全反射应用（练习）-高教版第三版《物理（通用类）》【上好课】（原卷版+解析版）

高教版第三版《物理（通用类）》 主题六 光现象及其应用 6.2全反射应用 一、选择题 1. 一个透明光学元件的横截面为等腰直角三角形，并利用内部界面的全反射改变光路。该元件是（　　） 平面镜 全反射棱镜 凸透镜 光栅 【答案】 【解析】能够发生全反射的棱镜称为全反射棱镜，最常见的是横截面为等腰直角三角形的三棱镜。 2. 要使光垂直进入等腰直角全反射棱镜后，经过两次全反射沿入射方向的反方向射出，入射光应垂直射向棱镜的（　　） 任一直角边所在面 斜边所在面 任意棱边 任意一个面 【答案】 【解析】光垂直射向斜边所在面后，在两个互相垂直的直角边所在面依次发生全反射，最后从斜边所在面沿入射方向的反方向射出。 3. 实际光纤包层外的缓冲涂覆层主要承担的任务是（　　） 产生激光信号 把光折射到纤芯外 防污染和机械损伤，并限制过度弯折 增大纤芯的折射率 【答案】 【解析】缓冲涂覆层不负责产生或传递光信号，它主要保护光纤免受环境污染和机械损伤，并帮助避免光纤发生过大的弯折。 4. 某工厂需要在强电磁设备附近传输远距离监测信号。与普通金属导线相比，选择光纤更能满足要求的主要原因是（　　） 光纤可以任意折成锐角 光纤中的光完全没有传播时间 光缆损坏后不需要维修 光纤损耗低且抗电磁干扰性能强 【答案】 【解析】远距离传输关注信号损耗，强电磁设备附近还要考虑电磁干扰。光纤具有损耗低、抗电磁干扰性能强的优点。 二、填空题 5. 光纤是______的简称，它传递信息利用的是光的______原理。 【答案】光导纤维；全反射 【解析】光纤的全称是光导纤维。光在纤芯与包层的界面多次发生全反射，从而沿纤芯传播并传递信息。 6. 应用最广的光纤纤芯由纯度极高的______制成，直径约为______微米。 【答案】石英； 【解析】教材指出，应用最广的光纤由纯度极高的石英拉制成直径约微米的纤芯。 7. 角反射器由三个相互______的平面组成，光经两次或三次反射后会逆着______方向返回。 【答案】垂直；原 【解析】三个反射面相互垂直，使入射光经过两次或三次反射后逆着原方向返回，这是角反射器用于安全警示的光路基础。 8. 输入光纤的激光可以载有声音、图像和各种______信号；一根光缆中可以包括几十根甚至上千根______。 【答案】数字；光纤 【解析】声音、图像及各种数字信号都可以加载到激光中传输；把大量光纤集合成光缆，可形成大容量的信息通道。 一、选择题 9. 某光纤的涂覆层被刮伤，但纤芯和包层完整。下列判断正确的是（　　） 短时间内仍可能传光，但抗污染和抗机械损伤能力下降 涂覆层受损后纤芯一定立刻停止传光 涂覆层直接决定纤芯与包层界面的临界角 涂覆层损伤不会增加后续断裂风险 【答案】 【解析】光的传输主要依靠纤芯与包层界面的全反射，因此纤芯和包层完整时仍可能传光；但涂覆层受损会削弱防污染、抗机械损伤和限制过度弯折的作用。 10. 维修时，裸露纤芯的局部外侧误用了折射率不小于纤芯的透明胶。该处信号更容易衰减的主要原因是（　　） 透明胶会使光的频率变为零 透明胶使纤芯自动产生更多激光 原有低折射率界面被破坏，部分光可能射出纤芯 透明胶把全反射变成了无能量损失的镜面反射 【答案】 【解析】纤芯外侧需要折射率较小的包层。若局部外侧材料的折射率不小于纤芯，光由光密介质射向光疏介质这一必要条件可能被破坏，部分光会射出纤芯。 11. 检查医学内窥镜时，确认送入人体内的照明光正常，但显示器上的图像缺失。最可能的故障位置是（　　） 负责传入照明光的光纤组 负责传出反射光的光纤组或成像通道 所有照明与成像结构都正常 只可能是人体组织不反射光 【答案】 【解析】照明正常说明传入光纤组能够工作；图像缺失表明组织反射光没有被正常传出或转换，因此应重点检查传出反射光的光纤组及成像通道。 二、填空题 12. 光垂直射入等腰直角三角形棱镜的一个直角边后，在斜面上的入射角为______度。该角度______玻璃射向空气的临界角度—度，因此会在斜面发生______。 【答案】；大于；全反射 【解析】等腰直角三角形的锐角为度。光垂直进入直角边所在面时方向不变，到达斜面时入射角为度，大于玻璃射向空气的临界角范围，因此发生全反射。 13. 长距离海底光缆主要利用光纤______低的优点；在强电磁设备附近传输信号，还可利用光纤抗______干扰性能强的优点。 【答案】损耗；电磁 【解析】长距离传输要求信号衰减小，对应光纤损耗低；复杂电气环境要求信号不易受外界电磁场影响，对应抗电磁干扰性能强。 14. 现代信息高速公路的主干道是______通信，______通信可作为辅助手段。 【答案】光纤；卫星 【解析】信息高速公路需要数字化、大容量和高速传输，教材指出其主干道是光纤通信，卫星通信作为辅助手段。 三、解答题 15. 维护人员检查两段光纤：甲光纤的纤芯和包层完整，但缓冲涂覆层破损，当前仍能传光；乙光纤的纤芯外侧局部包层脱落，并被折射率大于纤芯的透明材料覆盖，接收端信号明显变弱。请分别解释甲、乙两段光纤的现象，并提出对应的处理措施。 【答案】甲光纤当前仍能传光，是因为纤芯与低折射率包层的界面仍可维持全反射；但涂覆层破损会降低防污染和抗机械损伤能力，应修复保护层并避免继续受力。乙光纤局部失去低折射率包层，光由纤芯射向外侧材料时不再满足原有的全反射结构条件，部分光泄漏使信号减弱；应去除不合适材料，恢复折射率较小的包层并补好涂覆层。 【解析】判断光纤故障要把各层功能分开。纤芯与包层的折射率配置决定能否利用全反射传光，缓冲涂覆层主要负责环境和机械保护。甲的问题暂未直接破坏传光界面，但会增加污染、断裂和过度弯折风险；乙的问题直接破坏低折射率边界，因而造成漏光和信号衰减。 学科网（北京）股份有限公司 $ 高教版第三版《物理（通用类）》 主题六 光现象及其应用 6.2全反射应用 一、选择题 1. 一个透明光学元件的横截面为等腰直角三角形，并利用内部界面的全反射改变光路。该元件是（　　） 平面镜 全反射棱镜 凸透镜 光栅 2. 要使光垂直进入等腰直角全反射棱镜后，经过两次全反射沿入射方向的反方向射出，入射光应垂直射向棱镜的（　　） 任一直角边所在面 斜边所在面 任意棱边 任意一个面 3. 实际光纤包层外的缓冲涂覆层主要承担的任务是（　　） 产生激光信号 把光折射到纤芯外 防污染和机械损伤，并限制过度弯折 增大纤芯的折射率 4. 某工厂需要在强电磁设备附近传输远距离监测信号。与普通金属导线相比，选择光纤更能满足要求的主要原因是（　　） 光纤可以任意折成锐角 光纤中的光完全没有传播时间 光缆损坏后不需要维修 光纤损耗低且抗电磁干扰性能强 二、填空题 5. 光纤是______的简称，它传递信息利用的是光的______原理。 6. 应用最广的光纤纤芯由纯度极高的______制成，直径约为______微米。 7. 角反射器由三个相互______的平面组成，光经两次或三次反射后会逆着______方向返回。 8. 输入光纤的激光可以载有声音、图像和各种______信号；一根光缆中可以包括几十根甚至上千根______。 一、选择题 9. 某光纤的涂覆层被刮伤，但纤芯和包层完整。下列判断正确的是（　　） 短时间内仍可能传光，但抗污染和抗机械损伤能力下降 涂覆层受损后纤芯一定立刻停止传光 涂覆层直接决定纤芯与包层界面的临界角 涂覆层损伤不会增加后续断裂风险 10. 维修时，裸露纤芯的局部外侧误用了折射率不小于纤芯的透明胶。该处信号更容易衰减的主要原因是（　　） 透明胶会使光的频率变为零 透明胶使纤芯自动产生更多激光 原有低折射率界面被破坏，部分光可能射出纤芯 透明胶把全反射变成了无能量损失的镜面反射 11. 检查医学内窥镜时，确认送入人体内的照明光正常，但显示器上的图像缺失。最可能的故障位置是（　　） 负责传入照明光的光纤组 负责传出反射光的光纤组或成像通道 所有照明与成像结构都正常 只可能是人体组织不反射光 二、填空题 12. 光垂直射入等腰直角三角形棱镜的一个直角边后，在斜面上的入射角为______度。该角度______玻璃射向空气的临界角度—度，因此会在斜面发生______。 13. 长距离海底光缆主要利用光纤______低的优点；在强电磁设备附近传输信号，还可利用光纤抗______干扰性能强的优点。 14. 现代信息高速公路的主干道是______通信，______通信可作为辅助手段。 三、解答题 15. 维护人员检查两段光纤：甲光纤的纤芯和包层完整，但缓冲涂覆层破损，当前仍能传光；乙光纤的纤芯外侧局部包层脱落，并被折射率大于纤芯的透明材料覆盖，接收端信号明显变弱。请分别解释甲、乙两段光纤的现象，并提出对应的处理措施。 　 　 　 学科网（北京）股份有限公司 $