2021学年4.2 全反射与光导纤维同步测试题

4.2全反射与光导纤维基础巩固2021—2022学年高中物理沪教版（2019）选择性必修第一册

一、选择题（共15题）

1．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正确的是（　　）

A．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

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

2．已知一束单色光在水中的速度是真空中的3/4, 则(    )

A．这束光在水中的波长为真空中的3/4 B．这束光在水中的频率为真空中的3/4

C．对这束光, 水的折射率为3/4 D．从水中射向水面的光线, 一定可以进入空气

3．光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成，如图所示，一复色光以入射角θ0射入光导纤维后分为a、b两束单色光，a、b两单色光在内芯和外套界面发生全反射，下列说法正确的是（　　）

A．内芯折射率小于外套的折射率

B．a光光子的能量大于b光光子的能量

C．在内芯介质中单色光a的传播速度比b大

D．入射角由θ0逐渐增大时，b光全反射现象先消失

4．一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光，光路如图所示，比较内芯中的a、b两束光，a光的（　　）

A．频率小，发生全反射的临界角小

B．频率大，发生全反射的临界角小

C．频率小，发生全反射的临界角大

D．频率大，发生全反射的临界角大

5．如图所示，MN是位于竖直平面内的光屏，放在水平面上的半圆柱形玻璃砖的平面部分ab与屏平行．由光源S发出的一束白光沿半圆半径射入玻璃砖，通过圆心O再射到屏上．在水平面内以O点为圆心沿逆时针方向缓缓转动玻璃砖，在光屏上出现了彩色光带．当玻璃砖转动角度大于某一值，屏上彩色光带中的某种颜色的色光首先消失．有关彩色的排列顺序和最先消失的色光是    （　　）

A．左红右紫，红光 B．左红右紫，紫光

C．左紫右红，红光 D．左紫右红，紫光

6．如图所示为一正六边形棱镜的截面图，其边长为L，光源S发出的光从AB边上的A点与垂直于AB边的法线呈角入射，AF边不透光，S距A点的距离为L，光线穿过棱镜后从ED边上D点射出，再传播到接收点M，CD边不透光，D距M点的距离仍为L，由此下列说法正确的是（　　）

A．出射光线DM与入射光线SA不平行

B．玻璃的折射率为

C．光在空气中SA和在玻璃中AD传播的时间比为

D．保持S光源和六边形位置不变，入射光线入射角增大到B点过程中，在AB边上能出现全反射现象

7．频率不同的两束单色光1和2均以45°角从同一点射入一厚玻璃砖，其光路如图所示。下列说法正确的是（　　）

A．在玻璃砖中单色光1的波长大于单色光2的波长

B．在玻璃砖中单色光1的传播速度小于单色光2的传播速度

C．光从玻璃砖射向空气发生全反射时，单色光1的临界角大于单色光2的临界角

D．单色光1通过玻璃砖所需的时间小于单色光2通过玻璃砖所需的时间

8．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，。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，设透明柱体的折射率为 n，光在透明柱体内传播的时间为t，若真空中的光速为c，则（　　）

A．n可能为 B．n可能为2

C．t可能为 D．t可能为

9．如图所示，圆心为O、半径为R的半圆形玻璃砖置于水平桌面上，光线从P点垂直界面入射后，恰好在玻璃砖圆形表面发生全反射；当入射角时，光线从玻璃砖圆形表面出射后恰好与入射光平行。已知真空中的光速为c，则（　　）

A．玻璃砖的折射率为1.5

B．之间的距离为

C．光在玻璃砖内的传播速度为

D．光从玻璃到空气的临界角为30°

10．如图为某摄影师用相机抓拍到的某旅游景区的照片，对该照片和摄影师拍摄过程中涉及的光学知识，下列理解正确的是________。

A．图中的景物在水中的像不是实际光线会聚而成的

B．由于景物发出的光在平静的湖面上发生全反射，所以景物在水中的像看起来很亮

C．从相机中看不见湖面下物体的原因，可能是湖面下物体发出的光在湖面发生了全反射

D．如果摄影师向湖面靠近，从相机中仍不能看到湖面下的物体

E.如果摄影师远离湖面，从相机中一定看不到湖面下的物体

11．如图所示，三角形 ABC 为某透明介质的横截面，O 为 BC 边的中点，∠BAO 为θ。位于截面所在平面内的一束光线以角 i 入射，第一次到达 AB 边恰好发生全反射。则该介质的折射率 n 为（  ）

A． B．

C． D．

12．如图所示，扇形AOB为透明玻璃砖截面示意图，圆心角∠AOB=60°，OM为∠AOB的角平分线，平行于OM的单色光在空气中由OA边射入玻璃砖，经OA面折射后的光线恰平行于OB面。则下列说法正确的是（　　）

A．该玻璃砖的折射率为

B．经OA面折射后的光线射到AMB面都将发生全反射

C．该入射光在空气中的波长与在玻璃砖中的波长相等

D．该入射光在空气中的频率与在玻璃砖中的频率不相等

13．光在某种介质中传播的速度为，那么，光从此介质射向空气并发生全反射的临界角应为

A． B． C． D．

14．如图所示，半径为12cm的半圆形透明柱体与屏幕MN接触于B点，MN垂直于直径AB，一单色光a以入射角53°射向圆心O，反射光线b与折射光线c恰好垂直。已知光在真空中的传播速度为3×108m/s，则下列说法正确的是（　　）

A．柱体的折射率为 B．两个光斑之间的距离为20cm

C．增大光束a的入射角，可以在O点发生全反射 D．光在介质中的传播速度v=2.25×108m/s

15．如图所示，折射率为的三棱镜，横截面为直角三角形ABC，∠A=90°，∠B=30°，D为AB边上一点，且xBD=2xDA。一束平行光平行于BC从AB边射入三棱镜，光在真空中传播的速度为c。下列说法正确的是（　　）

A．光在AB边的折射角为30°

B．光在三棱镜中的传播速度为c

C．光从BD之间入射，能从BC边射出

D．光从AD之间入射，能从AC边射出

二、填空题（共4题）

16．如图所示，在研究光的全反射实验中，一束单色光沿半圆形玻璃砖的半径方向射向玻璃砖与空气的分界面，不考虑反射，当入射角为30°时，测得折射角为θ，改变入射角，当入射角为θ时，恰好发生全反射。则光发生全反射的临界角C= ___________，玻璃的折射率n= ___________，光在玻璃中的传播速度v=___________（空气中的光速等于真空中的光速c）。

17．如图是高速公路上的反光柱，它的反光材料主要由里面充有空气的小玻璃球组成。当光射向玻璃球时，光可在玻璃球的______(填“内表面”或“外表面”)发生全反射，因为当光线从______(选填“光疏介质”或“光密介质”)射到两种介质的界面上时，如果入射角大于临界角，就会发生全反射。

18．测定玻璃的折射率。取一块半圆形玻璃砖，O点为圆心，一束红色激光从左侧圆面对准圆心O进入玻璃砖，最初入射光线垂直于玻璃砖右侧平面，如图中实线所示。保持入射光方向和O点位置不变，让玻璃砖绕O点沿逆时针方向缓慢旋转，当转过θ角时（图中虚线位置），折射光线消失。则玻璃对红光的折射率n= _____．若换绿色激光重复上述实验，则折射光线消失时，玻璃砖转过的角度θ′____  θ（选填“>”、“=”或“<”）。

19．（1）在“测定玻璃折射率”的实验中，根据测得的入射角和折射角的正弦值画出的图线如图所示。当光线由玻璃砖射入空气时，全反射临界角的正弦值是___________；从图线可知玻璃砖的折射率是___________。

（2）水面上水波的速度跟水深度有关，其关系式为，式中h为水的深度，g为重力加速度。如图甲所示是某水域的剖面图，A、B两部分深度不同，图乙是从上往下俯视，O点处于两部分水面分界线上，M和N分别处在A和B两区域水面上的两点。t=0时刻O点从平衡位置向上振动，形成以O点为波源向左和向右传播的水波，可看作是简谐横波。t=2.5s时O点第二次到达波峰，此时M点第一次到达波峰。已知B区域水波振幅为A=5cm，水深为m，OM间距离为4.0m，ON间距离为3.0m，g=10m/s2求：

①A区域的水深hA___________；

②N点在t=3s时的振动方向___________及它在t=0至t=3s时间内的位移___________；

③t=10s时，处在B水域水面上的Q点（图中未标出）处于波峰，且OQ间只有一个波峰，则Q点在t=0至t=10s时间内振动的路程是多少___________？

三、综合题（共4题）

20．如图，三角形ABC为直角棱镜的横截面，∠A=30°，∠C=90°。平行于AC的单色细光束从左侧射到AB面上的O点时，从BC面上的P点（未画出）射出，测得BO1=BP。不考虑光在棱镜中的多次反射；

（1）求棱镜的折射率。

（2）若将该光束向下平移，从AB面上的O2点（AO2<AB）入射，求光射出棱镜时的出射角。

21．如图所示，在墙角放置一足够厚的玻璃砖。为玻璃砖的横截面，点靠墙，为的中点，边的边长为。，。有一束直径为的圆形平行光从射入玻璃砖，在边刚好发生全反射。

(1)求玻璃砖对该光束的折射率；

(2)光束透过玻璃砖后在墙面上形成光斑的面积（已知：椭圆面积公式为，、分别为半长轴、半短轴）。

22．某精密光学仪器上有一块玻璃砖是由一块长方体的匀质玻璃下部分挖掉一个半径为R的半圆柱形成的，其截面如图所示，CD为半圆柱体的直径，O为圆心，AD长为。一束单色光从AD边的中点E垂直射入玻璃砖，经过折射后从玻璃砖中射出。已知玻璃砖对该单色光的折射率为，光在真空中的传播速度为c。

①请画出此光束在玻璃砖中的光路图，并求出该单色光从进入玻璃砖到第一次射出玻璃砖时的折射角；

②该单色光从进入玻璃砖到第一次射出玻璃砖所经历的时间。

23．如图是一个用折射率的透明介质做成的四棱柱的横截面图，其中，，现有一束光从图示的位置垂直入射到棱镜的面上，画出光路图，确定射出光线。注意：每个面的反射光线和折射光线都不能忽略。

参考答案

1．D

2．A

3．C

4．C

5．B

6．C

7．B

8．B

9．C

10．ACE

11．B

12．A

13．C

14．D

15．A

16．45°           

17．内表面    光密介质   

18．    <   

19．    1.5    0.40m    在平衡位置向上振动    0m    0.65m   

20．（1）；（2）AC平行或者垂直于BC

21．（1）；（2）

22．①如图所示，θ=60°；②

23．