2020-2021学年第三节 光的全反射与光纤技术测试题

这是一份2020-2021学年第三节 光的全反射与光纤技术测试题，共20页。试卷主要包含了85μm的单色光等内容，欢迎下载使用。
1．如图所示，口径较大、充满水的薄壁圆柱形玻璃缸底有一发光小球，则（ ）
A．小球必须位于缸底中心才能从侧面看到小球
B．小球所发的光能从水面任何区域射出
C．小球所发的光从水中进入空气不会发生全反射
D．小球所发的光从水中进入空气后传播速度变大
2．如图所示的长玻璃体，AB面平行于CD面，端面AC与CD面的夹角为45°，玻璃的折射率n=。要使入射光从AC面进入玻璃并向另一端无损失地传输，则图中α角的范围应是（ ）
A．0°v
故D正确。
故选D。
2．B
【详解】
由于n=，要使入射光从AC面进入玻璃并向另一端无损失地传输，即光线在CD、AB面发生全反射，临界角
即
由
得
即
故选B。
3．B
【详解】
由题意可知，折射率，且
得临界角小于45°，由题图可知，光从空气进入棱镜．因入射角为0°，所以光线不偏折．当光从棱镜射向空气时，入射角等于45°，发生全反射，根据几何关系，结合光路可逆可知，出射光线是②，即平行于入射光线。
故选B。
4．B
【详解】
A．由几何知识得到激光束在在B点折射角
由
解得
解得
A错误；
B．由几何知识
激光束在玻璃球中传播的速度为
则此激光束在玻璃中穿越的时间为
B正确；
C．激光的频率由光源决定，与介质无关，所以该激光由真空射入玻璃球时频率不变，C错误；
D．发生全反射的条件是光从光密介质进入光疏介质，激光束从B点进入玻璃球时，是从光疏介质进入光密介质，无论怎样改变入射角，都不可能发生全反射，D错误。
故选B。
5．D
【详解】
AB．因为玻璃对a光的偏折程度大于b光，所以玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率，根据
可知，在玻璃中，a光的速度小于b光的速度，选项AB错误；
CD．根据
分析知，a光的临界角比b光的小，逐渐增大入射角，先达到a光的临界角，则a光最先发生全反射，故C错误，D正确；
故选D。
6．C
【详解】
AB．题图乙可知，当时发生全反射，则有
故AB错误；
C．甲中若减小入射角，根据折射定律和反射定律可知反射角和折射角都变小，则反射光线和折射光线之间的夹角将变大，故C正确；
D．减小入射角到0°时，不会发生折射现象，但是会有反射现象，所以光线不会全部从AB界面投射出去，故D错误；
故选C。
7．A
【详解】
由题，入射时光路图如图1所示，
由几何知识，可得如图1内角2θ=30°，可得θ=15°，所以
当光线入射恰好发生全反射如图2所示时，
由
可得
C=45°
平行光能射入气泡的半径
可得面积
故A正确，BCD错误；
故选A。
8．C
【详解】
AB．点光源S在距水面高H=3m处发出的光在观景台右侧面与水面交接处折射到水里时，被照亮的距离为最近距离AB，光路图如图所示，
由几何关系可得
故水的折射率为
故AB错误；
CD．点光源S接近水面时，光在观景台右侧面与水面交接处掠射到水里时，被照亮的距离为最远距离AC，此时入射角为90°，设折射角为C。
由折射定律得
解得
由几何关系可得
解得
故C正确，D错误。
故选C。
9．BC
【详解】
A．光从光疏介质射向光密介质不会发生全反射，故A错误；
B．由折射定律可得
则
因为i＜90°，所以
r＜45°
故B正确；
C．若r=30°，则
即
i=45°
故C正确；
D．当tan i=3时
则
所以i＋r≠90°，由几何关系可知两光线不垂直，故D错误。
故选BC。
10．AB
【详解】
AB．只经过两次全反射可知第一次入射角为45°，反射光路图如图所示：
根据全反射可知临界角
C≤45°
根据折射率
可知
n≥
故A、B正确；
CD．光在透明柱体中运动路程为
L=4r
运动时间为
则
t≥
故C、D错误。
故选AB。
11．ACD
【详解】
全反射的条件是光从光密介质射向光疏介质，折射率大的介质相对于折射率小的介质是光密介质，同一种光在不同介质中传播，传播速度小的介质相对于传播速度大的介质是光密介质。
故选 ACD。
12．ABC
【详解】
A．由于光的折射，当水中的潜水员斜向上看岸边的物体时，看到的物体的像比物体的实际位置高，选项A正确；
B．光纤通信是利用光的全反射原理来传递信息的，选项B正确；
C．在光的照射下，玻璃杯裂缝处看上去比周围明显亮，是由于光在裂缝处发生全反射，选项C正确；
D．海市蜃楼产生的原因是海面上方上层空气的折射率比下层空气的折射率小，选项D错误；
E．小孔成像是由于光的直线传播，E错误。
故选ABC。
13．ACD
【详解】
发生全反射的条件之一是光从光密介质射入光疏介质，光密介质折射率较大，光疏介质折射率较小，故ACD正确，BE错误。
故选ACD。
14．ACD
【详解】
A．由题意可知，射入O点的光线刚好在AB界面发生全反射，则此时的入射角等于临界角C，即C=45°，又
sinC=
解得
A正确；
B．由A选项分析可知，射入O点的光线是从界面AB射出的最左侧的光线，当射入透明介质的光线与半圆柱相切时，为在透明介质中射出的最右侧的光线，光路图如图所示，由折射定律得
解得
β=45°
CD两点之间的距离为
且此距离为光在透明介质中的最短距离，又由于光在该介质中的速度为
则光在介质中的最短时间为
B错误；
C．由半圆柱体最高点O′射入时，由几何关系可知入射角为45°，由折射定律
解得
r=30°
C正确；
D．由以上分析可知CE段射入透明介质的光能从界面AB射出，即入射光线占弧AO′B区域的，D正确；
E．OD段由光线射出，则由几何关系可知
E错误。
故选ACD。
15．AD
【详解】
A．由图和折射定律可知，玻璃砖对b的折射率大于a的，选项A正确；
BC．玻璃砖对b的折射率大于a的，所以b的频率高，由，可知在真空中，a光的波长大于b光的波长，选项BC错误；
D．由可知，a光的折射率小，所以a光发生全反射的临界角大，选项D正确。
故选AD。
16．（1）见解析；（2）大于或等于
【详解】
（1）要使光线在BC面发生全反射，光路图如图所示：
首先应满足
式中β为光线射到BC面的入射角；由折射定律得
两式联立得
（2）如果对于任意入射角的光线都能产生全反射，即都能产生全反射，则只有当
时才能满足上述条件，故
17．（1）1.56μm；（2）见解析
【详解】
（1）设信号频率为f，真空中的波长为λ0
c=λ0f
光在纤芯中的频率仍为f，波长为λ，则光在纤芯中的速度
v=λf
又
n=
可以得出
λ0=nλ=1.47×1.06μm≈1.56μm
（2）如果上行光信号和下行光信号的频率相同，将发生干涉现象而互相干扰。
18．(1)AM处的亮斑为红色，AN处的亮斑为红色与紫色的混合色；(2)
【详解】
(1)设红光和紫光的临界角分别为C1、C2，分别满足
解得
，
由题意可知
故紫光在AB面发生全反射，而红光在AB面一部分折射，一部分反射，且由几何关系可知，反射光线与AC垂直，所以在AM处产生的亮斑为红色，在AN处产生的亮斑为红色与紫色的混合色。
(2)光路如图所示
设红光的折射角为r，两个光斑分别为P1、P2，根据折射定律可得
解得
由几何知识可得
解得
由几何知识可得为等腰直角三角形，可知
所以两个亮斑间的距离为
19．(1)；(2)
【详解】
(1)作出光路如图所示
据几何关系可得
解得
该光在玻璃中的临界角C满足
可得
故光线在F点发生全反射，由图中几何关系可得
，
由G点光线第一次射出介质，由折射定律得
解得
(2)光在玻璃中传播速度为
由几何关系可得
，
所以光在介质中传播的时间为
代入数据解得
20．45°；能发生全反射；45°；能发生全反射