2017-2018学年物理 1.2 全反射 光导纤维同步练习 新人教版选修2-3.doc

1.2全反射光导纤维同步练习一、单选题1. 下列说法中正确的是()A. 分别用蓝光和红光在同一装置上做双缝干涉实验，蓝光的条纹间距宽B. 光纤通信利用了全反射的原理C. 肥皂泡呈现彩色条纹是由光的折射现象造成的D. 动车组高速行驶时，在地面上测得车厢的长明显变短【答案】B【解析】解：A、双缝干涉实验中条纹间距与波长成正比，由于红色光的波长比蓝色光的波长大，所以相邻红光干涉条纹间距大于相邻紫光干涉条纹间距，故A错误；B、光纤通信利用了全反射的原理，故B错误；C、肥皂泡呈现彩色是光在前后膜的反射光叠加产生的干涉形成的，故C错误；D、根据狭义相对论可知，当列车的；速度接近光速时，沿着速度方向长度才明显变短.故D错误；故选：B2. 两种单色光由玻璃射向空气时发生了全反射，临界角分别为1、2，且12.n1、n2分别表示玻璃对这两种单色光的折射率，v1、v2分别表示这两种单色光在玻璃中的传播速度，则()A. n1n2，v1v2B. n1v2C. n1n2，v1n2，v1v2【答案】B【解析】解：根据光的全反射，临界角与折射率的关系，sin=1n，则有n=1sin因12，故n1n2；又v=cn，n1v2.只有B正确，ACD错误故选B 3. 如图所示，细束光经玻璃三棱镜折射后分解为互相分离的a、b、c三束单色光.比较a、b、c三束光，可知()A. 若它们都能使某种金属产生光电效应，c光照射出光电子的最大初动能最大B. 当它们在真空中传播时，a光的速度最大C. 分别用这三种光做光源，使用同样的装置进行双缝干涉实验，a光的干涉条纹中相邻亮纹的间距最小D. 若它们都从玻璃射向空气，c光发生全反射的临界角最大【答案】A【解析】解：A、由图看出，c光的偏折程度最大，则c光的折射率最大，其频率最大，根据光电效应方程知EKm=hvW0，则c光照射出的光电子最大初动能最大.故A正确B、在真空中各种色光传播的速度相等.故B错误C、a光的折射率最小，波长最长，而干涉条纹的间距与波长成正比，则使用同样的装置进行双缝干涉实验，a光的干涉条纹中相邻亮纹的间距最大.故C错误D、根据临界角公式sinC=1n，知c光的临界角最小.故D错误故选A4. 潜水员在水深为h的地方向水面张望，发现自己头顶上有一圆形亮斑，如果水对空气的临界角为C，则此圆形亮斑的直径是()A. 2htanCB. 2hsinCC. 2htanCD. 2hsinC【答案】A【解析】解：在圆形亮斑边缘从空气射入水中的光线，折射角的大小等于临界角C，如图所示，由几何知识可知：此圆形亮斑的直径是d=2r=2htanC 故选：A5. 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【答案】A【解析】解：A、图中的景物在水中的像是反射光线反向延长线相交形成的虚像，不是实际光线会聚而成的，故A正确。B、发生全反射的必要条件是光从光密介质射入光疏介质，可知，景物发出的光在平静的湖面上不能发生全反射，而发生了反射，所以景物在水中的像看起来很亮，故B错误。C、从相机中看不见湖面下物体的原因，不是由于湖面下物体发出的光在湖面发生了全反射，而光线在湖面上发生了反射，故C错误。D、如果摄影师向湖面靠近，根据反射定律知，反射光线可能射不到相机中，则从相机中可能看到湖面下的物体，故D错误。E、如果摄影师远离湖面，根据反射定律知，反射光线可能射不到相机中，则从相机中能看到湖面下的物体。故E错误。故选：A。6. 1966年华裔科学家高锟博士提出一个理论：直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来做为光的波导来传输大量信息，43年后高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖，他被誉为“光纤通讯之父”.以下哪个实验或现象的原理和光导纤维是相同的() A. 图甲中，弯曲的水流可以导光B. 图乙中，用偏振眼镜看3D电影，感受到立体的影像C. 图丙中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色D. 图丁中，白光通过三棱镜，出现色散现象【答案】A【解析】解：A、图甲中，弯曲的水流可以导光是因为光在水和空气界面上发生了全反射现象，故与光导纤维原理相同，故A正确；B、图乙中，用偏振眼镜看3D电影，感受到立体的影像是因为光的偏振现象，故B错误；C、图丙中，阳光下的肥皂薄膜呈现彩色是因为光的干涉现象，故C错误；D、图丁中，白光通过三棱镜，出现色散现象是因为光发生了折射现象，故D错误故选：A明确各项中给出的光学现象，知道光导纤维进行光学通信所依据的物理原理是光的全反射本题考查光的全反射的运用，知道全反射的条件是光从光密介质进入光疏介质，入射角大于等于临界角.要明确光导纤维的原理和应用7. 用a、b两束单色光分别照射同一双缝干涉装置，在距双缝恒定距离的屏上得到如图示的干涉图样，其中甲图是a光照射时形成的，乙图是b光照射时形成的.则关于a、b两束单色光，下述正确的是()A. a光光子的能量较大B. 在水中a光传播的速度较大C. 若用a光照射某金属时不能打出光电子，则用b光照射该金属时一定打不出光电子D. 若将a、b两种色光以相同的入射角从水中射向空气，b光刚好发生全反射，则a光一定发生了全反射【答案】B【解析】解：A、根据双缝干涉相邻条纹间距公式x=Ld可得在其它条件不变的情况下，相干光的波长越大，条纹间距越大，由题图可知a光的波长大于b光的波长；根据光在真空中的传播速度C=，故a光的频率小于b光的频率，而光子的能量E=h，即频率越大光子的能量越大，故a光光子的能量较小，故A错误B、由于对于同一种介质，频率越小，折射率越小，故a光的折射率小于b光的折射率，根据n=CV可知a光在水中的传播速度较大，故B正确C、每种金属都具有极限频率，只有入射光的频率大于金属的极限频率时才能发生光电效应，用a光照射某金属时不能打出光电子说明a光的频率小于金属的极限频率，但不能确定b光的频率是否大于金属的极限频率，故D错误故选B二、多选题8. 黄、红、绿三种单色光以相同的入射角到达介质和空气的界面.若黄光恰好发生全反射，则()A. 红光一定能发生全反射B. 绿光一定能发生全反射C. 红光在介质中的波长比它在空气中的波长短D. 三种单色光相比，绿光在该介质中传播的速率最大【答案】ABC【解析】解：A、根据折射定律可知折射率最大的是绿光，最小的是红光，由临界角公式sinC=1n，临界角最小的是绿光，最大的是红光，由于黄光恰好发生全反射，所以入射角大于红光和绿光的临界角，因此红光和绿光一定发生光的全反射，故AB正确C、由v=与v=Cn可得，同种光，介质折射率越大的，波长越小，所以红光在介质中的波长比它在空气中的波长短，故C正确D、由v=Cn可知，折射率越大的传播速度越小，所以绿光在介质中的传播速率最小，故D错误故选：ABC9. 如图所示，a，b为两束不同频率的单色光，以45的入射角射到玻璃砖的上表面，直线与玻璃砖垂直且与其上表面交于N点，入射点A、B到N点的距离相等.经玻璃砖上表面折射后两束光相交于图中的P点，则下列说法正确的是() A. a光在玻璃砖中的折射率大于b光在玻璃砖中的折射率B. 在玻璃中，a光的传播速度大于b光的传播速度C. 增大入射角(入射角始终小于90)，则a光在玻璃砖的下表面先发生全反射D. 对同一双缝干涉装置，a光的干涉条纹比b光的干涉条纹间距大【答案】BD【解析】【分析】由图看出折射角的大小关系，由折射定律判断折射率的大小，由v=cn分析光在玻璃中速度关系.根据光路可逆性原理分析光线能否在下表面发生全反射.折射率越小，波长越长，由公式x=Ld分析干涉条纹的宽度大小。根据光路图正确判断光的折射率大小，然后根据折射率、波长、频率、光速等之间的关系进行求解，这些知识点是对学生的基本要求，平时要加强练习。【解答】A.根据题图，在入射角相同的情况下，b光的折射角小，b光的折射率大，故A错误；B.根据v=cn，b光折射率大，所以在玻璃中的传播速度小于a光，故B正确；C.玻璃的两个表面平行，无论怎么改变入射角，根据光路可逆性知，两束光都不会发生全反射，故C错误；D.a光的折射率小，波长长，根据x=Ld，可得a光条纹间距宽，故D正确。故选BD。10. 在光纤制造过程中，由于拉伸速度不均匀，会使得拉出的光纤偏离均匀的圆柱体，而呈现圆台形状(如图所示)。已知此光纤长度为L，圆台对应底角为，折射率为n，真空中光速为c。现光从下方垂直射入下台面，则()A. 光从真空射入光纤，光子的频率不变B. 光通过此光纤到达小截面的最短时间为LcC. 从上方截面射出的光束一定是平行光D. 若满足sin1n，则光在第一次到达光纤侧面时不会从光纤侧面射出【答案】AD【解析】解：A、光子的频率由光源决定，与介质无关，所以光从真空射入光纤，光子的频率不变。故A正确。B、光通过此光纤到达小截面的最短距离为L，光在光纤中的传播速度v=cn，则光通过此光纤到达小截面的最短时间为t=Lv=nLc，故B错误。C、通过光纤侧面全反射后再从上方截面射出的光束与垂直射出上方截面的光束不平行，故C错误。D、设临界角为C，则sinC=1n.到达光纤侧面光线入射角等于，当C，即有sin1n，则光在第一次到达光纤侧面时发生全反射，不会从光纤侧面射出，故D正确。故选：AD。11. 用同一光电管研究a、b两种单色光产生的光电效应，得到光电流I与光电管两极间所加电压U的关系如图.则这两种光()A. 照射该光电管时a光使其逸出的光电子最大初动能大B. 从同种玻璃射入空气发生全反射时，a光的临界角大C. 通过同一装置发生双缝干涉，a光的相邻条纹间距大D. 通过同一玻璃三棱镜时，a光的偏折程度大【答案】BC【解析】解：A、由光电效应方程12mvm2=hW0，由题图可得b光照射光电管时使其逸出的光电子最大初动能大，b光的频率大，波长小，故A错误；B、b光的频率大，在玻璃中的折射率nb大，由C=arcsin1n可知：从同种玻璃射入空气发生全反射时，b光的临界角小，a光大，故B正确；C、发生双缝干涉时，x=dL，b光波长小，相邻条纹间距b光小，a光大，故C正确；D、在玻璃中的折射率nbna，b光的偏折程度大，故D错误故选BC12. 下述现象哪些是由于全反射造成的()A. 露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下格外明亮B. 烈日下飞机看起来有时特别刺眼C. 用光导纤维传输光信号、图象信号D. 在盛水玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管，看到试管壁特别明亮【答案】ACD【解析】解：A、露水珠或喷泉的水珠，在阳光照耀下在部分位置发生全反射，所以格外明亮，故A正确；B、飞机在阳光下作特技飞行时，有时会看到飞机变得非常明亮，是由于光的反射形成的.故B错误；C、由于光导纤维能全反射，故用来传输光信号、图象信号.故C正确；D、盛水的玻璃杯中放一空试管，用灯光照亮玻璃杯侧面，在水面上观察水中的试管，看到试管壁特别明亮，是由于发生了全反射.故D正确；故选：ACD三、计算题13. 如图所示为一直角三棱镜的截面，B=90，A=60，现有一束单色光垂直照射到AC面上，从O点进入，经AB面反射，在BC面上折射光线与入射光线的偏向角为30求棱镜对光的折射率；试证明光在AB面上会发生全反射【答案】解：光经AB面反射，在BC面上的折射与反射光路如图所示，由几何关系可知，光在BC面上的入射角i=30 由于在BC面上折射光线与入射光线的偏向角为30，因此光在BC面上的折射角为r=60由折射定律得n=sinrsini=sin60sin30=3由几何关系可知，光在AB面的入射角为60，光从棱镜进入空气发生全反射的临界角的正弦为sinC=1n=33C，因此光线在AB面上会发生全反射答：棱镜对光的折射率是3.见解析【解析】作出光线经AB面反射，在BC面上的折射与反射的光路图，由几何关系可求得光在BC面上的入射角，结合偏向角求得光在BC面上的折射角，从而求得折射率光从棱镜进入空气发生全反射的临界角为C时，有sinC=1n，求临界角C，将光在AB面上的入射角与C比较分析本题是几何光学问题，作出光路图是解题的关键之处，再运用几何知识求出入射角、折射角，即能很容易解决此类问题14. 如图所示，一条长度为L=5.0m的光导纤维用折射率为n=2的材料制成.一细束激光由其左端的中心点以=45的入射角射入光导纤维内，经过一系列全反射后从右端射出.求：(1)该激光在光导纤维中的速度v是多大？(2)该激光在光导纤维中传输所经历的时间是多少？【答案】解：(1)如图所示，n=2的材料制成，其左端的中心点以=45的入射角射入，由折射定律，则有：sinAsin2=n，解得：2=30，所以c=60而有：sin=1n，得：=45，能发生光的全反射现象，由于AFAC=cos2=32，而光在玻璃中传播的速度为：v=cn=31082m/s2.12108m/s；(2)则光沿着轴线的方向的速度为；由上分析可得，光从A点射入到从B点射出所经历的时间为：；解得：t=2.72108s.答：(1)该激光在光导纤维中的速度是2.12108m/s；(2)激光在光导纤维中传输所经历的时间是2.72108s。【解析】(1)由题，单色光从左端中点A射入恰好能在纤维中发生全反射，则有sinc=1n。(2)根据折射定律，结合入射角=45，求出光在A点的折射角2。(3)根据几何知识求出光线在光纤中通过的路程，由v=cn求出光在光纤中传播的速度，再求解光从A点射入到从B点射出所经历的时间t。本题考查对“光纤通信”原理的理解，利用全反射的条件求出入射角和折射角正弦，由数学知识求出光在光纤中通过的路程与L的关系，再所用的时间。15. 如图，ABC是一直角三棱镜的横截面，A=90，B=60.一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出，EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点。不计多次反射。(i)求出射光相对于D点的入射光的偏角；(ii)为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？【答案】解：(i)由于D是CG的中点，GEAC，根据几何关系可得：光束在D点发生折射时的折射角为D=30；那么，根据几何关系可得：在E点的入射角、反射角均为D+30=60；在F点的入射角为F=30；那么，设入射角为D，可得：折射角F=D，故出射光相对于D点的入射光的偏角为60D+F=60；(ii)由E点反射角为60可得：EF/BC；故根据D点折射角为D=30可得：棱镜折射率n1sin30=2；根据光束在E点入射角为60，发生全反射可得：n1sin60=233，故棱镜折射率的取值范围为233n2；答：(i)出射光相对于D点的入射光的偏角为60；(ii)为实现上述光路，棱镜折射率的取值范围为233n2。【解析】(i)根据几何关系得到D点折射角，从而得到E点入射角、反射角、F点入射角；再根据折射率相等得到D点入射角和F点折射角，从而求得偏角；(ii)根据光在D、F发生折射，由折射角求得折射率的最大值；根据光在E点发生全发射，由入射角求得折射率的最小值，即可得到折射率的范围。光的折射率n=1sinC，故折射率越大，临界角越小；故发生全反射，入射角不小于临界角，求得折射率的下限；发生折射，折射角不大于临界角，求得折射率的上限。