高中物理鲁科版 (2019)选择性必修 第一册第4节 光导纤维及其应用精品练习

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第4节 光导纤维及其应用

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上发生全反射

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上发生全反射

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上发生折射

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．光导纤维是由内芯和外套两层组成，光从一端进入，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.增大光从端面入射的入射角，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

3. 光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输。如图所示，一条圆柱形的光导纤维，长为L，玻璃芯的折射率为n1，外层材料的折射率为n2，光在空气中的传播速度为c，若光从它的一端射入经全反射后从另一端射出所需的最长时间为t，则下列说法正确的是(图中所示的φ为全反射的临界角，其中sin φ＝)(　　)

A.n1>n2，t＝   B.n1>n2，t＝

C.n1<n2，t＝   D.n1<n2，t＝

4．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，其内芯和外套材料不同，光在内芯中传播．下列关于光导纤维的说法中正确的是(　　)

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上发生全反射

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上发生全反射

C.波长越短的光在光纤中传播的速度越大

D.频率越大的光在光纤中传播的速度越大

5．如图，光导纤维由内芯和外套两部分组成，内芯折射率比外套的大，光在光导纤维中传播时，光在内芯和外套的界面上发生全反射。假设外套为空气，一束红光由光导纤维的一端射入内芯，红光在内芯与空气的界面上恰好发生全反射，经时间t1从另一端射出；另让一束绿光也从光导纤维的一端射入，绿光在内芯与空气的界面上也恰好发生全反射，经时间，t2从另一端射出。下列说法正确的是（　　）

A.内芯对红光的折射率n1与对绿光的折射率n2之比为

B.内芯对红光的折射率n1与对绿光的折射率n2之比为

C.红光在内芯中的传播速度v1与绿光在内芯中的传播速度v2之比为

D.红光在内芯中的传播速度v1与绿光在内芯中的传播速度v2之比为

6. 如图所示，将由某种透明介质制成的长直细圆柱体置于真空中．某种单色光在介质中传输，经过多次全反射后从右端射出．若以全反射临界角传输的光线刚好从右端以张角2θ出射，则此介质的折射率为(　　)

A.   B.

C.       D.

7. 如图所示，一根长为l＝5.0 m 的光导纤维用折射率n＝ 的材料制成。一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，则：

(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 ?

8.由于激光是亮度高、方向性好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为高速传输信息的载体．要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一个端面射出，而不会从侧壁“泄漏”出来，光导纤维所用材料的折射率至少应为多少？

9.折射率为n、长度为L的玻璃纤维置于空气中，若从A端射入的光线能在玻璃纤维中发生全反射，最后从B端射出，如图所示，求：

（1）光在A面上入射角的最大值。

（2）若光在玻璃纤维中恰能发生全反射，由A端射入到从B端射出经历的时间是多少？

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第4节 光导纤维及其应用

参考答案

1.A  2. C  3. B   4. A    5. A    6.D 

7. 解:(1)由n＝可得v＝2.1×108 m/s。

 (2)由n＝可得光线从左端面射入后的折射角为30°，射到侧面时的入射角为60°，大于临界角45°，因此发生全反射，同理光线每次在侧面都将发生全反射，直到光线到达右端面。由几何关系可以求出光线在光导纤维中通过的总路程s＝，因此该激光在光导纤维中传输所经历的时间t＝＝2.7×10－8 s。

8. 解:设激光束在光导纤维前端的入射角为θ1，折射角为θ2，折射光线射向侧面时的入射角为θ3，如图所示．

由折射定律n＝

由几何关系θ2＋θ3＝90°    则sin θ2＝cos θ3

由全反射临界角公式sin θ3＝   故cos θ3＝

保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，

应有θ1＝90°，sin θ1＝1

故n＝＝＝＝  解得n＝.

9. 解：（1）光线在玻璃纤维侧面恰好发生全反射时，入射角等于临界角ic，光路图如图所示，此时光在A面上的入射角最大。

由临界角ic的公式有sin ic=，

由几何关系有：折射角θ2=90°-ic

所以cos θ2=sin ic=，

sin θ2==。

由折射率公式n=，

计算得出sin θ1=nsin θ2=，

所以光在A面上入射角的最大值θ1=。

（2）光在玻璃纤维中的传播速度v=，

则光从A端射入到从B端射出通过的总路程

s==nL。

则光由A端射入到从B端射出经历的时间

t===。

点评：对于几何光学问题，一定要画出光路图，并根据题意找出临界角与其他角度的关系，再结合相应的规律解题。