4.2全反射與光導纖維 專項測試（含解析）

試卷第=page11頁，共=sectionpages33頁4.2、全反射與光導纖維一、單選題1．醫(yī)學上，光導纖維可以制成內窺鏡，用來檢查人體胃、腸、氣管等器官的內部。內窺鏡有兩組光導纖維，一組用來把光輸送到人體內部，另一組用來進行觀察。光在光導纖維中的傳輸利用了（

）A．光的折射 B．光的衍射 C．光的干涉 D．光的全反射2．如圖所示，是空氣與某種液體的分界面，一束紅光由空氣射到分界面，一部分光被反射，一部分光進入液體中。當入射角是45°時，折射角為30°，則以下說法正確的是（）A．反射光線與折射光線的夾角為120°B．該液體對紅光的折射率為C．當紫光以同樣的入射角從空氣射到分界面時，折射角將小于30°D．該液體對紫光的全反射臨界角等于45°3．如圖所示為單反照相機取景器的示意圖，五邊形ABCDE為五棱鏡的一個截面，AB⊥BC。光線垂直AB射入，且只在CD和EA上各發(fā)生一次反射，兩次反射的入射角相等，最后光線垂直BC射出。若兩次反射都為全反射，則該五棱鏡折射率的最小值是（計算結果可用三角函數表示）（）A． B．C． D．4．如圖所示，光線由空氣透過半圓形玻璃磚，或光線由玻璃磚射入空氣的光路圖中，正確的是（玻璃的折射率為1.5）（

）A．圖乙、丙、丁 B．圖乙、丁C．圖乙、丙 D．圖甲、丙5．置于水平面上的長方體玻璃磚，折射率為。其俯視圖如圖所示，圖中P為固定在木板上且靠近ab面大頭針，PQ為垂直于ab的直線，若分別從另外三個側面觀察大頭針P的像，下列說法正確的是（）A．在ad面一側偏下的位置可以觀察到P的像B．dc面沿QP方向觀察到P的像離ab的距離比P離ab的實際距離近C．沿虛線PQ方向調整大頭針位置，bc面一側最終能觀察到P的像D．沿虛線PQ移動大頭針緊貼ab面，沿QP方向觀察到P的像的位置即大頭針實際位置6．空氣中兩條光線a和b從方框左側入射，分別從方框下方和上方射出，其框外光線如圖所示。方框內有兩個折射率n=1.5的玻璃全反射棱鏡。下列選項中給出了兩棱鏡四種放置方式的示意圖，其中能產生上述效果的是()A． B． C． D．7．一束光線由空氣射入截面為半圓形的玻璃磚，再由玻璃磚射出，入射光線的延長線沿半徑方向，則圖中的光路圖正確的是（

）A．①② B．②③ C．③④ D．①④8．一束含有兩種單色光的光線P，沿圖示方向射向半圓形玻璃磚的圓心O，折射后分成圖中的兩束光線，則下列說法中正確的（）A．在玻璃磚中傳播的速度a光比b光大B．a光頻率小于b光頻率C．玻璃對a光的折射率大于對b光的折射率D．若讓玻璃磚在紙面內繞O點逆時針轉動，b光先消失9．某透明介質的橫截面為半圓，一束平行單色光線垂直于半圓的直徑射入透明介質，如圖所示，在半圓弧上恰好有一半的弧長有光透出。則透明介質的折射率為（）A．3 B．2 C． D．10．下列說法正確的是（）A．一次閃電過后雷聲能轟鳴不絕是波的干涉造成的B．光導纖維傳遞信息利用了光的折射現象C．圍繞振動的音叉轉一圈會聽到忽強忽弱的聲音是波的衍射造成的D．雷達測速利用了多普勒效應11．如圖所示，真空中一半徑為R、質量分布均勻的玻璃球，頻率一定的細激光束在真空中沿直線傳播，于玻璃球表面的B點經折射進入小球，并在玻璃球表面的D點又經折射進入真空中，已知，玻璃球對該激光的折射率為，c為光在真空中的傳播速度，則下列說法中正確的是（）A．激光束在B點的入射角B．此激光束在玻璃中穿越的時間為C．光在穿過玻璃球的過程中頻率變小D．改變入射角的大小，細激光束可能在球表面B處發(fā)生全反射12．如圖所示，某透明介質的截面為直角三角形POQ，∠OPQ=30°。兩束同種平行單色光a、b相距L（小于OQ）從PQ邊沿垂直O(jiān)Q方向射入介質，最終都從OQ邊射出。該單色光對該介質的折射率為n=，已知光在真空中的傳播速度為c，下列說法正確的是（）A．兩單色光不可能從OQ邊上的同一個位置射出B．兩單色光都不可能在介質中發(fā)生全反射C．根據題中條件可求出單色光b在介質中的傳播時間D．根據題中條件可求出單色光a和b在介質中傳播的時間差13．如圖，半徑為R的玻璃球體，球心為O，AB為水平直徑，M點是玻璃球的最高點，光線BD從D點射出，出射光線平行于AB，已知∠ABD=，光在真空中的傳播速度為c，則（）A．此玻璃的折射率為2B．光線從B到D需用時C．若減小∠ABD，從AD段射出的光線仍平行于ABD．若增大∠ABD，光線不可能在DM段發(fā)生全反射現象二、多選題14．平行板玻璃磚橫截面如圖，上下表面足夠大，在該截面內有一束復色光從空氣斜射到玻璃磚的上表面，從下表面射出時分為a、b兩束光，則（）A．在玻璃中傳播時，a光的傳播速度較大B．分別通過同一雙縫干涉裝置，a光的相鄰亮條紋間距大C．以相同的入射角從水中斜射入空氣，a光的折射角大D．增大入射光在上表面的入射角，可能只有一種光從下表面射出15．如圖所示，一條光線從空氣中垂直射到棱鏡界面BC上，棱鏡的折射率為，這條光線離開棱鏡時與界面的夾角為（）A．30° B．45° C．60° D．90°16．如圖所示為雨后彩虹的原理圖，復色光經過球狀小水珠后，顏色被分開，形成a和b兩種顏色的光，圖乙是這兩種顏色的細光束平行入射到兩面平行的玻璃磚，ab兩束光之間的距離為d，下列說法正確的有（）A．甲圖中b光的折射率比a光的折射率大，b光進入水珠后可能發(fā)生全反射B．根據甲圖可知，看到的彩虹中a種顏色的光在b種顏色的光的上方C．圖乙中b光在PQ界面處可能發(fā)生全反射D．圖乙中這兩種顏色的光經過玻璃磚后從PQ射出時，兩光束之間的距離可能大于d三、填空題17．某介質對紅光的折射率為，紅光在該介質中的速度為,波長為，發(fā)生全反射的臨界角為，該介質對紫光的折射率為，紫光在該介質中的速度為,波長為，發(fā)生全反射的臨界角為，則____；____；1___；_____．（填,或）。18．光導纖維（1）原理：利用了光的______。（2）構造：由內芯和外套兩層組成．內芯的折射率比外套的______，光傳播時在內芯與外套的界面上發(fā)生______。（3）光導纖維除應用于光纖通信外，還可應用于醫(yī)學上的內窺鏡等。（4）光纖通信的優(yōu)點是傳輸容量______、衰減______、抗干擾性及保密性強等。19．如圖所示，一段橫截面為正方形的玻璃棒，中間部分彎成四分之一圓弧形狀，一細束單色光由MN端面的中點垂直射入，恰好能在弧面EF上發(fā)生全反射，然后垂直PQ端面射出。（1）則該玻璃棒的折射率n=________；（2）若將入射光向N端平移，當第一次射到弧面EF上時________（填“能”“不能”或“無法確定能否”）發(fā)生全反射。20．如圖所示，折射率為n=2的玻璃球半徑為R，O點為球心，現將玻璃球切掉一部分，形成一個球缺，球缺的高度為，與球缺橫截面積相同的均勻光柱垂直于界面射入球缺．則該光在玻璃球缺里發(fā)生全反射的臨界角C=_____．光第一次能從球缺上方的界面射出的光柱的截面積S=_________．四、解答題21．如圖所示，在透明均勻介質內有一個半徑為R的球狀空氣泡，單色平行光從左側水平射入，其中的一束細光束在A點以入射角從介質射入氣泡，射出氣泡時光線方向偏轉了不考慮多次反射的情況，求：（a）在圖中畫出一條光路，然后求氣泡外介質的折射率？（b）在介質中能射入氣泡的平行光的面積？22．如圖所示，橫截面為圓周的柱狀玻璃棱鏡AOB，有一束單色光垂直于OA面C點經玻璃磚AB面折射后與OB延長線相交于P點，已知玻璃磚半徑，CO之間的距離，P到O的距離。取，，，求：（1）該玻璃磚的折射率；（2）該單色光向A平移距離OB至少多遠時，它將不能從AB面直接折射出來。23．如圖所示，一細光束從空氣垂直射到直角三棱鏡的AB界面上，在BD界面的中點E發(fā)生全反射，并從AD界面射出（不考慮光束在AD界面上發(fā)生反射的光線），出射光線與BD界面平行。已知AB長為2L，∠A=90°，∠B=60°，光在真空中傳播速度為c，求：①棱鏡材料的折射率n；②光在棱鏡中傳播所用時間t。五、作圖題24．如圖是一個用折射率的透明介質做成的四棱柱的橫截面圖，其中，，現有一束光從圖示的位置垂直入射到棱鏡的面上，畫出光路圖，確定射出光線。注意：每個面的反射光線和折射光線都不能忽略。答案第=page11頁，共=sectionpages22頁答案第=page11頁，共=sectionpages22頁參考答案：1．D【解析】【詳解】光在光導纖維中傳播時，其入射角大于或等于臨界角，光線只能在光導纖維中傳播，折射不出去，是利用了全反射，光導纖維是利用光的全反射原理來傳輸信號，傳輸能量衰減小，故得到廣泛應用，故D正確。故選D。2．C【解析】【詳解】A．反射光線與界面夾角為45°，折射光線與界面夾角為60°，所以反射光線與折射光線的夾角為45°+60°=105°，不是120°，A錯誤；B．該液體對紅光的折射率為故B錯誤；C．同樣情況下，紫光折射率大于紅光折射率，所以當紫光以同樣的入射角從空氣射到分界面時，折射角將小于30°，C正確；D．根據該液體對紅光的全反射臨界角等于45°，而相同情況下，紫光折射率大于紅光，所以該液體對紫光的全反射臨界角小于45°3．A【解析】【詳解】設入射到CD面上的入射角為θ，因為在CD和EA上發(fā)生全反射，且兩次反射的入射角相等，如圖：根據幾何關系有4θ=90°解得θ=22.5°當光剛好在CD和AE面上發(fā)生全反射時，折射率最小，根據解得最小折射率為故A正確，BCD錯誤。故選A。4．B【解析】【詳解】光線由空氣進入玻璃磚中時，入射角大于折射角，由玻璃磚射入空氣時，入射角小于折射角，由臨界角計算公式得入射角50°大于臨界角，將發(fā)生全反射。ACD錯誤，B正確。故選B。5．B【解析】【分析】【詳解】AC．作出從ad面一側射出的光線如1圖中①所示當入射角i1接近90°時，折射角r最大，r的最大值約為所以r＜45°則由幾何知識得入射角i2＞45°，設臨界角為C，則所以C＜45°光線射到ad面上將發(fā)生全反射，所以在ad面一側偏下的位置不能看到P的像，同理在bc一側也觀察不到P的像，故AC錯誤；BD．作出從cd面一側射出的光線如圖③，則知在cd面一側偏右的位置可以看到P的像。根據作圖2知在dc面一側觀察到P的像離ab的距離比P離ab的距離近；由此可知沿虛線PQ移動大頭針緊貼ab面，沿QP方向觀察到P的像的位置不是大頭針實際位置，故B正確，D錯誤。故選B。6．B【解析】【詳解】玻璃折射率為，由臨界角公式得可得出玻璃磚的臨界角，則當光線垂直直角邊進入玻璃磚，射到斜邊上時入射角為45°，光線能發(fā)生全反射，故可知B圖可產生如圖所示的效果，故選B。7．D【解析】【分析】入射光沿半徑指向圓心，在玻璃磚的平直面上一定有反射，也可能有折射，若發(fā)生全反射，只有反射光線．光線從玻璃射入空氣時，折射角大于入射角．【詳解】①光線在玻璃磚的平直面上既有反射，又有折射，是可能的；②光線在玻璃的平直面上一定有反射，此圖不可能發(fā)生；③光線從玻璃射入空氣時，折射角應大于入射角．所以此圖不可能；④當入射角大于臨界角時，光線在玻璃的平直面上發(fā)生全反射，此光路是可能的．故①④可能發(fā)生，故應選D．【點睛】解答本題的關鍵是知道光線在透明介質的分界面上往往既有反射，又有折射，光從光密介質射入光疏介質，入射角大于臨界角時，會發(fā)生全反射．8．C【解析】【分析】【詳解】BC．從O點射出時，a光偏折程度較大，折射率較大，頻率較高，B錯誤，C正確；A．由可知，在玻璃磚中傳播的速度a光比b光小，A錯誤；D．由可知，a光的臨界角較小，若讓玻璃磚在紙面內繞O點逆時針轉動，a光先發(fā)生全反射，先消失，D錯誤。故選C。9．D【解析】【分析】【詳解】由題意可知，光線射入透明介質后，從圓弧面射出時，有部分光線發(fā)生全反射，因在面上恰好有一半的弧長透光，則恰好發(fā)生全反射時入射光對應的入射角為，公式故選D。10．D【解析】【詳解】A．閃電后雷聲轟鳴是聲音多次反射造成的，故A錯誤；B．光導纖維傳遞信息利用了光的全反射現象，故B錯誤；C．圍繞振動的音叉轉一圈會聽到忽強忽弱的聲音是波的干涉造成的，故C錯誤；D．雷達測速利用了多普勒效應，故D正確。故選D。11．B【解析】【分析】【詳解】A．由幾何知識得到激光束在在B點折射角由解得解得A錯誤；B．由幾何知識激光束在玻璃球中傳播的速度為則此激光束在玻璃中穿越的時間為B正確；C．激光的頻率由光源決定，與介質無關，所以該激光由真空射入玻璃球時頻率不變，C錯誤；D．發(fā)生全反射的條件是光從光密介質進入光疏介質，激光束從B點進入玻璃球時，是從光疏介質進入光密介質，無論怎樣改變入射角，都不可能發(fā)生全反射，D錯誤。故選B。12．D【解析】【詳解】AB．設a光在PQ上經折射后照在PO上的M點，只要OM距離合適，兩束單色光可在OQ邊上同一點N射出，畫出該情況下兩束光在介質中傳播的光路圖如圖，a光的入射角i=60°由折射定律可得折射角r=30°根據sinC=可知，臨界角C滿足30°<C<60°由幾何關系得d=60°，α>C所以a光在M點發(fā)生全反射，由幾何關系可得β=30°即a光最終從N點射出，選項AB錯誤；D．由n=可求出光在介質中的傳播速度v，根據幾何關系及L可求出兩束光在介質中傳播的距離差，由Δs=vΔt可得兩束光在介質中傳播的時間差，選項D正確；C．因b光在PQ上的入射點與Q間的距離未知，故不能求出b光在介質中的傳播距離，不能求出b光在介質中的傳播時間，選項C錯誤；故選D。13．B【解析】【詳解】A．如圖，由幾何知識可得入射角折射角則此玻璃的折射率為故A錯誤；B．BD長度光在玻璃球內傳播的速度光線從B傳到D的時間為故B正確；C．要使出射光線平行于AB，入射角必為30°，若減小∠ABD，入射角減小，則從AD段射出的光線與AB不平行，故C錯誤；D．由則臨界角所以若增大∠ABD，入射角能大于臨界角，光線可能在DM段發(fā)生全反射現象，故D錯誤。故選B。14．AB【解析】【詳解】A．光從空氣斜射到玻璃，因為玻璃上下表面平行，當第二次折射時折射光線與第一次折射入射光線平行。a光偏折較小，b光偏折較大。所以此玻璃對a光的折射率小于對b光的折射率，根據，則知在玻璃中傳播時，a光的傳播速度較大，故A正確；B．a光的折射率較小，頻率較低，波長較長，根據公式雙縫干涉條紋間距公式知，a光的相鄰亮條紋間距較大，故B正確；C．由于a光的折射率較小，折射時a光的偏折程度較小，則以相同的入射角由水中斜射入空氣，a光的折射角小。故C錯誤；D．由上知光射到玻璃磚下表面時的入射角等于上表面的折射角，由光路可逆原理可知光一定能從下表面射出，故D錯誤。故選AB。15．BD【解析】【詳解】因為棱鏡的折射率為，所以臨界角C應滿足sinC＝，所以C＝45°。作光路圖如圖所示。因光線從空氣中射到BC界面時入射角為零度，故進入BC面時不發(fā)生偏折，到AB面時由幾何關系知入射角i＝60°＞C故在AB面上發(fā)生全反射，反射光線射到AC面時，由幾何關系可知入射角α＝30°＜C所以在AC面上既有反射光線又有折射光線。由得，r＝45°所以該折射光線與棱鏡AC面夾角為45°；又因從AC面反射的光線第二次射到AB面上時，由幾何關系知其入射角為0°，所以從AB面上折射出的光線與AB界面夾角為90°。故選BD。16．BD【解析】【詳解】A．由圖可知，甲圖中b光折射程度大于a光，則b光的折射率比a光的折射率大；b光進入水珠是從光疏介質進入光密介質，不可能發(fā)生全反射，選項A錯誤；B．根據甲圖可知，看到的彩虹中a種顏色的光在b種顏色的光的上方，選項B正確；C．圖乙中b光在PQ界面處的入射角等于在MN界面的折射角，則不可能發(fā)生全反射，選項C錯誤；D．圖乙中兩束光經過玻璃磚后仍平行射出，如果a光的折射率大于b光，則這兩種顏色的光經過玻璃磚后從PQ射出時，兩光束之間的距離會大于d，選項D正確；故選BD.17．

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>【解析】【詳解】[1]在同一介質的可見光中，紅光到紫光，折射率依次增大，故有；[2]光從真空中進入介質中，光的頻率不變，根據光在介質中速度與折射率的關系可得光在介質中的波長