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1、粤教版（2019）选择性必修一 4.3光的全反射与光纤技术一、单选题 1光纤在现代通信中有着巨大作用，如图所示，由透明材料制成的光纤纤芯折射率大 于包层折射率，若纤芯的折射率为竹，包层材料的折射率为“2,则当光由纤芯射向包n层时，发生全反射的临界角C满足sin C = r。若光纤纤芯的半径为,并设光垂直于n1端面沿轴入射，为保证光信号一定能发生全反射，则在铺设光纤时，光纤轴线的转弯 半径不能超过（ ）An 一 n12Bn 一 n12C（n 一 1）ain 一 n12D（n 一 1）a2n 一 n122一束包含各频率成分的激光同时进入光导纤维传播，下列说法正确的是（ ）A. 传播激光信号的光导纤
2、维内芯折射率比外套的低B. 各频率成分的激光束通过光导纤维后频率会降低C. 各频率成分的激光束在光导纤维传播过程中前端部分频率更高D. 各频率成分的激光束在光导纤维传播过程中前端部分波长更长3如图所示，平行玻璃砖置于空气中，一束由两种单色光组成的复色光斜射到上表A. b光光子的能量大于a光光子的能量B. a光在玻璃中的传播速度大于b光在玻璃中的传播速度C. 增大入射角0, a光先从玻璃砖下表面消失D. b光比a光更容易发生明显的衍射现象4.如图所示为单反照相机取景器的示意图，五边形ABCDE为五棱镜的一个截面,ABDBC。光线垂直AB射入，且只在CD和EA上各发生一次反射，两次反射的入射角相等
3、，最后光线垂直 BC 射出。若两次反射都为全反射，则该五棱镜折射率的最小sin 45sin 22.5C1n = cos 22.5D1n =cos 455光束射向棱柱，则下列说法中错误的是如图所示，五棱柱ABCDE的折射率n =运，瞄准AB面中点且与AE面垂直的细激B. 没有光从AB面射出C. 有光垂直于BC面射出D. 从DE面射出的光，是从同一点向两个方向，且均与DE面成45角射出6. 等腰直角三角形ABC为某三棱镜的横截面，口0=90。一束红、蓝混合的复色光从 AB边射入，从BC边射出，分成红、蓝两束，如图所示。保持在AB边的入射点不 变，逐渐减小入射角Z,当i=i1时，照射到BC边M点的蓝
4、光从BC边右侧消失；当 i=i2时，照射到BC边N点的红光也从BC边右侧消失（M、N点在图中均未画出）。下试卷第2页，共9 页列说法正确的是（ ）B红蓝ACA.棱镜对蓝光的折射率等于sin2_+lB 棱镜对红光和蓝光的折射率之比等于严n I +1sin2 i +1iC. M和N到C的距离相等D. M到C的距离小于N到C的距离7. 为了测定某上表面平整的透明胶状介质的折射率，往该介质中垂直插入一长h = 4cm的细铁丝，在介质上表面以细铁丝为圆心，用墨水涂出一个半径r = 3cm的A. 2B.C.D.8. 某同学用插针法测量平行玻璃砖折射率的实验图如图所示。他按正确的方法插了大头针a、b、c、d
5、。则下列说法正确的是（）npz QA. 实验中，入射角应适当大些B. 该同学在插大头针d时，只要使d挡住c的像C. 若入射角太大，光会在玻璃砖内表面发生全反射D. 该实验方法只能测量平行玻璃砖的折射率9单镜头反光相机简称单反相机，它用一块放置在镜头与感光部件之间的透明平面镜 把来自镜头的图像投射到对焦屏上。对焦屏上的图像通过五棱镜的反射进入人眼中。如图为单反照相机取景器的示意图，ABCDE为五棱镜的一个截面，AB丄BC，光线垂 直AB射入，分别在CD和EA上发生反射，且两次反射的入射角相等，最后光线垂直BC射出。若两次反射都为全反射，贝9该五棱镜折射率可能是（已知sin22.5J 0.38，C
6、2.0D1.5102021年 12月 9日，我国神舟十三号乘组航天员翟志刚、王亚平、叶光富在空间站进行了太空授课。如图甲所示，王亚平在水球里注入一个气泡，观察水球产生的物 理现象。课后小明同学画了过球心的截面图，如图乙所示，内径是凡外径是8凡假 设一束单色光（纸面内）从外球面上A点射入，光线与AO直线所成夹角z=30，经折 射后恰好与内球面相切。已知光速为6则（ ）A. 单色光在材料中的折射率为门B. 单色光在该材料中的传播时间为空空9cC. 只要调整好A点射入的单色光与AO直线的夹角，就能够在内球面发生全反射试卷第4页，共9 页D. 只要调整好A点射入的单色光与AO直线的夹角，就能够在外球面
7、发生全反射11.如图所示，两束单色光a和b从水中射向水面的O点，它们进入空气后的光合成A.在水中时a光和b光的传播速度相同B.两束光在从水进入空气时频率均变小一束光c。根据这一现象可知()C.从水中射向空气时，a光全反射的临界角比b光小D.真空中a光的波长比b光长 12为观察光的传播现象，一同学用半圆柱形玻璃砖进行实验。半圆柱形玻璃砖的横 截面如图所示，底面BD竖直，此时右侧光屏与BD平行。一束白光从玻璃砖左侧垂直 于BD射到圆心O上，在光屏上C点出现白色亮斑。使玻璃砖底面绕O逆时针缓慢转过角度0 (0090。)，观察到屏上的白色亮斑在偏离C点的同时变成下紫、上红的彩沿光屏向下移动，紫光最先消
8、失A色光斑。在 0角缓慢变大的过程中，光屏上的彩色光斑()B沿光屏向下移动，红光最先消失C沿光屏向上移动，紫光最先消失D沿光屏向上移动，红光最先消失13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。光导纤维可看成一段直线，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A正确的是( )B波长越长的光在光纤中传播的速度越小C频率越大的光在光纤中传播的速度越大D.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14如图所示光导纤维的长度为厶某种频率的光在其中
9、的折射率为，若有各种入射方向的该频率的光照射到此光导纤维一端的横截面上，认为自另一端射出的光在此光导纤维传播的过程中都发生全反射，已知光在真空中的传播速度为c,自另一端射出d. cn2A. n2Lb. nLc.厶ccnc15图示为半圆柱体玻璃的横截面OBCD , OD为直径。一束复色光沿AO方向从真空 射入玻璃，光线分别从B、C点射出。下列说法正确的是（）A. 光线的频率v vBCC. 光线在玻璃中传播时间t = tOB OCD. 增大复色光入射角，光线将会在半圆面上发生全反射二、填空题16.如图所示，一横截面为半圆柱形的玻璃砖，圆心为O,半径为R.某一单色光垂直于直径方向从A点射入玻璃砖，折
10、射光线经过P点，OP与单色光的入射方向平R_行，且A到O的距离为-，P到O的距离为p3r,则玻璃砖对单色光的折射率为.若另有折射率n=2的单色光仍沿原方向从A点射入该玻璃砖，则单色光第一 次到达玻璃砖面上（填“能”或“不能”）发生全反射.17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45。，则内芯的折射率为(结果可用根号表示)。18在 2021年12月 9日
11、的天宫课堂中，三位航天员观察到水球中的气泡特别亮，这是因为光在气泡表面发生了现象。如图所示，水的折射率为，发生这个现象的条件是sinO (填“ ”或* ”)丄。水相对空气是介质(填“光密”或n“光疏”)。19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。三、解答题20.某同学通过实验测定半圆柱形玻璃砖的折射率，如图甲所示，O为圆心，AO为 半径，长为人。一束极细的光垂直MN照射到半圆柱上。(1
12、) 改变入射光的位置，测出多组入射光线和法线ON的夹角i,折射光线和法线ON 的夹角尸，作出sinisin尸图像如图乙所示，求该玻璃的折射率n。(2) 平行光垂直MN照射到半圆柱上，光线到达左侧圆弧面后，有部分光线能从该表 面射出，求能射出光线对应入射光在底面上的最大半径为多少？(不考虑光线在透明 物体内部的反射。)NE0.6O0图乙图甲03 0*6 0*9 sin r21.如图所示，等腰直角三棱镜ABC, 条光线从斜面AB垂直射入。4(1) 若n= 3，求出光线从BC面射出时的折射角正弦值；(2) 如果光线不从AC、BC面射出，求三棱镜的折射率至少为多大?22. 某透明介质的横截面如图所示，
13、ABEF为直角梯形，ZA = 30。，ZABE = 90。，AB边2 1的长度为a，DQE是半径为丄a的丁圆弧。现有一单色细光束以45。入射角从P点射44入透明介质，射到AB面发生反射，然后到达圆弧面上的Q点时恰好发生全反射。已 知介质的折射率n =还，光在真空中的速度为c,求：(1) P点到AB面的距离h；(2) 该光线从P点传播到Q点的时间toEQP5ABD23. 某公园人工湖畔的夜晚灯光五彩缤纷。如图平静湖面下有一盏灯S (视为点光源)，灯S安装在一轨道装置上，且在M点的正下方，游客眼睛恰好位于岸边水面P点正上方1.8m的高度处，水面上Q点处有一浮标（点状物），Q点是水面上尸M两点连线的
14、中点，PM两点间距4.8m，此时游客发现灯光刚好被浮标挡住，已知水的折射4率n = 3。（sin37。= 0.6，sin53。= 0.8）（1）求灯S离水面的深度h（2）如果让灯S沿轨道缓慢向右移动，要使灯发出的光恰好无法从水面P、Q间射出，求该灯应向右移动的距离。（取白=2.65 ）24. 内径为尸，外径为J2r的透明匀质半球壳折射率n=2，其截面示意图如图所示。 现将点光源分别放在球心O处和P处，P在。点正上方内壳上，如果光在界面上发生 折射则不考虑光的反射，已知光在真空中的传播速度为c。若点光源放于O点处，求光线射出球壳的时间；若点光源放于P点处，求截面上可观察到的球壳外表面发光区域的弧长。参考答案：1A解析】详解】光线的临界态是光垂直端面从内芯的轴线上入射时，在上表面发生全反射，光路如图，则sin C =sin C = -2ni解得R =空n 一 n12故选 A。2C【解析】【详解】A. 光纤通信的原理是光的全发射，光导纤维内芯的折射率比外套的大，A错误；B. 光从一种介质射入另一种介质时，频率不变，各频率成分的激光束通过光导纤维后频率不
