光纖是現(xiàn)代通訊普遍使用的信息傳遞媒介,它利用全反射原理來(lái)傳遞光信號(hào).現(xiàn)有一根圓柱形光纖,已知制作光纖材料的折射率為n.假設(shè)光信號(hào)從光纖一端的中心進(jìn)入.如圖所示,為保證沿任意方向進(jìn)入的光信號(hào)都能傳遞到另一端,n不能小于某一值.
(1)求n的最小值;
(2)沿不同方向進(jìn)入光纖的光信號(hào)傳遞到另一端所用的時(shí)間會(huì)有所不同,求最長(zhǎng)時(shí)間與最短時(shí)間的比值.
(1)設(shè)光的入射角為i,折射角為r,根據(jù)折射定律得:
sini
sinr
=n…(1)
當(dāng)i趨于90°時(shí),r最大,此時(shí)光在側(cè)面的入射角最小,只要能保證此時(shí)光在側(cè)面恰好發(fā)生全反射,
即能保證所有入射光都能發(fā)生全反射.即:sin(90°-r)=
1
n
…(2)
聯(lián)立以上兩式,并注意到i=90°,可解得:n=
2
…(3)
(2)設(shè)光從一端垂直入射,不經(jīng)反射直接到達(dá)另一端所用時(shí)間為t1,此時(shí)所用時(shí)間應(yīng)最短.
設(shè)光在光纖中傳播速度為v,則:t1=
L
v
…(4)
而光經(jīng)過(guò)多次全反射后到達(dá)另一端所用時(shí)間就會(huì)變長(zhǎng),從圖中可以看出i越大,發(fā)生反射的次數(shù)就越多,到達(dá)另一端所用時(shí)間就越長(zhǎng),當(dāng)i=90°時(shí),所用時(shí)間最長(zhǎng),設(shè)為t2,t2=
L
vcosr
…(5)
聯(lián)立(1)(4)(5)得:
t2
t1
=
n
n2-1

答:(1)n的最小值為
2
;
(2)最長(zhǎng)與最短時(shí)間的比
n
n2-1
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源:不詳 題型:單選題

如圖所示.AOB為透明扇形玻璃磚,圓心角,OM為AOB的角平分線,一束平行于OM的單色光在空氣中由OA邊射人玻璃磚,經(jīng)OA面折射后的光線恰平行于OB。則下列說(shuō)法中正確的是

A.該玻璃的折射率為2
B.經(jīng)OA面折射后的光線射到AMB面都將發(fā)生全反射
C.該入射光在空氣中的波長(zhǎng)與玻璃磚中的波長(zhǎng)相等
D.該入射光在空氣中的頻率與玻璃磚中的頻率相等

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源:不詳 題型:問(wèn)答題

一個(gè)三棱鏡的橫截面是直角三角形,且,棱鏡材料的折射率為,把此三棱鏡放在真空中,一束平行單色光斜射向AC面上的AD部分,經(jīng)棱鏡后垂直于BC面射出.

(1)這種棱鏡材料的臨界角多大?
(2)在圖中畫(huà)出一條由AD部分射入,最后垂直BC面射出的光線的完整光路圖,并計(jì)算此光在AC面上的入射角度數(shù).

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源:不詳 題型:單選題

如圖所示,一束單色光沿折射率為的半圓柱形玻璃磚的半徑垂直面入射,有光線  從面射出。以O(shè)點(diǎn)為圓心,將玻璃磚緩慢轉(zhuǎn)過(guò)角時(shí),恰好沒(méi)有光線從面射出。則為(反三角函數(shù)表示法:例,若,則)  (   )
A.B.C.D.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源:不詳 題型:問(wèn)答題

已知玻璃對(duì)某種單色光的折射率n=,現(xiàn)使一束該單色光沿如圖所示方向射到三棱鏡的AB面上,最后從棱鏡射出.假設(shè)光在行進(jìn)過(guò)程中有折射光線存在時(shí)不考慮反射問(wèn)題,則

(1)在原圖中畫(huà)出該光束在棱鏡中的光路圖.
(2)求光射出棱鏡時(shí)的折射角.(結(jié)果可用反三角函數(shù)表示.已知一組可能使用的三角函數(shù)近似值sin 100="0." 17,sin 200="0." 34, sin 400="0." 64, sin 500="0." 77)

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源:不詳 題型:單選題

介質(zhì)Ⅰ中光速為v1=c,介質(zhì)Ⅱ中的光速為v2=
c
2
,臨界角30°,如果光線a,b如圖中所示射到Ⅰ、Ⅱ兩介質(zhì)的分界面上,那么正確的是( 。
A.a(chǎn),b均不能發(fā)生全反射B.a(chǎn),b均能發(fā)生全反射
C.a(chǎn)能發(fā)生全反射D.b能發(fā)生全反射

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源:不詳 題型:單選題

一個(gè)折射率為
2
的三棱鏡,頂角是45°,有很細(xì)的一束光以如圖所示方向射到三棱鏡上,入射角為i(0°<i<90°),有關(guān)這束光的傳播過(guò)程,下列判斷中正確的是( 。
A.在I、II兩界面都可能發(fā)生全反射
B.在I、II兩界面都不可能發(fā)生全反射
C.只有在界面I可能發(fā)生全反射
D.只有在界面II可能發(fā)生全反射

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源:不詳 題型:單選題

如圖所示,一束光a從空氣射向一玻璃三棱鏡,出來(lái)后分為兩束光,這表明:
A.b、c兩束光是不同顏色的色光;
B.b在玻璃中的傳播速率小于c在玻璃中的傳播速率;
C.玻璃對(duì)b光的折射率比玻璃對(duì)c光的折射率;
D.b、c兩種色光在真空中的傳播速率一定相等。

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源:不詳 題型:單選題

對(duì)于光的說(shuō)法正確的是( 。
A.一定顏色的光的傳播速度大小由介質(zhì)決定
B.不同顏色的光在同一介質(zhì)中傳播時(shí),波長(zhǎng)越短的色光傳播速度越大
C.同一頻率的光在不同介質(zhì)中波長(zhǎng)不同,而在真空中的波長(zhǎng)最短
D.同一色光的頻率隨傳播速度不同而改變

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊(cè)答案