学年鲁科版选择性必修第一册第4章第4节光导纤维及其应用作业.docx

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1、第4节 光导纤维及其应用课时作业-巩固提升1.（多项选择）以下关于激光在光纤中传播的说法中正确的选项是（AB ）A.激光在内芯与外套处只发生反射,不发生折射B.激光只在内芯中传播C.激光在光纤的内芯和外套间来回传播D.在光纤的拐弯处,激光会泄漏出去解析:光导纤维由内外两层组成,且内外两层的折射本领不同,激光不 会透过去,激光是不断地经过光纤壁反射在内芯中向前传播的。2 .以下关于光导纤维的说法正确的选项是（C ）A.光导纤维是由高级金属制成的,所以它比普通电线容量大B.光导纤维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.光导纤维是非常细的特制玻璃丝，由内芯和外套两层组成

2、,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，光导纤维必须呈笔直状态,因为弯曲的光纤是不能 导光的解析:与电线不同,光导纤维的作用是传导光,而不是传导电荷,是直 径为几微米到一百微米之间的特制玻璃丝，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、图像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、 抗干扰性强等优点,在实际应用中,光纤是可以弯曲的。3 .（多项选择）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,可看成一段直线,其内芯和外套的材料不同,光在内芯中传播，以下关于光导纤维的说法正确的选项是（ABD ）A.内芯

3、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.波长越长的光在光纤中传播的速度越大C.频率越大的光在光纤中传播的速度越大D.假设紫光以如下图角度入射时,恰能在光纤中发生全反射,那么改用红光以同样角度入射时,不能在光纤中发生全反射解析:当内芯的折射率比外套的大时，光传播时在内芯与外套的界面上才能发生全反射，故A正确;波长越长的光,频率越小,介质对它的折射率n越小,根据公式v二二光在光纤中传播的速度越大,故B正确,C n错误;根据sin C二二知折射率越大，临界角越小,红光的折射率小,那么 n临界角大,假设紫光恰能发生全反射,那么红光不能在分界面上发生全反射，故D正确。4 . （2

4、021 辽宁卷,4） 一束复色光从空气射入光导纤维后分成a、b两束单色光，光路如下图，比拟内芯中的a、b两束光,a光的（C ）A.频率小,发生全反射的临界角小B.频率大,发生全反射的临界角小C.频率小,发生全反射的临界角大D.频率大,发生全反射的临界角大解析：由光路图可知a光的偏折程度比b光的小，因此a光的折射率小, 频率小，由全反射sin C可知折射率越小发生全反射的临界角越大。n应选Co5 .如下图光导纤维的长度为L,某种频率的光在其中的折射率为n, 假设有各种入射方向的该频率的光照射到此光导纤维一端的横截面上， 认为自另一端射出的光在此光导纤维传播的过程中都发生全反射，已 知光在真空中的

5、传播速度为3自另一端射出的光在此光导纤维中的 最长传播时间为（A ）A. B. C. D,- c c nc nc解析:当光在介质的界面处恰好发生全反射时,光在介质中的传播路程最长，由几何关系可知，最长路程为X二三二nL,传播速度为V,故 sinCn最长时间t二三通，故B、C、D错误,A正确。 V C.（多项选择）光纤通信采用的光导纤维由内芯和外套组成,长为L,其侧截 面如下图,一复色光以入射角9。从轴心射入光导纤维后分为a、b 两束单色光,两单色光在内芯和外套界面屡次全反射后从光导纤维另 一端射出。内芯材料对a光的折射率为n,真空中的光速为c。下 列说法正确的选项是（AD ）A.内芯材料对b光

6、的折射率大于nB.在内芯中a光传播速度比b光小C.假设a光恰好发生全反射,那么在这段光纤中的传播时间为t=-CD.当sin 9。逐渐增大到V?产I时,开始有光从纤维侧壁射出解析:设折射角为a ，根据折射定律有n二四处,由于a光的折射角大于 sinab光的折射角，因此内芯材料对b光的折射率大于对a光的折射率n,故A正确;根据速度与折射率的关系有n=2由于内芯对a光的折射率 V小于对b光的折射率，因此在内芯中a光传播速度比b光大,故B错误;假设a光恰好发生全反射,那么在这段光纤中的传播时间为t二拿二二- ccosa n故C错误;光线a的临界角为C,如图。由于sin C,随着入射角0。逐渐增大,光线

7、a与边界间的夹角逐渐减 n小，恰好到达临界角时，根据几何关系C+a4而n二随包，整理得 2sinasin 0 0=Vn2-l,此时开始有光从纤维侧壁射出，故D正确。7 .图示为一光导纤维（可简化为一长玻璃丝）的示意图,玻璃丝长为L,折射率为n,AB代表端面。光在真空中的传播速度为c。为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面,求光线在端面AB上的入射 角应满足的条件。解析:设光线在端面AB上C点（如图）的入射角为i,折射角为r,由折 射定律有sin i=nsin r,设该光线射向玻璃丝内壁D点的入射角为a ,为了使该光线可在此光 导纤维中传播,应有a20,式中0是光线在玻璃丝内发生全反射的临界

8、角，它满足nsin 9=1, 由几何关系得a+r=90 ,解得 sin iVn2-lo答案:见解析8 .如图是一段长为L的直线光导纤维内芯,一单色光从左端面射入光纤，光纤对该单色光的折射率为n,光在真空中传播速度为co 求该单色光在光纤中传播的最短时间。光纤对该单色光的折射率n二VX当该单色光以入射角i二45。从左端面射入,求此单色光从左端面传播到右端面所用的时间。解析：(1)当光线垂直于左侧面入射时,光传播的路径最短x=L,由n，得光在光纤中传播速度大小为百, vn光在光纤中传播的最短时间为 V解得t=-o C由n二曾，得。2=30 ,sin 02其光路图如下图该单色光在光纤中的路程s二金+金+二5r高该单色光在光纤中的路程s二金+金+二5r高2V33L,传播时间t=,即t=Ov3c答案:竽(2)2V6L3C