知识点挑题 - 高中物理 - 优优班--学霸训练营

1．光纤通信是70年代以后发展起来的新兴技术，世界上许多国家都在积极研究和发展这种技术．发射导弹时，可在导弹后面连一根细如蛛丝的光纤，就像放风筝一样，这种纤细的光纤在导弹和发射装置之间，起着双向传输信号的作用．光纤制导的下行光信号是镓铝砷激光器发出的在纤芯中波长为0.85μm的单色光．上行光信号是铟镓砷磷发光二极管发射的在纤芯中波长为1.06μm的单色光．这种操纵系统通过这根光纤向导弹发出控制指令，导弹就如同长“眼睛”一样盯住目标．根据以上信息，回答下列问题：
（1）在光纤制导中，上行光信号在真空中波长是多少？
（2）为什么上行光信号和下行光信号要采用两种不同频率的光？（已知光纤纤芯的折射率为1.47）

难度：中等

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2．红箭-10是我国研发的一种新型战术导弹，图（a）是它的工作示意图，导弹飞行过程中将有关参数转变为光信号，光信号再通过光纤传回到发射基地以便对导弹进行动态控制，图（b）是光纤的剖面图．
（1）某光信号在光纤内芯和外套分界面上发生全反射的临界角为θ，要使该光信号从真空由光纤一端入射不会通过外套“泄漏”出去，光纤内芯n应满足什么条件？
（2）若将导弹与发射基地间的光纤简化为长为L的直线光纤，求光信号会回发射基地的最长时间，已知内芯材料对光信号的折射率为n₁，光在真空中的传播速度为c．

难度：较难

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3．某有线制导弹发射时，在导弹发射基地和导弹间连一根细如蛛丝的特制光纤，它双向传输信号，能达到有线制导作用．光纤由纤芯和包层组成，其剖面如图1，其中纤芯材料的折射率n₁=2，包层折射率n₂=
3
，光纤长度为3
3
km．（已知当光从折射率为n₁的介质射入折射率为n₂的介质时，入射角θ₁、折射角θ₂间满足关系：n₁sinθ₁=n₂sinθ₂）试通过计算说明从光纤一端入射的光信号是否会通过包层“泄漏”出去；
（提示：在图2中，如果i=90°时的光线，在n₁和n₂的界面发生全反射，就不会“泄露”出去，而i小于90°的光线更“泄露”不出去．）

难度：中等

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4． 2010年广州亚运会，光纤通信网覆盖了所有奥运场馆，为各项比赛提供安全可靠的通信服务，光纤通信利用光的全反射将大量信息高速传输．如图所示，一条圆柱形的光导纤维，长为L，它的玻璃芯折射率为n₁，外层材料的折射率为n₂，光从一端射入经全反射后从另一端射出所需的最长时间为t，请探究分析以下问题：
（1）n₁和n₂的大小关系．
（2）最长时间t的大小．（图中标的C为全反射的临界角，其中sinC=
n2
n1
）

难度：中等

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5．被称为“光纤之父”的华裔物理学家高锟，由于在光纤传输信息研究方面做出了巨大贡献，与两位美国科学家共获2009年诺贝尔物理学奖．光纤由内芯和外套两层组成．某光纤内芯的折射率为n₁，外套的折射率为n₂，其剖面如图所示．在该光纤内芯和外套分界面上发生全反射的临界角为60°，为保证从该光纤一端入射的光信号都不会通过外套“泄漏”出去，求内芯的折射率n₁的最小值．

难度：较难

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6．光导纤维长l，其折射率为n，光从一个端面进入，从另一端面射出，光在光纤中运动的最长时间是多少？

难度：中等

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7．（选做题）光纤通信的主要优点是容量大、衰减小、抗干扰性强，载有声音、图象以及各种数字信号的激光从光纤的一端输入，就可沿着光纤传到千里之外的另一端，实现光纤通信．某光纤内芯半径为a，折射率为n，传递的信号是从光纤的轴线上O点射向光纤，为保证射人光纤的光信号在传输过程中发生全反射，O点到光纤端面的距离必须大于某一值．
（1）若该光纤长为L，求光在该光纤中传播的最短时间．
（2）若该光纤内芯半径a=45μm，n=
3
2
，假设光信号在其中传输时相对外套的临界角为53°，求O点到光纤端面距离的最小值（已知
19
=4.36，sin53°=0.8，cos53°=0.6）

难度：较难

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