精英家教網(wǎng)(選做題)光纖通信的主要優(yōu)點(diǎn)是容量大、衰減小、抗干擾性強(qiáng),載有聲音、圖象以及各種數(shù)字信號(hào)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(shí)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(hào)是從光纖的軸線上O點(diǎn)射向光纖,為保證射人光纖的光信號(hào)在傳輸過(guò)程中發(fā)生全反射,O點(diǎn)到光纖端面的距離必須大于某一值.
(1)若該光纖長(zhǎng)為L(zhǎng),求光在該光纖中傳播的最短時(shí)間.
(2)若該光纖內(nèi)芯半徑a=45μm,n=
3
2
,假設(shè)光信號(hào)在其中傳輸時(shí)相對(duì)外套的臨界角為53°,求O點(diǎn)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(dāng)光線垂直端面射入,傳播的路徑最短,則傳播的時(shí)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(shí)間.
(2)通過(guò)光信號(hào)在其中傳輸時(shí)相對(duì)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(guān)系求出O點(diǎn)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(zhǎng).
則最短時(shí)間t=
L
v
=
nL
c

(2)光信號(hào)在其中傳輸時(shí)相對(duì)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(shè)點(diǎn)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(shí)間為
nL
c

(2)O點(diǎn)到光纖端面距離的最小值為21.8μm.
點(diǎn)評(píng):本題考查了折射定律、全反射等知識(shí),對(duì)數(shù)學(xué)幾何的能力要求較高,需加強(qiáng)訓(xùn)練.
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:閱讀理解

選做題  
A.(選修模塊3-3)

(1)下列說(shuō)法中正確的是
AC
AC

A.雨水沒(méi)有透過(guò)布雨傘是因?yàn)橐后w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(fù)功,分子勢(shì)能增大
C.氣體自發(fā)地?cái)U(kuò)散運(yùn)動(dòng)總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)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(yùn)動(dòng)越明顯
(2)一密閉氣體膨脹對(duì)外做功150J,同時(shí)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(wú)摩擦.當(dāng)溫度為T(mén)1時(shí),氣體壓強(qiáng)為P1,體積為V1;若溫度升高到T2,氣體壓強(qiáng)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(qiáng)變?yōu)镻3,溫度變?yōu)門(mén)3,則P3
P1,T3
T1(填“>”、“=”或“<”).
B.(選修模塊3-4)
(1)香港中文大學(xué)第三任校長(zhǎng)高錕榮獲了2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)高度評(píng)價(jià)了高錕的貢獻(xiàn),評(píng)委會(huì)指出:高錕1966年發(fā)現(xiàn)如何通過(guò)光學(xué)玻璃纖維遠(yuǎn)距離傳輸光信號(hào)的工作,成為今日電話(huà)和高速互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的基石.下列關(guān)于“光纖”及原理的說(shuō)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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)
B.光纖通信、全息照相、數(shù)碼相機(jī)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(shí)用光導(dǎo)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(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射
D.當(dāng)今,在信號(hào)的傳輸領(lǐng)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),坐標(biāo)原點(diǎn)O為平衡位置,MN=8cm.從小球經(jīng)過(guò)圖中N點(diǎn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),到第一次經(jīng)過(guò)O點(diǎn)的時(shí)間為0.2s,則小球的振動(dòng)周期為
0.8
0.8
s,振動(dòng)方程的表達(dá)式為x=
4cos
2
t
4cos
2
t
cm;
(3)下列說(shuō)法中正確的是
D
D

A.雷達(dá)是利用聲波的反射來(lái)測(cè)定物體的位置
B.調(diào)諧是電磁波發(fā)射的過(guò)程,調(diào)制是電磁波接收的過(guò)程
C.在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)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(duì)論效應(yīng),一沿自身長(zhǎng)度方向高速運(yùn)動(dòng)的桿長(zhǎng)總比靜止時(shí)的桿變短.

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科目:高中物理 來(lái)源:模擬題 題型:計(jì)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(zhǎng)為L(zhǎng)的直光導(dǎo)纖維,它的折射率為,為簡(jiǎn)化問(wèn)題,光纖外套忽略不計(jì)。如果把該光纖放在空氣中,則
①?gòu)乃淖蠖嗣嬉詉=45°進(jìn)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(shí)間t。

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科目:高中物理 來(lái)源:2011年江蘇省南京師大附中高考物理綜合訓(xùn)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(shuō)法中正確的是______
A.雨水沒(méi)有透過(guò)布雨傘是因?yàn)橐后w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(fù)功,分子勢(shì)能增大
C.氣體自發(fā)地?cái)U(kuò)散運(yùn)動(dòng)總是沿著分子熱運(yùn)動(dòng)的無(wú)序性增大的方向進(jìn)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(yùn)動(dòng)越明顯
(2)一密閉氣體膨脹對(duì)外做功150J,同時(shí)從外界吸熱250J,它的內(nèi)能變化為_(kāi)_____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(wú)摩擦.當(dāng)溫度為T(mén)1時(shí),氣體壓強(qiáng)為P1,體積為V1;若溫度升高到T2,氣體壓強(qiáng)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(qiáng)變?yōu)镻3,溫度變?yōu)門(mén)3,則P3______P1,T3______T1(填“>”、“=”或“<”).
B.(選修模塊3-4)
(1)香港中文大學(xué)第三任校長(zhǎng)高錕榮獲了2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)高度評(píng)價(jià)了高錕的貢獻(xiàn),評(píng)委會(huì)指出:高錕1966年發(fā)現(xiàn)如何通過(guò)光學(xué)玻璃纖維遠(yuǎn)距離傳輸光信號(hào)的工作,成為今日電話(huà)和高速互聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的基石.下列關(guān)于“光纖”及原理的說(shuō)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(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)
B.光纖通信、全息照相、數(shù)碼相機(jī)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(shí)用光導(dǎo)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(shí)在內(nèi)芯與外套的界面上發(fā)生全反射
D.當(dāng)今,在信號(hào)的傳輸領(lǐng)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(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),坐標(biāo)原點(diǎn)O為平衡位置,MN=8cm.從小球經(jīng)過(guò)圖中N點(diǎn)時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí),到第一次經(jīng)過(guò)O點(diǎn)的時(shí)間為0.2s,則小球的振動(dòng)周期為_(kāi)_____s,振動(dòng)方程的表達(dá)式為x=______cm;
(3)下列說(shuō)法中正確的是______
A.雷達(dá)是利用聲波的反射來(lái)測(cè)定物體的位置
B.調(diào)諧是電磁波發(fā)射的過(guò)程,調(diào)制是電磁波接收的過(guò)程
C.在雙縫干涉實(shí)驗(yàn)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(duì)論效應(yīng),一沿自身長(zhǎng)度方向高速運(yùn)動(dòng)的桿長(zhǎng)總比靜止時(shí)的桿變短.

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