8.紅箭-10是我國(guó)研發(fā)的一種新型戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈,圖(a)是它的工作示意圖,導(dǎo)彈飛行過(guò)程中將有關(guān)參數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào),光信號(hào)再通過(guò)光纖傳回到發(fā)射基地以便對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制,圖(b)是光纖的剖面圖.
(1)某光信號(hào)在光纖內(nèi)芯和外套分界面上發(fā)生全反射的臨界角為θ,要使該光信號(hào)從真空由光纖一端入射不會(huì)通過(guò)外套“泄漏”出去,光纖內(nèi)芯n應(yīng)滿足什么條件?
(2)若將導(dǎo)彈與發(fā)射基地間的光纖簡(jiǎn)化為長(zhǎng)為L(zhǎng)的直線光纖,求光信號(hào)會(huì)回發(fā)射基地的最長(zhǎng)時(shí)間,已知內(nèi)芯材料對(duì)光信號(hào)的折射率為n1,光在真空中的傳播速度為c.

分析 (1)根據(jù)全反射的條件,結(jié)合光的折射定律,即可求解;
(2)根據(jù)入射角最大時(shí)所用的時(shí)間最長(zhǎng),及運(yùn)動(dòng)的合成與分解,即可求解.

解答 解:(1)如圖所示,當(dāng)在端面上的入射角最大(im=90°)時(shí),折射角r也最大,在纖芯與包層分界面上的入射角i′最。
在端面上im=90°時(shí),由:n=$\frac{sin90°}{sinr}$
解得:sinr=$\frac{1}{n}$,
當(dāng)i′=θ時(shí)恰好發(fā)生全反射,有:i'=90°-r,
則:sinθ=sini′=sin(90°-r)=cosr=$\sqrt{1-\frac{1}{{n}^{2}}}$,
解得:n=$\frac{1}{cosθ}$,
要使該光信號(hào)從真空由光纖一端入射不會(huì)通過(guò)外套“泄漏”出去,光纖內(nèi)芯:n<$\frac{1}{cosθ}$;
(2)內(nèi)芯材料對(duì)光信號(hào)的折射率為n1,則sinr=$\frac{1}{{n}_{1}}$,則有:cosr=$\frac{\sqrt{{n}_{1}^{2}-1}}{{n}_{1}}$,
當(dāng)在端面上入射角最大時(shí)所用的時(shí)間最長(zhǎng),這時(shí)光在纖芯中總路程為:s=$\frac{L}{cosr}$,
光纖中光速:v=$\frac{c}{{n}_{1}}$,
光的傳播時(shí)間為:t=$\frac{s}{v}$,
解得:t=$\frac{{n}_{1}^{2}L}{c\sqrt{{n}_{1}^{2}-1}}$. 
答:(11)光纖內(nèi)芯n應(yīng)滿足的條件是n<$\frac{1}{cosθ}$;
(2)光信號(hào)發(fā)回發(fā)射基地的最長(zhǎng)時(shí)間為$\frac{{n}_{1}^{2}L}{c\sqrt{{n}_{1}^{2}-1}}$.

點(diǎn)評(píng) 本題考查了光的折射定律的應(yīng)用,掌握全反射的條件,理解運(yùn)動(dòng)的合成與分解在其中的應(yīng)用即可解題,解題時(shí)注意作出光路圖,注意幾何知識(shí)的應(yīng)用.

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:選擇題

1.對(duì)于水平放置的平行板電容器,下列說(shuō)法正確的是( 。
A.將兩極板間的距離增大,電容器的電容將增大
B.將兩極板平行錯(cuò)開,使正對(duì)面積減小,電容器的電容將減小
C.在極板間加一陶瓷板,電容器的電容將減小
D.將電容器兩極板的電量減少,電容器的電容將減小

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

2.我國(guó)田徑名將劉翔,在2010年廣州亞運(yùn)會(huì)上以13秒09的成績(jī)奪得110米欄金牌.連續(xù)三次打破亞運(yùn)記錄.下列有關(guān)說(shuō)法正確的是( 。
A.研究劉翔在飛奔的110米的過(guò)程所用的時(shí)間,不可以看做質(zhì)點(diǎn)
B.教練為了分析其動(dòng)作要領(lǐng),可以將其看做質(zhì)點(diǎn)
C.無(wú)論研究什么問(wèn)題,均不能把劉翔看做質(zhì)點(diǎn)
D.是否能將劉翔看做質(zhì)點(diǎn),決定于我們所研究的問(wèn)題

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

19.物體由靜止開始運(yùn)動(dòng),加速度恒定,在第7s內(nèi)的初速度是2.6m/s,則物體的加速度是( 。
A.0.46 m/s2B.0.37 m/s2C.2.6 m/s2D.0.43 m/s2

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

3.如圖所示,用兩根同樣的細(xì)繩把兩個(gè)帶同種電荷的小球懸掛在同一點(diǎn).兩球的質(zhì)量分別為mA、mB,所帶的電荷量分別為qA、qB.兩球靜止時(shí)在同一水平面上,懸線與豎直線的偏角分別為α和β,則說(shuō)法正確的是( 。
A.mA>mB qA<qBB.mA<mB qA<qBC.mA=mB qA<qBD.mA=mB qA>qB

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

13.如圖所示,一個(gè)電荷量為e、質(zhì)量為m的帶電粒子,以初速度v0從偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的極板左端中央沿垂直電場(chǎng)方向射入勻強(qiáng)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng),偏轉(zhuǎn)后通過(guò)位于下極板的小孔S離開電場(chǎng),進(jìn)入范圍足夠大、上端和左端有理想邊界、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B、方向垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)區(qū)域的上端以偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的下極板為邊界,磁場(chǎng)的左邊界MN與偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的下極板垂直,且MN與小孔S左邊緣相交于M點(diǎn).已知帶電粒子通過(guò)小孔S時(shí)的速度方向與下極板的夾角成θ=45°,整個(gè)裝置處于真空中,粒子所受重力、小孔S的大小及偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)的邊緣效應(yīng)均可忽略不計(jì).
(1)求偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)兩極板間的電壓U;
(2)帶電粒子從磁場(chǎng)的左邊界MN的S1點(diǎn)飛出,求M點(diǎn)與S1點(diǎn)間的距離L.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

20.下列說(shuō)法正確的是( 。
A.用同樣大的力去推兩個(gè)物體,其中能被推動(dòng)的一個(gè)慣性小
B.夾角不變的兩個(gè)分力大小都增大,合力一定增大
C.蕩秋千從最低點(diǎn)上升到最高點(diǎn)的過(guò)程中,人處于超重狀態(tài)
D.在時(shí)間t內(nèi),加速度與速度方向相同,速度一定不斷增大

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:解答題

17.某同學(xué)用如圖1甲所示裝置測(cè)量重力加速度g,所用交流電源頻率為50Hz..在所選紙帶上取某點(diǎn)為0號(hào)計(jì)數(shù)點(diǎn),然后每3個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),所有測(cè)量數(shù)據(jù)及其標(biāo)記符號(hào)如圖乙所示.

設(shè)該同學(xué)用兩種方法處理數(shù)據(jù)(T為相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的時(shí)間間隔):
方法A:由g1=$\frac{{x}_{2}-{x}_{1}}{{T}^{2}}$,g2=$\frac{{x}_{3}-{x}_{2}}{{T}^{2}}$,…,g5=$\frac{{x}_{6}-{x}_{5}}{{T}^{2}}$,得平均值$\overline{g}$=8.667m/s2
方法B:由g1=$\frac{{x}_{4}-{x}_{1}}{3{T}^{2}}$,g2=$\frac{{x}_{5}-{x}_{2}}{3{T}^{2}}$,g3=$\frac{{x}_{6}-{x}_{3}}{3{T}^{2}}$,得平均值$\overline{g}$=8.673m/s2
從數(shù)據(jù)處理方法看,在x1、x2、x3、x4、x5、x6中,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果起作用的,方法A中有x1、x6;方法B中有x1、x2、x3、x4、x5、x6.因此,選擇方法B(A或B)更合理,這樣可以減少實(shí)驗(yàn)的偶然(填“系統(tǒng)”或“偶然”)誤差.本實(shí)驗(yàn)誤差的主要來(lái)源有(試舉出兩條)阻力[空氣阻力,振針的阻力,限位孔的阻力,復(fù)寫紙的阻力等],交流電頻率波動(dòng),長(zhǎng)度測(cè)量,數(shù)據(jù)處理方法等.

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18.在單杠上做引體向上,兩臂伸直且兩臂間距與肩同寬,處于靜止?fàn)顟B(tài).若逐漸增大兩手間距離(仍保持手臂伸直),則手臂所受的拉力T、手與單杠間的摩擦力f變化情況正確的是( 。
A.T變大,f變大B.T變小,f變大C.T變大,f不變D.T變小,f變小

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