17.如圖所示,折射率為n=1.8,長(zhǎng)度為L(zhǎng)=100m的玻璃纖維置于空氣中,若從A端射入的光線能在玻璃纖維中發(fā)生全反射,最后從B端射出,求:
(1)光在A面上射入角的最大值;
(2)若光在纖維中恰能發(fā)生全反射,由A端射入到B端射出經(jīng)歷的時(shí)間是多少?

分析 (1)光線在光纖側(cè)面AB上恰好發(fā)生全反射時(shí),入射角等于臨界角C,光在A面上入射角最大,先根據(jù)公式sinC=$\frac{1}{n}$,求出臨界角C,再由幾何關(guān)系求出光線在A端面的折射角,即可由折射率公式求解入射角的最大值.
(2)由數(shù)學(xué)知識(shí)求出從左端射入到右端射出光線通過的路程x.光在光纖中的傳播速度為v=$\frac{c}{n}$,由t=$\frac{x}{v}$求解時(shí)間.

解答 解:(1)光線在玻璃纖維側(cè)面恰好發(fā)生全反射時(shí),入射角等于臨界角C,如圖所示,此時(shí)光在AB面上的入射角最大.
由臨界角C的公式有:sinC=$\frac{1}{n}$
由幾何關(guān)系有 折射角為:θ2=90°-C
所以 cosθ2=sinC=$\frac{1}{n}$,sinθ2=$\sqrt{1-co{s}^{2}{θ}_{2}}$=$\frac{\sqrt{{n}^{2}-1}}{n}$
由n=$\frac{sin{θ}_{1}}{sin{θ}_{2}}$,解得:sinθ1=nsinθ2=$\sqrt{{n}^{2}-1}$=$\sqrt{1.{8}^{2}-1}$≈1.5
故θ1=arcsin1.5
(2)光在玻璃纖維中的傳播速度為 v=$\frac{c}{n}$
光從左端射入到右端射出光線通過的總路程 x=$\frac{L}{sinC}$=nL.
光由A端射入到從B端射出經(jīng)歷的時(shí)間是 t=$\frac{x}{v}$=$\frac{{n}^{2}L}{c}$=$\frac{1.{8}^{2}×100}{3×1{0}^{8}}$s=1.08×10-6s
答:
(1)光在A面上射入角的最大值是arcsin1.5;
(2)若光在纖維中恰能發(fā)生全反射,由A端射入到B端射出經(jīng)歷的時(shí)間是1.08×10-6s.

點(diǎn)評(píng) 對(duì)于幾何光學(xué)問題,一定要畫出光路圖,并根據(jù)題意找出臨界角與其他角度的關(guān)系,再結(jié)合相應(yīng)的規(guī)律解題.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

18.如圖是牛頓研究拋體運(yùn)動(dòng)時(shí)繪制的一幅草圖,以不同速度拋出的物體分別沿a、b、c、d軌跡運(yùn)動(dòng),其中a是一段曲線,b是貼近地球表面的圓,c是橢圓,d是雙曲線的一部分.已知萬有引力常量G、地球質(zhì)量M、半徑R、地面附近的重力加速度g.以下說法正確的是( 。
A.沿a運(yùn)動(dòng)的物體初速度一定等于$\sqrt{gR}$
B.沿b運(yùn)動(dòng)的物體速度等于$\sqrt{\frac{GM}{R}}$
C.沿c運(yùn)動(dòng)的物體初速度一定大于第二宇宙速度
D.沿d運(yùn)動(dòng)的物體初速度一定大于第三宇宙速度

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科目:高中物理 來源: 題型:填空題

8.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中:
(1)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)中,下列說法正確的是CD.
A.要先用天平稱重物的質(zhì)量
B.先松開紙帶讓重物下落再接通電源
C.先接通電源讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后再松開紙帶讓重物下落
D.要把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直架穩(wěn)
(2)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中,已知打點(diǎn)時(shí)器所用電源的頻率為50赫茲.查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=9.8m/s2.已知重物的質(zhì)量為1.00千克.實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶如圖,把第一點(diǎn)記作0,另選連續(xù)的4個(gè)點(diǎn)A、B、C、D作為測(cè)量的點(diǎn).經(jīng)測(cè)量知道:A、B、C、D各點(diǎn)到0點(diǎn)的距離分別為62.99厘米、70.18厘米、77.76厘米、85.73厘米.根據(jù)以上數(shù)據(jù),可知重物由0點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn),重力勢(shì)能的減少量等于7.62焦,動(dòng)牟的增加量等于7.56焦.(結(jié)果保留三位有效數(shù)字)

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

5.如圖所示,將截面為三角形、底面粗糙、斜面光滑的物塊P放在粗糙的水平地面上,其右端點(diǎn)與豎直擋板MN靠在一起,在P和MN之間放置一個(gè)光滑均勻的小圓柱體Q,整個(gè)裝置處于靜止?fàn)顟B(tài).若用外力使豎直擋板MN以N點(diǎn)為軸緩慢地順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)至MN水平之前,物塊P始終靜止不動(dòng),P、Q始終接觸.此過程中,下列說法正確的是(  )
A.MN對(duì)Q的彈力先減小后增大B.P對(duì)Q的彈力逐漸增大
C.地面對(duì)P的摩擦力逐漸減小D.地面對(duì)P的摩擦力方向水平向左

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

12.利用如圖1所示的裝置可以探究合力與分力的關(guān)系,在豎直木板鋪有白紙,固定兩個(gè)光滑的滑輪A和B,將繩子打一個(gè)結(jié)點(diǎn)0,每個(gè)鉤碼的重量相等,當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時(shí),根據(jù)鉤碼個(gè)數(shù)讀出三根繩子OA、OB、OC拉力的大小分別為F1、F2和F3,回答下列問題:
(1)改變鉤碼個(gè)數(shù),實(shí)驗(yàn)?zāi)芡瓿傻氖荁CD.
A.鉤碼的個(gè)數(shù)N1=N2=2,N3=5
B.鉤碼的個(gè)數(shù)N1=N2=3,N3=4
C.鉤碼的個(gè)數(shù)N1=N2=N3=4
D.鉤碼的個(gè)數(shù)N1=4,N2=5,N3=5
(2)在拆下鉤碼和繩子前,最重要的一個(gè)步驟是A.
A.標(biāo)記結(jié)點(diǎn)O的位置,并記錄OA、OB、OC三段繩子的方向
B.量出OA、OB、OC三段繩子的長(zhǎng)度
C.用量角器量出三根繩子之間的夾角
D.用天平測(cè)出鉤碼的質(zhì)量
(3)在作圖時(shí),某組同學(xué)以表示F1、F2的線段為鄰邊做平行四邊形得到F,并在圖2中畫出表示豎直方向的虛線,你認(rèn)為圖中圖甲是正確的.(填“甲”或“乙”)

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

2.我國(guó)于2007年和2010年分別將“嫦娥一號(hào)”和“嫦娥二號(hào)”成功發(fā)射,“嫦娥三號(hào)”亦在2013年落月探測(cè)90天,并已給落月點(diǎn)起了一個(gè)富有詩(shī)意的名字--“廣寒宮”.
(1)若已知地球半徑為R,地球表面的重力加速度為g,月球繞地球運(yùn)動(dòng)的周期為T,月球繞地球的運(yùn)動(dòng)近似看做勻速圓周運(yùn)動(dòng),請(qǐng)求出月球繞地球運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r;
(2)若宇航員隨登月飛船登陸月球后,在月球表面某處以速度v0豎直向上拋出一個(gè)小球,經(jīng)過時(shí)間t,小球落回拋出點(diǎn).已知月球半徑為R,引力常量為G,請(qǐng)求出月球的質(zhì)量m

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科目:高中物理 來源: 題型:解答題

9.(1)在“探究力的等效和替代的平行四邊形定則”的實(shí)驗(yàn)中,橡皮條的一端
固定在木板上,用兩個(gè)彈簧秤把橡皮條的另一端拉到某一位置O點(diǎn),以下操作中
錯(cuò)誤的有ACD. 
A、同一次實(shí)驗(yàn)中,O點(diǎn)位置允許變動(dòng);
B、實(shí)驗(yàn)中,彈簧秤必須保持與木板平行,讀數(shù)時(shí)視線要正對(duì)彈簧秤刻度;
C、實(shí)驗(yàn)中,先將其中一個(gè)彈簧秤沿某一方向拉到最大量程,然后只需調(diào)節(jié)另一彈簧秤的拉力的大小和方向,把橡皮條的節(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn);
D、實(shí)驗(yàn)中,把橡皮條的節(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)時(shí),兩彈簧秤之間的夾角應(yīng)取90°不變,以便于算出合力的大。
(2)小明在研究“探究求合力的方法”的實(shí)驗(yàn)中,得出F隨夾角變化的規(guī)律如圖所示,由圖象及力的合成知識(shí)可求得兩分力分別為6N,8N.

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科目:高中物理 來源: 題型:選擇題

6.某交流發(fā)電機(jī)給燈泡供電,產(chǎn)生正弦式交變電流的圖象如圖所示,下列說法正確的是(  )
A.若發(fā)電機(jī)線圈電阻為0.4Ω,則其產(chǎn)生的熱功率為5W
B.交變電流的瞬時(shí)表達(dá)式為i=5sin50πt (A)
C.在t=0.01s時(shí),穿過交流發(fā)電機(jī)線圈的磁通量最大
D.交變電流的頻率為0.02Hz

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科目:高中物理 來源: 題型:多選題

7.根據(jù)熱力學(xué)定律判斷下列說法中正確的是( 。ú欢(xiàng))
A.第一類永動(dòng)機(jī)違反了能量守恒定律
B.第二類永動(dòng)機(jī)不違反能量守恒定律
C.當(dāng)人類的科學(xué)技術(shù)發(fā)展到一定程度時(shí)永動(dòng)機(jī)是可以制造出來的
D.冰箱可以自發(fā)地使熱量由溫度較低的冰箱內(nèi)向溫度較高的冰箱外轉(zhuǎn)移
E.熵增加原理說明一切自然過程總是向著分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性增加的方向進(jìn)行

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