【备战2022】高考物理选择题专项练习集：光导纤维(成都专栏)

这是一份【备战2022】高考物理选择题专项练习集：光导纤维(成都专栏)，共15页。试卷主要包含了单项选择题，双项选择题，多项选择题等内容，欢迎下载使用。

一、单项选择题（共23小题；共92分）
1. 2020 年 5 月，我国第一台半导体激光隐形晶圆切割机研制成功。如图所示，两平行细激光束 a 、 b 射向空气中足够大的长方体透明材料的下表面，发现该材料的上表面只有一处有光线射出，则
A. 材料对激光 a 的折射率大于对激光 b 的折射率
B. 激光 a 的频率小于激光 b 的频率
C. 两束激光在材料的上表面发生了干涉
D. 有一束激光在材料的上表面发生了全反射

2. 一个等腰直角三棱镜的截面如图所示，一细束蓝光从 AC 面的 P 点沿平行底面 AB 方向射入棱镜后，经 AB 面反射，再从 BC 面的 Q 点射出，且有 PQ∥AB（图中未画光在棱镜内的光路）。如果将一细束绿光仍从 P 点沿平行底面 AB 方向射入三棱镜，则从 BC 面射出的光线
A. 仍从 Q 点射出，出射光线平行于 AB
B. 仍从 Q 点射出，出射光线不平行于 AB
C. 可能从 Qʹ 点射出，出射光线平行于 AB
D. 可能从 Qʺ 点射出，出射光线平行于 AB

3. 下列说法不正确的是
A. 图 1 为检验工件平整度的装置，利用了薄膜干涉的原理
B. 图 2 为光照射不透明小圆板得到的衍射图样
C. 图 3 中沙漠蜃景属于光的全反射现象，其产生的原因是沙漠上层空气的折射率比下层空气的折射率大
D. 图 4 的原理和照相机镜头表面加上增透膜的原理是不同的

4. 每年夏季，我国多地会出现日晕现象。日晕是当日光通过卷层云时，受到冰晶的折射或反射形成的。图甲所示为一束太阳光射到六角形冰晶时的光路图，a 、 b 为其折射出的光线中的两种单色光。下列说法正确的是
A. 通过同一装置发生双缝干涉，b 光的相邻条纹间距大
B. 在冰晶中，b 光的传播速度小
C. 从同种玻璃射入空气发生全反射时，a 光的临界角小
D. 照射同一光电管时，a 光使其逸出的光电子最大初动能大

5. 酷热的夏天，在平坦的柏油公路上，你会看到在一定距离之外，地面显得格外明亮，仿佛是一片水面，似乎还能看到远处车、人的倒影。但当你靠近“水面”时，它却随你靠近而后退。对此现象正确的解释是
A. 出现的是“海市蜃楼”，是由光的折射造成的
B. “水面”不存在，是由于酷热难耐，人产生的幻觉
C. 太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率大，发生全反射
D. 太阳辐射到地面，使地表温度升高，折射率小，发生全反射

6. 下列说法正确的是
A. 海市蜃楼是光发生干涉的结果
B. 照相机镜头的增透膜，应用了光的衍射原理
C. 用双缝干涉实验装置观察白光的干涉现象，中央条纹是红色的
D. 肥皂膜上看到的彩色条纹是膜的两表面反射光干涉的结果

7. 半圆形介质截面如图所示，O 为圆心，两束不同颜色的单色光 a 、 b 相互平行，从不同位置进入介质，其中单色光 a 入射方向正对圆心 O ， 单色光 b 的入射点位于圆心 O 的正上方。a 光线恰好在半圆形介质的底边发生全反射，且光线 a 的入射角为 45∘，则下列说法正确的是
A. 单色光 a 在介质中的折射率为 2
B. 单色光 b 比单色光 a 的频率大
C. 光线 b 在介质中的折射角可能小于 30∘
D. 在同一双缝干涉实验中，仅把用 a 光照射换成用 b 光照射，观察到的条纹间距变大

8. 【 2013 丰台一模 15 】两束单色光线 a 、 b 以相同的角度从某种玻璃射入空气，发现 a 发生了全反射、 b 没有发生全反射，则下列说法中正确的是
A. 光线 a 的波长较大B. 玻璃对光线 a 的折射率较大
C. 光线 b 的临界角较小D. 光线 b 在玻璃中的速度较小

9. 【 2017 朝阳二模 14 】如图所示，ABC 是一个用折射率 n>2 的透明介质做成的棱镜，其截面为等腰直角三角形。现有一束光从图示位置垂直入射到棱镜的 AB 面上，则该光束
A. 能从 AC 面射出B. 能从 BC 面射出
C. 进入棱镜后速度不变D. 进入棱镜后波长变长

10. 光纤通信是一种现代通信手段，它可以提供大容量、高速度、高质量的通信服务。目前，我国正建设高质量的宽带光纤通信网络。下列说法正确的是
A. 光纤通信利用光作为载体来传递信息
B. 光导纤维传递光信号是利用光的衍射原理
C. 光导纤维传递光信号是利用光的色散原理
D. 目前广泛应用的光导纤维是一种非常细的特制金属丝

11. 一束光从介质射向空气（介面竖直），已知光从这介质射向空气的临界角等于 43∘。图中正确的光路图是
A. B.
C. D.

12. 某玻璃的临界角为 42∘，当在玻璃中的某一光线射到玻璃与空气的分界面时，若入射角略小于临界角，则光线在空气中的折射角应为
A. 小于 42∘ B. 小于 60∘ C. 小于 90∘ D. 无折射光线

13. 如图所示，入射光线 I 经 45∘ 的直角三棱镜折射，反射后，沿着与入射光相反的方向射出，如图中光线 II 所示，现将棱镜顺时针方向转过一个小角 α，如图虚线所示，则
A. 出射光线应与光线 I 平行B. 出射光线也顺时针方向转过 α 角
C. 出射光线逆时针方向转过 α 角D. 出射光线顺时针方向转过 2α 角

14. 测定折射率是鉴定宝石真假的一种方法。如图所示为某种宝石的截面图，∠ACE=∠BDE=∠CED=90∘，现使一束红光以入射角 i=60∘ 射到 AC 边上某点，在 CE 边中点 M 发生全反射，并从 ED 边上 N 点折射出，其中 CE=43 mm，EN=2 mm（真空中的光速 c=3×108 m/s），则
A. 该宝石对红光的折射率 n=233
B. 红光从入射到从 N 点射出经历的时间为 833×10−11 s
C. 调整红光的入射角 i，可使光线在 ED 边上发生全反射
D. 换用蓝光进行鉴定，光线有可能在 ED 边上发生全反射

15. 如图所示，P 是一束含有两种单色光的光线，沿图示方向射向半圆形玻璃砖的圆心 O，折射后分成 a 、 b 两束光线，则下列说法中正确的是
A. a 光频率小于 b 光频率
B. 在玻璃砖中传播的时间 a 光比 b 光长
C. 玻璃对 a 光的折射率小于对 b 光的折射率
D. 若让玻璃砖在纸面内绕 O 点逆时针转动 180∘，P 光线保持不变，则 a 、 b 两束光线也保持不变

16. 一束由 a 、 b 两种单色光组成的复色光射向玻璃制成的三棱镜，通过三棱镜的传播情况如图所示。关于 a 、 b 两种单色光，下列说法正确的是
A. 玻璃对 a 色光的折射率大于对 b 色光的折射率
B. a 色光的光子能量小于 b 色光的光子能量
C. a 色光在玻璃中的传播速度比 b 色光小
D. a 色光发生全反射的临界角比 b 色光小

17. 如图所示，一束单色光从真空斜射向某种介质的表面，入射角 i=45∘，折射角 r=30∘，则
A. 此介质的折射率等于 1.5B. 此介质的折射率等于 12
C. i 大于 45∘ 时会发生全反射现象D. 此介质全反射的临界角为 45∘

18. 【 2015 丰台一模 14 】如图所示，一个玻璃三棱镜的截面为等腰直角 △ABC,∠A 为直角，玻璃三棱镜的折射率为 2。此截面所在平面内的光线沿平行于 BC 边的方向射到 AB 边的中点，对这条光线进入棱镜之后的光路分析正确的是
A. 直接射到 AC 边上，发生全反射现象
B. 直接射到 BC 边上，发生全反射现象
C. 直接射到 AC 边上，部分光线从 AC 边射出
D. 直接射到 BC 边上，部分光线从 BC 边射出

19. 如图所示，空气中有一折射率为 2 的玻璃柱体，其横截面是圆心角为 90∘ 、半径为 R 的扇形 OAB，一束平行光平行于横截面，以 45∘ 入射角照射到 OA 上，OB 不透光，若只考虑首次入射到圆弧 AB 上的光，则 AB 上有光透出部分的弧长为
A. 16πR B. 14πR C. 13πR D. 512πR

20. 如图是一个 14 圆柱体棱镜的截面图，图中 E 、 F 、 G 、 H 将半径 OM 分成 5 等份，虚线 EE1 、 FF1 、 GG1 、 HH1 平行于半径 ON，ON 边可吸收到达其上的所有光线。已知该棱镜的折射率 n=53，若平行光束垂直入射并覆盖 OM，则光线（）
A. 不能从圆孤 NF1⌢ 射出B. 只能从圆孤 NG1⌢ 射出
C. 能从圆孤 G1H1⌢ 射出D. 能从圆孤 H1M⌢ 射出

21. 如图所示，直角三角形 ABC 为一透明介质制成的三棱镜截面，且 ∠BAC=30∘，有一束平行光线垂直射向 AC 面，已知这种介质的折射率为 n>2，则
A. 可能有光线垂直 AB 边射出
B. 光线只能从 BC 边垂直射出
C. 光线只能从 AC 边垂直射出
D. 一定既有光线垂直 BC 边射出，又有光线垂直 AC 边射出

22. 平行光 a 垂直射向一半径为 R 的玻璃半球的平面，其截面如图所示，发现只有 P 、 Q 之间所对圆心角为 60∘ 的球面上有光射出，若仅将 a 平行光换成 b 平行光，测得有光射出的范围增大，设玻璃球对 a 和 b 两种色光折射率分别为 na 和 nb，光子能量分别为 Ea 和 Eb．则
A. na>nb,Ea>EbB. na>nb,EaEbD. na
23. 打磨某割面如图所示的宝石时，必须将 OP 、 OQ 边与轴线的夹角 θ 切磨在 θ1＜θ＜θ2 的范围内，才能使从 MN 边垂直入射的光线，在 OP 边和 OQ 边都发生全反射（仅考虑如图所示的光线第一次射到 OP 边并反射到 OQ 边后射向 MN 边的情况），则下列判断正确的是
A. 若 θ＞θ2，光线一定在 OP 边发生全反射
B. 若 θ＞θ2，光线会从 OQ 边射出
C. 若 θ<θ1，光线会从 OQ 边射出
D. 若 θ<θ1，光线会在 OP 边发生全反射

二、双项选择题（共6小题；共24分）
24. 关于全反射，下列说法中正确的是
A. 发生全反射时，仍有折射光线，只是折射光线非常弱，因此可以认为不存在折射光线而只有反射光线
B. 光线从光密介质射向光疏介质时，一定会发生全反射现象
C. 光从光疏介质射向光密介质时，不可能发生全反射现象
D. 水或玻璃中的气泡看起来特别亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，在界面发生了全反射

25. 已知某玻璃对蓝光的折射率比对红光的折射率大，则两种光
A. 若蓝光照射某金属可以发生光电效应，则红光照射时也一定可以发生光电效应
B. 以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，红光折射角较大
C. 从该玻璃中射入空气发生全反射时，蓝光临界角较大
D. 用同一装置进行双缝干涉实验，蓝光的相邻条纹间距较小

26. 2018 年 10 月，利用光的力量来操纵细胞的光镊技术发明者，美国物理学家阿瑟·阿什金获得诺贝尔物理学奖。原米光在接触物体后，会对物体产生力的作用，这个来自光的微小作用可以让微小的物体（如细胞）发生无损移动，这就是光镊技术。因此，在光镊系统中，光路的精细控制非常重要。对此下列说法正确的是
A. 光镊技术说明了光具有粒子性
B. 红色激光光子能量大于绿色激光光子能量
C. 在同一玻璃透镜中，红色激光的速度相比绿光的较大
D. 在光镊控制系统中，红色激光相比绿光更容易发生全反射

27. 一群处于 n=3 激发态的氢原子向基态跃迁，发出的光以入射角 θ 照射到一块平行玻璃砖 A 上，经玻璃砖 A 后又照射到一块金属板 B 上，如图则下列说法正确的是
A. 入射光经玻璃砖 A 后会分成相互平行的三束光线，从 n=3 直接跃迁到基态发出的光经玻璃砖 A 后的出射光线与入射光线间的距离最小
B. 在同一双缝干涉装置上，从 n=3 直接跃迁到基态发出的光形成的干涉条纹最窄
C. 经玻璃砖 A 后有些光子的能量将减小，但不会在玻璃砖的下表面发生全反射
D. 若从 n=3 能级跃迁到 n=2 能级放出的光子刚好能使金属板 B 发生光电效应，则从 n=2 能级跃迁到基态放出的光子一定能使金属板 B 发生光电效应

28. 平行玻璃砖横截面如图，一束复色光斜射到玻璃砖的上表面，从下表面射出时分为 a 、 b 两束单色光，则下列说法正确的是
A. 在玻璃中传播时，a 光的传播速度较大
B. 若用 a 、 b 两种光分别照射处于基态的氢原子，如果 a 光能使得基态氢原子发生跃迁，则 b 光也一定能使基态氢原子发生跃迁
C. 在通过同一双缝干涉装罝，a 光的相邻亮条纹中心间距较大
D. 增大入射光在上表面的入射角，在下表面 b 光先发生全反射

29. 在透明的均匀介质内有一球状空气泡，O 为球心，一束包含 a 、 b 两种单色光的细光束从介质射入气泡，A 为入射点，之后 a 、 b 光分别从 C 、 D 两点射向介质，细光束在 A 点的入射角为 30∘，介质对 a 光的折射率 n=2，下列说法中正确的是
A. 在该介质中，a 光的传播速度比 b 光的传播速度小
B. a 光射出空气泡后相对于射入空气泡前的偏转角为 30∘
C. 当 a 光通过单缝时，若缝的宽度小于 a 光的波长，a 光不能发生衍射现象
D. 若由 a 光和 b 光组成的一束细光束从空气斜射向水中，在不断增大入射角时，a 的折射光会先消失

三、多项选择题（共1小题；共4分）
30. 如图（a）所示为单缝衍射示意图，图（b）为甲、乙两束单色光分别通过同一装置形成的单缝衍射图样，则
A. 在同种均匀介质中，甲光的波长较长
B. 在同种均匀介质中，甲光的传播速度更大
C. 用同一装置做双缝干涉实验时，在同一光屏上乙光的亮条纹总数更多
D. 当两束单色光从某种介质以相同入射角射向空气时，有可能乙光不发生全反射而甲光发生全反射
答案
第一部分
1. B
【解析】因材料的上表面只有一束光线射出，通过材料后激光 a 的侧移量小于激光 b 的侧移量，可知材料对激光 a 的折射率小于对激光 b 的折射率，激光 a 的频率小于激光 b 的频率，故A错误，B正确；两束激光的频率不同，则不可能在材料的上表面发生干涉，故C错误；两束激光在材料的上表面的入射角等于在下表面的折射角，根据光路可逆知，两束激光在材料的上表面都不会发生全反射，故D错误。
2. D
【解析】由于蓝光的折射率较大，在 AC 面上偏折得更厉害，绿光的折射率较小，在 AC 面上偏折的角度较小，则绿光在 BC 面上的出射点偏下，所以可能从 Qʺ 点射出。根据几何关系得光在 BC 面上的入射角和在 AC 面上的折射角相等，根据折射定律及光路的可逆性，知出射光线仍然与 AB 平行。
3. D
【解析】图 1 中利用了薄膜干涉的原理，同一明条纹处空气膜的厚度相同，由弯曲的条纹可知，P 处被检查平面左边的空气膜厚度与其右边的空气膜厚度相同，知 P 处凹陷，而 Q 处被检查平面右边的空气膜厚度与其左边的空气膜厚度相同，知 Q 处凸起，故A正确；图 2 为光线照射不透明小圆板得到的衍射图样，泊松亮斑，故B正确；沙漠上层空气的折射率比下层空气的折射率大，从远处物体射向地面的光先折射后发生全反射形成沙漠蜃景，故C正确；肥皂泡在阳光下呈现彩色是光的干涉现象，照相机镜头表面加上增透膜是利用薄膜干涉，它们的原理相同，故D错误。
4. B
5. D
【解析】酷热的夏天地面温度高，地面附近空气的密度小，空气的折射率下面小上面大，远处车、人反射的太阳光由光密介质射入光疏介质发生全反射。
6. D
7. C
8. B
9. B
10. A
【解析】光纤通信利用了华裔科学家高锟博士提出的一个理论，光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝，当光射入时满足光的全反射条件，从而发生全反射，最终实现传递信息的目的，故A正确，BC错误；
光导纤维是一种非常细的特制玻璃丝，当光射入时满足光的全反射条件，从而发生全反射，最终实现传递信息的目的，故D错误。
11. A
12. C
13. A
14. B
【解析】光路图如图所示，
设光线在 AC 边的折射角为 r，由几何关系可知 ∠EMN=r，故 tanr=ENEM=223=33，则 r=30∘，因此该宝石对红光的折射率 n=sinisinr=3，故A错误；
红光在宝石中传播速度大小为 v=cn=3×108 m/s，由几何关系可知，红光在宝石中通过的路程为 s=PM+MN=4 mm+4 mm=8×10−3 m，则红光在宝石中传播的时间 t=sv=8×10−33×108 s=833×10−11 s，故B正确；
根据以上分析可知，红光在 P 点的折射角等于在 ED 边上的入射角，根据光路可逆性原理可知，光线一定不会在 ED 边发生全反射，且在 ED 边的折射角等于 i，故C错误；
换用蓝光进行鉴定，由C的分析可知，光线不会在 ED 边上发生全反射，D错误。
故选B。
15. B
16. B
17. D
18. A
19. B
【解析】根据折射定律有：n=sin45∘sinr，可得光进入玻璃后光线与竖直方向的夹角为 30∘。过 O 的光线垂直入射到 AB 界面上点 C 射出，C 到 B 之间没有光线射出；越接近 A 的光线入射到 AB 界面上时的入射角越大，发生全反射的可能性越大。
根据临界角公式：sinC=12，得临界角为 45∘，如果 AB 界面上的临界点为 D，此光线在 AO 界面上点 E 入射，在三角形 ODE 中可求得 OD 与水平方向的夹角为 180∘−(120∘+45°)=15∘，所以 A 到 D 之间没有光线射出．由此可得没有光线射出的圆弧对应圆心角为 90∘−(30∘+15∘)=45∘，所以有光透出的部分的弧长为 14πR。
20. B
【解析】由临界角公式得到 sinC=1n=35。
设圆弧的半径为 R，RsinC=35R，则由题可知，当光线从 G 点入射到圆弧面 G1 点时，恰好发生全反射。当入射点在 G1 的右侧时，入射角大于临界角，将发生全反射，光线将不能从圆弧射出。当入射点在 G1 的左侧时，入射角小于临界角，不发生全反射，光线将从圆弧面射出。
所以光线只能从圆孤 NG1⌢ 射出。
故选B
21. D
【解析】因为 n>2，而 sinC=1n，所以 sinC<12,C<30∘，射到 AB 边的入射角 i=30∘，发生了全反射，此光线反射到 AC 边的入射角 i=60∘，再次发生全反射而垂直射到 BC 边上，从 BC 边射出，同理，射到 BC 边上的光线，经两次全反射后垂直 AC 射出。
22. A
【解析】玻璃半球面上只有 P 、 Q 之间所对圆心角为 60∘ 的球面上有光射出，说明光线在 P 、 Q 两点恰好发生全反射，
将 a 平行光换成 b 平行光，测得有光射出的范围增大，说明 b 光的临界角大于 a 光的临界角，由 n=1sinC 可知，
b 光的折射率小于 a 光的折射率，即：na>nb，在同种介质中，折射率越大，光的频率 f 越大，则 a 光的频率大，
由 E=hf 可知，频率越大，光子的能量越大，a 光子的能量大于 b 光子的能量，即：Ea>Eb，故A正确；
23. D
【解析】从 MN 边垂直入射，由几何关系可知光线射到 PO 边上时的入射角 i=π2−θ，据题：θ 在 θ1＜θ＜θ2 的范围内，才能使从 MN 边垂直入射的光线，在 OP 边和 OQ 边都发生全反射，说明临界角 C 的范围为：π2−θ2＜C＜π2−θ1。
A、B、若 θ＞θ2，光线在 PO 上入射角 i=π2−θ＜π2﹣θ2＜C，故光线在 OP 边一定不发生全反射，会从 OP 边射出。
故AB错误。
C、D、若 θ<θ1，i=π2−θ>π2﹣θ1>C，故光线在 OP 边会发生全反射。根据几何关系可知光线 OQ 边上入射角 iʹ 较大，光线会在 OQ 边发生全反射，故C错误，D正确。
故选：D。
第二部分
24. C， D
【解析】全反射发生的条件是光从光密介质射向光疏介质，且入射角大于或等于临界角，发生全反射时没有光线进入光疏介质。
25. B， D
【解析】根据题意，蓝光的折射率大，则蓝光的频率大，能量大，波长较短，根据光电效应发生的条件可知，若蓝光照射某金属刚好可以发生光电效应，则红光照射时不能发生光电效应，故A错误；蓝光的折射率大，以相同的入射角从空气斜射入该玻璃中，红光折射角较大，故B正确；从玻璃射入空气发生全反射时的临界角公式 sinC=1n 可知，红光的折射率小，临界角较大，故C错误：根据 Δx=Ld⋅λ，蓝光的波长较短，则蓝光的相邻条纹间距较小，故D正确。
26. A， C
27. B， D
28. A， C
【解析】光从空气斜射到玻璃，在玻璃上表面发生折射时，a 光偏折角小，所以 a 光的折射率较小，由 v=cn 分析可知在玻璃中传播时，a 光的传播速度较大，故A正确；
a 光的折射率较小，频率较小，由 E=hν 知 a 光的光子能量较小。若用 a 、 b 两种光分别照射处于基态的氢原子，如果 a 光能使得基态氢原子发生跃迁，a 光光子的能量正好等于两个能级之差，而 b 光光子能量不一定等于两个能级之差，根据玻尔理论可知：b 光不一定能使基态氢原子发生跃迁。故B错误；
a 光的折射率较小，频率较低，波长较长，根据双缝干涉条纹间距公式 Δx=Ldλ 知，a 光的相邻亮条纹间距较大，故C正确；
由于光射到玻璃砖下表面时的入射角等于上表面的折射角，由光路可逆性原理可知，光一定能从下表面射出，不会发生全反射，故D错误。
29. A， B
【解析】在 A 点可见 a 光的折射角大于 b 光的折射角，所以介质对 a 光的折射率大于对 b 光的折射率，由 v=cn 得知，在该介质中，a 光的传播速度比 b 光的传播速度小，故A正确；细光束在 A 点的入射角为 30∘，介质对 a 光的折射率 n=2，可知在 A 点 a 光的折射角是 45∘，由几何关系可知 △AOC 是等腰直角三角形，可知，在 C 点 a 光的入射角是 45∘，根据光路可逆可知，在 C 点 a 光的折射角是 30∘，如图所示，由几何关系可知 a 光射出空气泡后相对于射入空气泡前的偏转角为 θ=30∘，故B正确；当 a 光通过单缝时，若缝的宽度小于 a 光的波长，a 光能发生明显的衍射现象，故C错误；光从空气射向水中不可能发生全反射，a 光的折射光不会消失，故D错误。
第三部分
30. A， B， C
【解析】经过同一单缝，波长越长的光产生的衍射图样中央亮纹越宽，由题图知甲光的波长较长，故A正确；依据 f=cλ 可知，甲光的频率较小，则介质对甲光的折射率较小，根据 v=cn 知，在同种均匀介质中甲光的传播速度比乙光的大，故B正确；由 Δx=ldλ 可知，用同一装置做双缝干涉实验时，甲光的干涉条纹间距大，则在同一光屏上亮条纹的条数少，乙光的亮条纹总数更多，故C正确；甲光的折射率较小，由 sinC=1n 可知甲光的全反射临界角较大，不容易发生全反射，故D错误。