鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第4节 光导纤维及其应用测试题

4.4光导纤维及其应用同步练习2021—2022学年高中物理鲁科版（2019）选择性必修第一册

一、选择题（共13题）

1．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

2．如图所示,光线由空气射入半圆形玻璃砖,或由玻璃砖射入空气的光路图中,正确的是(玻璃的折射率为1.5)(　　)

A．图乙、丁 B．图甲、丁

C．图乙、丙 D．图甲、丙

3．如图所示为长直光纤的纵切面内层折射率为,外层折射率为为中轴线．光线自光纤左端进入,与中轴线夹角为,要使该光线总是发生全反射,应满足的条件是（     ）

A．角足够小

B．角足够大

C．角足够小

D．角足够大

4．下列说法正确的是（　　）

A．“光纤通信”利用了全反射的原理

B．在岸边观察水中的鱼，鱼的实际深度比看到的要浅

C．光由光疏介质射入光密介质时，折射角大于入射角

D．一切波都能发生干涉和衍射，但干涉和衍射不是波特有的现象

5．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。

6．下列说法中正确的是（  ）

A．在光导纤维束内传送图象是利用光的衍射现象

B．用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的衍射现象

C．全息照片往往用激光来拍摄，主要是利用了激光的相干性

D．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度

7．下列说法正确的是（　　）

A．一次闪电过后雷声能轰鸣不绝是波的干涉造成的

B．光导纤维传递信息利用了光的折射现象

C．围绕振动的音叉转一圈会听到忽强忽弱的声音是波的衍射造成的

D．雷达测速利用了多普勒效应

8．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

9．如图所示是两个城市间的光缆中的一条光导纤维，光纤长为，它的玻璃芯的折射率为，外层材料的折射率为，光在真空中的传播速度为。光由它的一端射入经多次反射后从另一端射出，则（　　）

A．，光从它的一端射入到从另一端射出所需的时间总等于

B．，光从它的一端射入到从另一端射出所需的时间最长为

C．，光从它的一端射入到从另一端射出所需的时间最长为

D．，光从它的一端射入到从另一端射出所需的时间总等于

10．有关光的应用，下列说法不正确的是（   ）

A．拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度

B．光学镜头上的增透膜是利用光的干涉现象

C．用三棱镜观察白光看到的彩色图样是光的折射形成的色散现象

D．在光导纤维束内传送图象是利用光的全反射原理

11．光纤主要由折射率较大的纤芯与折射率较小的外套组成。在光纤中传输的信号是脉冲光信号。当一个光脉冲从光纤中输入，经过一段长度的光纤传输之后，其输出端的光脉冲会变宽，这种情况较严重（脉冲变宽到一定程度）时会导致信号不能被正确传输。引起这一差别的主要原因之一是光通过光纤纤芯时路径长短的不同，如图所示，沿光纤轴线传输的光纤用时最短，在两种介质界面多次全反射的光线用时最长。为简化起见，我们研究一根长直光纤，设其内芯折射率为n1，外套折射率为n2。在入射端，光脉冲宽度（即光持续时间）为，在接收端光脉冲宽度（即光持续时间）为，且，则（　　）

A．为了保证光脉冲不从外套“漏”出，内芯和包套材料折射率的关系应满足：n1<n2

B．内芯材料的折射率n1越大，光脉冲将越不容易从外套“漏”出

C．为了尽可能减小和的差值，应该选用波长更短的光

D．光在内芯与包套界面处的临界角

12．光导纤维按沿径向折射率的变化可分为阶跃型和连续型两种。阶跃型的光导纤维分为内芯和外套两层，内芯的折射率比外套的大。连续型光导纤维的折射率中心最高，沿径向逐渐减小，外表面附近的折射率最低。关于光在连续型光导纤维中的传播，图中能正确表示传播路径的是（　　）

A． B． C． D．

13．以下说法正确的是（　　）

A．在摆角小于5°时单摆的周期与振幅无关

B．用三棱镜观察太阳光谱是利用光的干涉现象

C．在光导纤维束内传送图像是利用光的衍射现象

D．用标准平面检查光学平面的平整程度是利用光的偏振现象

二、填空题（共3题）

14．光纤通信技术是利用光导纤维传输信号，以实现信息传递的一种通信方式，某种光纤内部分为三层：中心高折射率玻璃芯，中层低折射率硅玻璃包层，外层是加强用的树脂涂层，当光从空气由光纤的端口进入内芯后，光的传播速度_________（选填“变大”“变小”或“不变”），若该种光纤的内芯在空气中发生全反射的临界角为，则内芯的折射率为___________（结果可用根号表示）。

15．光导纤维的用途很大，医学上将其制成______，用来检查人体内脏的内部；

实际的内窥镜装有两组光纤，一组______，另一组______；

光导纤维的用途很大，通过它可以实现______；

光纤通信的主要优点是______、______、______；

一路光纤的传输能力理论值为______，______；

虽然光纤通信的发展历史只有20多年的，但是发展的速度是惊人的。

16．我国的光纤通信技术处于世界领先水平。光纤内芯（内层玻璃）的折射率比外套（外层玻璃）的 ___________ （选填“大”或“小”）。某种光纤的内芯在空气中全反射的临界角为43°，则该内芯的折射率为 ___________ 。（sin 43°=0.68，cos 43°=0.73，结果保留2位有效数字）

三、综合题（共4题）

17．光导纤维的工作原理是什么？它是如何传导文字和图像的？

18．一光导纤维可简化为一长玻璃丝，如图所示，长为，折射率为，代表一端面．已知光在真空中的传播速度为。求光线从端面传播到另一端面所需的最长时间。

19．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。

20．如图所示，三棱镜的横截面为直角三角形，，。一束平行于边的光线自边的点射入三棱镜，在边发生反射后从边的点射出。若光线在点的入射角和在点的折射角相等。在三棱镜的边是否有光线透出？写出分析过程。（不考虑多次反射）

参考答案：

1．C

2．A

3．C

4．A

5．B

6．C

7．D

8．B

9．C

10．A

11．B

12．C

13．A

14．     变小    

15．     内窥镜     把光传送到人体内部进行照明     把体内的图像传出供医生观察     光纤通讯     容量大     衰减小     抗干扰能量强     二十亿路电话     一千万路电视

16．     大     1.5

17．

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。

18．

19．(1)；(2)

20．没有，

光路图如图所示

图中点为光线在边发生反射的入射点。设光线在点的入射角为、折射角为，在点的入射角为、折射角依题意也为，由几何关系得

由折射定律有

由可得

为过点的法线，为直角，，由几何关系有

由反射定律可知

联立可得

由几何关系得

联立可得

设在点的入射角为，由几何关系得

此三棱镜的全反射临界角满足

由可得

此光线在点发生全反射，三棱镜的边没有光线透出。