精英家教網(wǎng)(選做題)光纖通信的主要優(yōu)點是容量大、衰減小、抗干擾性強,載有聲音、圖象以及各種數(shù)字信號的激光從光纖的一端輸入,就可沿著光纖傳到千里之外的另一端,實現(xiàn)光纖通信.某光纖內(nèi)芯半徑為a,折射率為n,傳遞的信號是從光纖的軸線上O點射向光纖,為保證射人光纖的光信號在傳輸過程中發(fā)生全反射,O點到光纖端面的距離必須大于某一值.
(1)若該光纖長為L,求光在該光纖中傳播的最短時間.
(2)若該光纖內(nèi)芯半徑a=45μm,n=
3
2
,假設光信號在其中傳輸時相對外套的臨界角為53°,求O點到光纖端面距離的最小值(已知
19
=4.36
,sin53°=0.8,cos53°=0.6)
分析:(1)當光線垂直端面射入,傳播的路徑最短,則傳播的時間最短,根據(jù)v=
c
n
求出光在介質(zhì)中的速度,從而求出光在光纖中傳播的最短時間.
(2)通過光信號在其中傳輸時相對外套的臨界角,得出光在端面上的折射角,根據(jù)折射定律得出入射角,從而根據(jù)幾何關系求出O點到光纖端面距離的最小值.
解答:解:(1)光在介質(zhì)中傳播的速度v=
c
n
,傳播的最短路徑為L.
則最短時間t=
L
v
=
nL
c

(2)光信號在其中傳輸時相對外套的臨界角為53°,則在端面上的折射角為37°
根據(jù)折射定律得,n=
sinα
sin37°

則sinα=nsin37°=
3
2
×0.6=0.9

則cotα=
0.19
0.9

所以O點到光纖端面距離的最小值L=acotα=50
0.19
μm=21.8μm

答:(1)光在該光纖中傳播的最短時間為
nL
c

(2)O點到光纖端面距離的最小值為21.8μm.
點評:本題考查了折射定律、全反射等知識,對數(shù)學幾何的能力要求較高,需加強訓練.
練習冊系列答案
相關習題

科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解

選做題  
A.(選修模塊3-3)

(1)下列說法中正確的是
AC
AC

A.雨水沒有透過布雨傘是因為液體表面存在張力
B.分子間的距離r增大,分子間的作用力做負功,分子勢能增大
C.氣體自發(fā)地擴散運動總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行
D.懸浮在液體中的微粒越大,在某一瞬間撞擊它的液體分子數(shù)越多,布朗運動越明顯
(2)一密閉氣體膨脹對外做功150J,同時從外界吸熱250J,它的內(nèi)能變化為
100
100
J.
(3)如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體被活塞密封在一絕熱容器中,活塞與容器壁無摩擦.當溫度為T1時,氣體壓強為P1,體積為V1;若溫度升高到T2,氣體壓強變?yōu)镻2,氣體的體積變?yōu)閂2,則P2
=
=
P1,V2
V1(填“>”、“=”或“<”);若在活塞上放置一定質(zhì)量的重物,穩(wěn)定后氣體的壓強變?yōu)镻3,溫度變?yōu)門3,則P3
P1,T3
T1(填“>”、“=”或“<”).
B.(選修模塊3-4)
(1)香港中文大學第三任校長高錕榮獲了2009年諾貝爾物理學獎.諾貝爾獎委員會高度評價了高錕的貢獻,評委會指出:高錕1966年發(fā)現(xiàn)如何通過光學玻璃纖維遠距離傳輸光信號的工作,成為今日電話和高速互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代通信網(wǎng)絡運行的基石.下列關于“光纖”及原理的說法中,正確的是
AD
AD

A.光纖通信具有傳輸容量大、衰減小、抗干擾性強等優(yōu)點
B.光纖通信、全息照相、數(shù)碼相機及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都是利用了光的全反射原理
C.實用光導纖維是由內(nèi)芯和外套兩層組成.內(nèi)芯的折射率比外套的小,光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射
D.當今,在信號的傳輸領域中,光纖電纜(“光纜”)已經(jīng)幾乎完全取代了傳統(tǒng)的銅質(zhì)“電纜”,成為傳播信息的主要工具,是互聯(lián)網(wǎng)的骨架,并已連接到普通社區(qū).
(2)如圖所示,一彈簧振子在MN間沿光滑水平桿做簡諧運動,坐標原點O為平衡位置,MN=8cm.從小球經(jīng)過圖中N點時開始計時,到第一次經(jīng)過O點的時間為0.2s,則小球的振動周期為
0.8
0.8
s,振動方程的表達式為x=
4cos
2
t
4cos
2
t
cm;
(3)下列說法中正確的是
D
D

A.雷達是利用聲波的反射來測定物體的位置
B.調(diào)諧是電磁波發(fā)射的過程,調(diào)制是電磁波接收的過程
C.在雙縫干涉實驗中,若僅將入射光由綠光改為紅光,則相鄰干涉條紋間距變窄
D.考慮相對論效應,一沿自身長度方向高速運動的桿長總比靜止時的桿變短.

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科目:高中物理 來源:模擬題 題型:計算題

(選做題,選修3 -4)
利用光纖通信可將大量信息高速傳輸。如圖所示,一根長為L的直光導纖維,它的折射率為,為簡化問題,光纖外套忽略不計。如果把該光纖放在空氣中,則
①從它的左端面以i=45°進入光纖的光線能否在該光纖內(nèi)發(fā)生全反射;
②已知真空中的光速為c,若能發(fā)生全反射,求光在該光纖內(nèi)傳播的時間t。

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科目:高中物理 來源:2011年江蘇省南京師大附中高考物理綜合訓練試卷(二)(解析版) 題型:解答題

選做題  
A.(選修模塊3-3)

(1)下列說法中正確的是______
A.雨水沒有透過布雨傘是因為液體表面存在張力
B.分子間的距離r增大,分子間的作用力做負功,分子勢能增大
C.氣體自發(fā)地擴散運動總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行
D.懸浮在液體中的微粒越大,在某一瞬間撞擊它的液體分子數(shù)越多,布朗運動越明顯
(2)一密閉氣體膨脹對外做功150J,同時從外界吸熱250J,它的內(nèi)能變化為______J.
(3)如圖所示,一定質(zhì)量的理想氣體被活塞密封在一絕熱容器中,活塞與容器壁無摩擦.當溫度為T1時,氣體壓強為P1,體積為V1;若溫度升高到T2,氣體壓強變?yōu)镻2,氣體的體積變?yōu)閂2,則P2______P1,V2______V1(填“>”、“=”或“<”);若在活塞上放置一定質(zhì)量的重物,穩(wěn)定后氣體的壓強變?yōu)镻3,溫度變?yōu)門3,則P3______P1,T3______T1(填“>”、“=”或“<”).
B.(選修模塊3-4)
(1)香港中文大學第三任校長高錕榮獲了2009年諾貝爾物理學獎.諾貝爾獎委員會高度評價了高錕的貢獻,評委會指出:高錕1966年發(fā)現(xiàn)如何通過光學玻璃纖維遠距離傳輸光信號的工作,成為今日電話和高速互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代通信網(wǎng)絡運行的基石.下列關于“光纖”及原理的說法中,正確的是______
A.光纖通信具有傳輸容量大、衰減小、抗干擾性強等優(yōu)點
B.光纖通信、全息照相、數(shù)碼相機及醫(yī)用纖維式內(nèi)窺鏡都是利用了光的全反射原理
C.實用光導纖維是由內(nèi)芯和外套兩層組成.內(nèi)芯的折射率比外套的小,光傳播時在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射
D.當今,在信號的傳輸領域中,光纖電纜(“光纜”)已經(jīng)幾乎完全取代了傳統(tǒng)的銅質(zhì)“電纜”,成為傳播信息的主要工具,是互聯(lián)網(wǎng)的骨架,并已連接到普通社區(qū).
(2)如圖所示,一彈簧振子在MN間沿光滑水平桿做簡諧運動,坐標原點O為平衡位置,MN=8cm.從小球經(jīng)過圖中N點時開始計時,到第一次經(jīng)過O點的時間為0.2s,則小球的振動周期為______s,振動方程的表達式為x=______cm;
(3)下列說法中正確的是______
A.雷達是利用聲波的反射來測定物體的位置
B.調(diào)諧是電磁波發(fā)射的過程,調(diào)制是電磁波接收的過程
C.在雙縫干涉實驗中,若僅將入射光由綠光改為紅光,則相鄰干涉條紋間距變窄
D.考慮相對論效應,一沿自身長度方向高速運動的桿長總比靜止時的桿變短.

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