这是一份【备战2022】高考物理选择题专题强化训练：光导纤维
【备战2022】高考物理选择题专题强化训练：光导纤维 一、单项选择题（共18小题；共72分）1. 光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播，以下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，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射 B. 内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面发生全反射 C. 内芯的折射率比外套的小，光传播时在内芯与外套的界面发生折射 D. 内芯的折射率与外套的相同，外套的材料有韧性，可以起保护作用 2. 光导纤维的结构如图所示，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播。以下关于光导纤维的说法正确的是 A. 内芯的折射率比外套大，光在内芯与外套的界面发生全反射 B. 内芯的折射率比外套小，光在内芯与外套的界面发生全反射 C. 内芯的折射率比外套小，光在内芯与外套的界面发生折射 D. 内芯的折射率与外套相同，外套材料有韧性，可以起保护作用 3. 2008 年北京奥运会上，光纤通信覆盖了所有奥运场馆为各项比赛提供安全可靠的通信服务，光导纤维由内芯和外套两层组成，光从一端进入，从另一端传出，下列说法正确的是 A. 内芯的折射率小于外套的折射率 B. 增大光在端面的入射角，在端面处可能发生全反射 C. 不同频率的可见光从同一根光导纤维的一端传输到另一端所用的时间不相同 D. 若红光以如图所示的角度入射，恰能在内芯和外套界面上发生全反射，则改用紫光以同样角度入射时，在内芯和外套界面上将不会发生全反射 4. 如图所示，S 为位于泳池底部的一点光源，当泳池注入部分水时，从泳池上方观察发现，被光源照亮的水面为一直径等于 d 的圆形区域，若想让被照亮区域的面积增大，则可采取的方法是 A. 向泳池外抽水，减小水深 B. 将点光源换成频率更高的单色光 C. 将水换成折射率比水大的某种液体 D. 将水换成折射率比水小的某种液体 5. 如图，边长为 L 的正方体玻璃砖，折射率 n=1.5，玻璃砖的中心有一个小气泡。自正方体外向内观察气泡，正方体表面能看到气泡范围的面积为 A. 15πL2 B. 25πL2 C. 45πL2 D. 65πL2 6. 光在科学技术、生产和生活中有着广泛的应用，下列说法错误的是 A. 在光导纤维束内传送图象利用了光的全反射现象 B. 激光全息照相利用了激光的相干性 C. 光学镜头上的增透膜利用了光的干涉现象 D. 用透明的标准平面样板检查光学平面的平整程度利用了光的偏振现象 7. 关于光纤的说法，正确的是 A. 光纤是由高级金属制成的，所以它比普通电线容量大 B. 光纤是非常细的特制玻璃丝，但导电性能特别好，所以它比普通电线衰减小 C. 光纤是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外套两层组成，光纤是利用全反射原理来实现光的传导的 D. 在实际应用中，光纤必须呈笔直状态，因为弯曲的光纤是不能传导光的 8. 下列选项为光线由空气进入全反射玻璃棱镜再由棱镜射入空气的光路图.可以发生的是 A. B. C. D. 9. 自行车尾灯采用了全反射棱镜的原理，它虽然本身不发光，但在夜间行驶时，从后面开来的汽车发出的强光照在自行车尾灯上，会有较强的光被反射回去，使汽车司机注意到前面有自行车。尾灯由透明介质做成，其外形如图所示。下列说法中正确的是 A. 汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的左表面发生全反射 B. 汽车灯光应从左面射过来，在尾灯的右表面发生全反射 C. 汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的右表面发生全反射 D. 汽车灯光应从右面射过来，在尾灯的左表面发生全反射 10. 夏天雨后荷叶上的水珠看起来格外透亮，晶莹剔透，对这一现象有下列不同的解释，其中正确的是 A. 水珠对光有聚集作用，起到了类似凸透镜的作用，所以人看到的光很强，感觉很亮 B. 水珠对光有发散作用，所以人看到的光增多，感觉很亮 C. 光从水珠射向底下的荷叶时，在到达水与空气膜的交界处，一部分光发生了全反射 D. 从空气射向水珠时，在空气与水交界处一部分光发生了全反射 11. 海域夏天常会出现“海市蜃楼”奇观，这是由于光在大气中的折射和全反射使远处物体在空中形成的 A. 正立虚像 B. 倒立虚像 C. 正立实像 D. 倒立实像 12. 如图所示为光线由空气进入全反射玻璃棱镜、再由棱镜射入空气的光路图。下列情况可以发生的是 A. B. C. D. 13. 下列说法中正确的是 A. 阳光下玻璃的边缘呈现彩色；雨过天晴后，有时天空中会出现彩虹，这两种现象都是光的色散现象 B. 晴朗的天空呈现蓝色是因为阳光色散后只留下蓝色 C. 自行车的尾灯本身不发光，但晚上在汽车灯光照射下显得特别明亮，这是由于尾灯对光的色散引起的 D. 在湿热的夏天，从远处看雨后的公路表面会觉得特别亮，这是因为阳光在积水面上发生色散而形成的 14. 如图，一束光由空气射向半圆柱体玻璃砖，O 点为该玻璃砖截面的圆心，下图能正确描述其光路的是 A. B. C. D. 15. 雨后太阳光入射到水滴中发生色散而形成彩虹。设水滴是球形的，图中的圆代表水滴过球心的截面，入射光线在过此截面的平面内，a 、 b 、 c 、 d 代表四条不同颜色的出射光线，则它们可能依次是 A. 紫光、黄光、蓝光和红光 B. 紫光、蓝光、黄光和红光 C. 红光、蓝光、黄光和紫光 D. 红光、黄光、蓝光和紫光 16. 光导纤维由很细的内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯和外套的界面发生全反射，如图所示。为了研究简单，现设外套为空气，内芯的折射率为 n，一束光由空气射入内芯，在内芯与空气的界面恰好发生全反射。若光速为 c，则光通过长为 L 的光导纤维所用的时间为 A. Lc B. nLc C. n2Lc D. Lnc 17. 如图所示，一束白光以较大的入射角射到三棱镜的一侧面上，从三棱镜的另一侧面射出，在屏上形成从红到紫的彩色光带。光入射角逐渐减小时 A. 红光最先消失 B. 紫光最先消失 C. 红光和紫光同时消失 D. 红光和紫光都不会消失 18. 如图所示，一束白光从顶角为 θ 的棱镜的一个侧面 AB 以较大的入射角 θ1 入射，经过三棱镜后，在屏 P 上可得到彩色光带，当入射角逐渐减小到零的过程中，若屏上的彩色光带先后全部消失，则 A. 红光最先消失，紫光最后消失 B. 紫光最先消失，红光最后消失 C. 紫光最先消失，黄光最后消失 D. 红光最先消失，黄光最后消失 二、双项选择题（共9小题；共36分）19. 现有一三棱柱工件，由透明玻璃材料组成，如图所示，其截面 ABC 为直角三角形，∠ACB=30∘。现有一条光线沿着截面从 AC 边上的 O 点以 45∘ 的入射角射入工件，折射后到达 BC 边发生全反射，垂直 AB 边射出。已知 CO=13AC=L，下列说法正确的是 A. 光线在 AC 边的折射角为 30∘ B. 该透明玻璃的折射率为 2 C. 该光线在透明玻璃材料中发生全反射的临界角为 45∘ D. 光线在 BC 边的入射角为 30∘ 20. 如图所示，一细束白光通过玻璃三棱镜折射后分为各种单色光，取其中 a 、 b 、 c 三种色光，下列说法正确的是 A. 若 b 光为绿光，则 c 光可能为蓝光 B. a 、 b 、 c 三种色光在玻璃三棱镜中的传播速度依次越来越小 C. 若分别让 a 、 b 、 c 三色光通过同一双缝干涉装置，则 a 光形成的相邻干涉条纹的间距最小 D. 若让 a 、 b 、 c 三色光以同一入射角从某介质射向空气，b 光恰能发生全反射，则 a 光也一定能发生全反射 21. 光导纤维由折射率为 n1 的材料制成内芯，在外层包上折射率为 n2 的外套，光线在内芯与外套的界面上发生全反射.下列说法中正确的是 A. 内芯和外套的折射率应满足 n1>n2 B. 内芯和外套的折射率应满足 n1
vb D. a 、 b 入射角为 0∘ 时，没有光线射入空气中 24. 在沙漠中或大海上旅行，有时会看到前方或地平线上有高楼大厦或热闹的市场，实际上却什么也没有，这种现象叫做“海市蜃楼”。出现“海市蜃楼”的原因是 A. 光的全反射的缘故 B. 光从云层上反射的缘故 C. 光沿直线传播的缘故 D. 光在不均匀的大气层中不沿直线传播的缘故 25. 在光纤制造过程中，由于拉伸速度不均匀，会使得拉出的光纤不是均匀的圆柱体，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 θ，折射率为 n，真空中的光速为 c。现光从下方垂直射入下台面，则 A. 光从真空射入光纤，光的频率不变 B. 光通过此光纤到达小截面的最短时间为 Lc C. 从上台面射出的光束一定是平行光 D. 若满足 sinθ>1n，则光在第一次到达光纤侧面时不会从光纤侧面射出 26. 如图所示，一横截面为等腰三角形的玻璃砖，底角为 30∘，底边 BC 长为 2a，AP 与 BC 垂直，O 为 BP 中点。一细光束平行于 AB 边从 O 点由空气射入玻璃砖。已知玻璃砖对该光束的折射率 n=3，真空中光速为 c。则光束 A. 在 AC 边会发生全反射 B. 在玻璃砖中的波长为空气中的 3 倍 C. 在玻璃砖内传播的光程为 2a D. 从玻璃砖 BC 边射出的位置与 O 点的距离为 a 27. 固定的半圆形玻璃砖的横截面如图，O 点为圆心，OOʹ 为直径 MN 的垂线。足够大的光屏 PQ 紧靠玻璃砖右侧且垂直于 MN。由 A 、 B 两种单色光组成的一束光沿半径方向射向 O 点，入射光线与 OOʹ 夹角 θ 较小时，光屏 NQ 区域出现两个光斑，逐渐增大 θ 角，当 θ=α 时，光屏 NQ 区域 A 光的光斑消失，继续增大 θ 角，当 θ=β 时，光屏 NQ 区域 B 光的光斑消失，则 A. 玻璃砖对 A 光的折射率比对 B 光的大 B. A 光在玻璃砖中传播速度比 B 光的大 C. α<θ<β 时，光屏上只有 1 个光斑 D. β<θ<π2 时，光屏上只有 1 个光斑 三、多项选择题（共3小题；共12分）28. 如图所示，一玻璃球体的半径为 R，O 为球心，AB 为直径，在球的左侧有一竖直接收屏在 A 点与玻璃球相切。自 B 点发出的光线 BM 在 M 点射出，出射光线平行于 AB，照射在接收屏上的 Q 点。另一光线 BN 恰好在 N 点发生全反射。已知 ∠ABM=30∘，下列说法正确的是 A. 玻璃的折射率为 3 B. 光由 B 传到 M 点与由 M 传到 Q 点所需时间比为 23:1 C. 球心 O 到 BN 的距离为 33R D. 若 B 点处光源为红光光源，将其替换为绿光光源，则圆弧上恰好发生全反射的点 N 向左移动 29. 如图所示，一束平行光从真空垂直射向一块半圆形的玻璃砖的底面，下列说法正确的是 A. 只有圆心两侧一定范围内的光线不能通过玻璃砖 B. 只有圆心两侧一定范围内的光线能通过玻璃砖 C. 通过圆心的光线将沿直线穿过，不发生偏折 D. 圆心两侧一定范围外的光线将在半圆面处发生全反射 30. 某同学做“测定玻璃的折射率”实验时，用他测得的多组入射角 i 与折射角 r，作出 sini−sinr 图象如图所示。下列判断中哪些是正确的? A. 他做实验时，光线是由空气射入玻璃的 B. 玻璃的折射率为 0.67 C. 玻璃的折射率为 1.5 D. 玻璃临界角的正弦值为 0.67 答案第一部分1. A【解析】光导纤维的内芯折射率大于外套的折射率，光在由内芯射向外套时，在其界面处发生全反射，从而使光在内芯中传播，A对。2. A3. C【解析】光导纤维传递光信号利用了光的全反射原理，所以内芯的折射率大于外套的折射率，在端面不可能发生全反射，故A、B错误；根据 v=cn 可知，不同频率的可见光在同一介质中折射率不同，传播速度不同，故所用时间也不同，故C正确；红光临界角大于紫光临界角，红光恰能发生全反射，则紫光更能发生全反射，故D错误。4. D【解析】设临界角为 C ， h 为水的深度，水面上形成的光斑边缘光线恰好发生全反射，入射角等于临界角 C，根据几何关系知 tanC=d2h，向泳池外抽水，减小水深，临界角 C 不变，被光源照亮的水面的直径减小，被照亮区域的面积减小，故A错误。将点光源换成频率更高的单色光，水对光的折射率变大，根据 sinC=1n 知，临界角减小，根据 tanC=d2h 可知，被光源照亮的水面的直径减小，被照亮区域的面积减小，故B错误。根据 sinC=1n 可知，将水换成折射率比水大的某种液体，临界角 C 减小，根据 tanC=d2h 可知，被光源照亮的水面的直径减小，被照亮区域的面积减小；将水换成折射率比水小的某种液体，临界角 C 增大，根据 tanC=d2h 可知，被光源照亮的水面的直径增大，被照亮区域的面积增大，故C错误，D正确。5. D【解析】正方体每个面能看到气泡的范围为圆，设圆的半径为 r，光在玻璃砖表面发生全反射的临界角为 C，则有 sinC=1n=23，根据几何关系得 r=L2tanC，解得 r=55L，则正方体表面能看到气泡范围的面积为 S=6πr2=65πL2，故选D。6. D【解析】在光导纤维束内传送图象利用了光的全反射现象，A 正确，不符合题意；激光全息照相利用了激光的相干性，B 正确，不符合题意；光学镜头上的增透膜利用了光的干涉现象，C 正确，不符合题意；检查光学平面的平整程度利用了光的薄膜干涉现象，D 错误，符合题意。7. C【解析】光导纤维的作用是传导光，它是直径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝，且由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大。载有声音、图象及各种数字信号的激光传播时，在内芯和外套的界面上发生全反射，光纤具有容量大、衰减小、抗干抗性强等特点。在实际应用中，光纤是可以弯曲的。所以正确选项是C。8. A【解析】光垂直等腰直角三角形的某直角边射入玻璃棱镜时，在斜边发生全反射，故A正确.9. B10. C11. A12. A【解析】光垂直等腰直角三角形的某直角边射入玻璃棱镜时，在斜边发生全反射，故A正确。13. A14. A【解析】光的折射现象中，光疏介质中的角度比较大，光密介质中的角度比较小，选项C、D错误；光线由空气斜射向玻璃平面，一定会有折射光线，因此选项B错误；光线由玻璃斜射向空气在 O 点可能发生全反射，故选项A正确。15. B16. C【解析】一束光由空气射入内芯，在内芯与空气的界面恰好发生全反射，设临界角为 C，则光的传播方向与光导纤维之间的夹角为 90∘−C，光通过长为 L 的光导纤维时的路程 s=Lcos(90∘−C)=LsinC；内芯的折射率为 n，则光在光导纤维中的传播速度 v=cn，又由于 n=1sinC，所以光的传播时间 t=sv=LsinCcn=n2Lc，故选C17. B18. B【解析】依题意作出白光通过三棱镜的光路，如图所示可看出紫光的偏折最大，由全反射临界角公式 sinC=1n 知，紫光的临界角最小，所以紫光一定首先在 AC 面上发生全反射而从光屏上消失.由以上分析可知，屏上彩色光带中的紫光最先消失，后面依次是蓝、青、绿、黄、橙、红，选项B正确.第二部分19. A， C20. A， B【解析】由图知，a 光的偏折角最小，c 光的偏折角最大，则 a 光的折射率最小，c 光的折射率最大，由于绿光的折射率比蓝光的小，所以若 b 光为绿光，则 c 光可能为蓝光，A正确；a 光的折射率最小，c 光的折射率最大，由公式 v=cn 分析可知，a 、 b 、 c 三种光在玻璃三棱镜中的传播速度依次越来越小，B正确；a 光的波长最长，c 光的波长最短，由 Δx=Ldλ 可知，通过同一双缝干涉装置时，a 光形成的相邻干涉条纹的间距最大，C错误；a 光的折射率最小，c 光的折射率最大，由 sinC=1n 知，a 光的临界角最大，c 光的临界角最小，则若让 a 、 b 、 c 三色光以同一入射角从某介质射向空气，b 光恰能发生全反射，则 a 光一定不能发生全反射，D错误。21. A， D【解析】光导纤维内芯的折射率要大于外套的折射率，这样才能使光线发生全反射，但在界面上要发生全反射还需要在界面上的入射角大于或等于临界角，由几何关系知，光线在左端面的入射角越大，在界面处的入射角就越小.22. A， D23. B， C【解析】由图知，α<β，所以随着 a 、 b 入射角度的逐渐增加，折射角均增大，b 光的折射角先达到 90∘，即 b 光先发生全反射，故A错误。由于 α<β，由折射定律知，折射率 na 小于 nb，故B正确。由 v=cn 知，在水中的传播速度关系为 va>vb，故C正确。当 a 、 b 入射角为 0∘ 时，光线不偏折进入空气中。故D错误。24. A， D25. A， D【解析】光的频率由光源决定，与介质无关，所以光从真空射入光纤，光的频率不变，A正确。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。通过光纤侧面全反射后再从上台面射出的光束与垂直射出上台面的光束不平行，C错误。设光纤的临界角为 C，光第一次到达光纤侧面的入射角为 θ，则 sinC=1n，当 sinθ>1n 时有 θ>C，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，D正确。26. A， D27. A， D【解析】随入射角增大最先消失的是 A 光，所以 A 光的临界角小于 B 光的临界角，根据 sinC=1n 可知 nA>nB，选项A正确，B错误；反射光线从玻璃砖的右侧射出，在 NP 部分会一直有一个 AB 光重合的光斑，所以 α<θ<β 时，B 光不会发生全反射，在光屏上会有两个光斑，选项C错误； β<θ<π2 时，两种光都发生全反射，光屏上只有一个光斑出现在 NP 部分，选项D正确。第三部分28. A， C， D29. B， C， D【解析】垂直射向界面的光线不偏折，因而光束沿直线平行射到半圆面上，其中通过圆心的光线将沿直线穿过玻璃砖，不发生偏折，入射角为零。由中心向外的光线，在半圆面上进入真空时的入射角逐渐增大，折射角大于入射角，所以圆心两侧一定范围外的光线将在半圆面处发生全反射。30. A， C， D
