．为使水平方向的光线射到AB面时不会射入空气，求θ的最大值．
17．如图，直角三角形ABC为一棱镜的横截面，∠A=90°，∠B=30°．一束光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜，然后垂直于AC边射出．
（1）求棱镜的折射率；
（2）保持AB边上的入射点不变，逐渐减小入射角，直到BC边上恰好有光线射出．求此时AB边上入射角的正弦．
18．2018年9月23日“光纤之父”华人科学家高琨逝世，他一生最大的贡献是研究玻璃纤维通讯。光纤在转弯的地方不能弯曲太大，如图模拟光纤通信，将直径为d的圆柱形玻璃棒弯成圆环，已知玻璃的折射率为，光在真空中的速度为c，要使从A端垂直入射的光线能全部从B端射出。求：
（1）圆环内径R的最小值；
（2）在①问的情况下，从A端最下方入射的光线，到达B端所用的时间。
19．光纤公司规定光纤内芯玻璃材料的折射率大于等于，在抽制光纤时为检测材料是否合格，将样品材料用模具制成半径为R的半圆柱体，如图所示．再用一束可以转动的光束OC沿截面半径射向材料的O点，当≤45°时屏上只有一个光点，就说明材料合格．
(1)写出质检人员推断的原理；
(2)写出公司规定“光纤内芯的玻璃材料折射率大于等于”的原因．
20．如图，在注满水的游泳池的池底有一点光源A，它到池边的水平距离为3.0 m．从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角，水的折射率为4/3．
（i）求池内的水深；
（ii）一救生员坐在离池边不远处的高凳上，他的眼睛到地面的高度为2.0 m．当他看到正前下方的点光源A时，他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45°．求救生员的眼睛到池边的水平距离（结果保留1位有效数字）．
参考答案
1．B
【详解】
A．某单色光从真空射入普通玻璃，因为玻璃是光密介质，则光线传播速度将减小，选项A错误；
B．光导纤维传输信号，应用了全反射原理，选项B正确；
C．刮胡须的刀片的影子边缘模糊不清是光的衍射现象，选项C错误；
D．拍摄玻璃橱窗内的物体时，往往在镜头前加装一个偏振片以减少反射光的透射。故D错误。
故选B。
2．D
【详解】
A．医院用的彩超的工作原理是利用超声波的多普勒效应，选项A错误；
B．将单摆从赤道移到北极，由于重力加速度变大，则由可知，单摆周期将变小，选项B错误；
C．光导纤维传递光信号是利用光的全反射原理，选项C错误；
D．根据多普勒效应，由我国“射电望远镜”接收到某遥远天体发出的光波的频率越来越小，可以判断此天体正远离地球，选项D正确。
故选D。
3．B
【详解】
A．“海市蜃楼”是因为光的折射原理导致的，故A错误；
B．雨后彩虹是太阳光传播中被空气中的水滴色散而产生的，是由于七色光对水滴的折射率不同发生了光的色散的结果，故B正确；
C．红光从空气进入水中后，其频率不变，根据传播速度会减小，故C错误；
D．用于传输信号的光纤利用了光的全反射的原理，要求光线从光密介质射向光疏介质，则光纤内芯的折射率比外套的折射率大，故D错误。
故选B。
4．A
【详解】
A．用光导纤维束传送图像信息，这其中应用到了光的全反射现象，选项A正确；
B．通过两支夹紧的笔杆间缝隙看发白光的灯丝能观察到彩色条纹，这是光的衍射现象，选项B错误；
C．用三棱镜观察太阳光谱是利用光的折射引起的色散现象，选项C错误；
D．肥皂泡在阳光下出现彩色条纹，这是光的干涉现象，选项D错误。
故选A。
5．C
【详解】
一束光线由空气射入内芯，在内芯与空气的界面恰好发生全反射，设临界角为C，则光的传播方向与光导纤维的方向之间的夹角为90°-C，光通过长度为L的光导纤维时的路程为

光导纤维的折射率为n，则光在光导纤维中的传播速度
又由于
所以光的传播的时间
故C正确，ABD错误。
故选C。
6．A
【详解】
A．全息照片往往用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性，体现光的干涉原理，故A正确；
B．医学上用光导纤维制成内窥镜，用来检查人体内脏器官的内部，它利用了光的全反射原理，故B错误；
C．往往在镜头前加一个偏振片，其偏振方向与反射光的振动方向垂直，从而减弱反射光的透射的强度，从而使玻璃后的影像清晰，不是减少反射光的损失，故C错误；
D．由知在光的双缝干涉实验中，把入射光由红光改为蓝光，条纹间距将变窄，故D错误；
故选A。
7．D
【详解】
A．在岸上能看见水中的鱼，是光的折射，A错误；
B．夜晚湖面上映出了岸上的彩灯，是光的反射，B错误；
C．夏天海面上出现的海市蜃楼，是光的折射产生的，C错误；
D．用光导纤维传输光信号，是利用了光的全反射原理，D正确。
故选D。
8．B
【详解】
A．光导纤维的内芯是光密介质，外层是光疏介质，光导纤维传输信号是利用光的全反射现象，故A错误；
B．用三棱镜观测光谱是利用光的折射现象，故B正确；
C．由于，一束单色光经由空气射入玻璃后速度变小，但是光频率不变，则波长变短，故C错误；
D．光的干涉现象是光具有波动性的表现，光电效应是光具有粒子性的表现，选项D错误。
故选B。
9．D
【详解】
设射出时的入射角为，根据折射定律：
由几何关系可得，发生全反射时入射角为：
根据以上几式，解得：
故D选项正确，ABC错误．
10．A
【详解】
A. 光导纤维传送光信号是利用了光的全反射现象，故A正确；
B. 标准平面检查光学平面的平整程度是利用了光的干涉，故B错误；
C. 门镜可以扩大视野是利用了光的折射现象，故C错误；
D. 照相机镜头表面涂上增透膜，以增强透射光的强度，是利用了光的干涉现象，故D错误；
11．BD
【详解】
A．医院用X光进行透视，是因为它是各种电磁波中穿透能力较强的，射线穿透能力最强，故A错误；
B．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加装一个偏振片，加偏振片的作用是减弱反射光的强度，从而增大透射光的强度，故B正确；
C．泊松亮斑是光通过不透明的小圆盘发生衍射时形成的；故C错误；
D．光导纤维是利用全反射来实现传播信号，故D正确；
故选BD。
12．AB
【详解】
A．白光是由七种单色光组成的，一束白光通过三棱镜后由于三棱镜对不同色光的折射率，偏折角不同，从而形成了彩色光带，这是一种光的色散现象，故A正确；
B．光导纤维是利用全反射原理制成的，对照全反射的条件可知内芯材料的折射率比外套材料的折射率大，才能发生全反射，故B正确；
C．海面上的海市蜃楼将呈现正立的像，位置在实物的上方，又称上现蜃景，故C错误；
D．光从一种介质进入另一种介质时，光的频率不变，即光的颜色不发生变化，故D错误。
故选AB。
13．CDE
【详解】
A．手机是通过电磁波传递信息的，故A错误；
B．根据相对论可知，高速运动的物体，沿运动方向的长度会变短，故B错误；
C．波长较短的光容易被障碍物挡住，不能到达地面，波长较长的光更容易发生衍射而透过沙尘间的缝隙到达地面，故C正确；
D．由于波源与接受者的相对位移的改变而导致接受频率的变化，称为多普勒效应，故根据多普勒效应，可以判断遥远天体相对于地球的运动速度，故D正确；
E．光纤通信、医用纤维式窥镜都利用了光的全反射原理，故E正确。
故选：CDE。
14．ABD
【详解】
A. 光导纤维是利用全反射来实现传播信号，故A正确；
B. 光是一种横波，光的偏振是光沿特定方向振动且与传播方向相垂直．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化．故B正确；
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错误；
D. 在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由蓝光改为黄光，波长变长，根据，则条纹间距变宽，故D正确．
15．(1)；(2)
【详解】
(1)垂直尾灯右侧面入射的光线恰好发生全发射时，由折射定律
①
解得
②
故尾灯材料的折射率
(2)尾灯材料折射率
其临界角满足
③
光线以角入射，光路如图所示

设右侧面折射角为，要发生第一次全反射，有
④
要发生第二次全反射，有
⑤
解得
⑥
由折射定律
⑦
解得
⑧
16．
【详解】
要使光线不会射入空气，即发生全反射，设临界角为C，即有：

由几何关系得：

联立解得： ．
17．（1）；（2）sin=
【详解】
（1）光路图及相关量如图所示．光束在AB边上折射，由折射定律得
…………①
式中n是棱镜的折射率．由几何关系可知
α+β=60°…………②
由几何关系和反射定律得
…………③
联立①②③式，并代入i=60°得
…………④
（2）设改变后的入射角为，折射角为，由折射定律得
…………⑤
依题意，光束在BC边上的入射角为全反射的临界角，且
…………⑥
由几何关系得
…………⑦
由④⑤⑥⑦式得入射角的正弦为
sin=…………⑧
18．（1）；（2）
【详解】
（1）从A端最下方入射的光线发生全反射时其他光线能发生全反射，根据几何关系得
设全反射临界角为C，则要使A端垂直入射的光线全部从B端射出，必须有 θ≥C，根据临界角公式有，因此有
sinθ≥sinC
即有
≥
解得
所以R的最小值为。
（2）在①问的情况下，θ=45°，。如图所示。
光在光纤内传播的总路程为
光在光纤内传播速度为
所以所求时间为
19．见解析．
【详解】
（1）光束CO射向O点后，同时发生折射和反射，在屏上出现P和Q两个光斑，减小θ时，r角逐渐变大，由 可知i角也增大；当r角增大到大于临界角时折射光线消失，屏上只有光斑P；由，因此在θ≤450时，屏上只有一个光斑，就说明材料是合格的；

（2）取一段光纤，若任意一束光DE从端面中心E点以α角入射，经端面折射后射向F点，若能在F点发生全反射，就可实现光信号的传输；
由知F点刚好发生全反射时
由：可得；
当α角接近900时折射光还能在F点发生全反射，需要
20．（i） （ii）0.7 m
【详解】
（i）如图，设达到池边的光线的入射角为i．依题意，水的折射率n=，光线的折射角θ=90°．
由折射定律有
nsin i=sinθ①
由几何关系有
sin i=②
式中，l=3 m，h是池内水的深度．联立①②式并代入题给数据得
h=m≈2．6 m③
（ii）设此时救生员的眼睛到池边的距离为x．依题意，救生员的视线与竖直方向的夹角为θ'=45°．由折射定律有
nsin i'=sin θ' ④
式中，i'是光线在水面的入射角．设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a．由几何关系有
sin i'=⑤
x+l=a+h' ⑥
式中h'=2 m．联立③④⑤⑥式得
x=(3–1)m≈0．7 m⑦
考点：光的折射定律