解题思路:根据折射定律求入射角的条件,利用全反射的条件和运动学知识求光线传播所用的最长时间.
(1)设激光束在光导纤维端面的入射角为i,折射角为α,折射光线射向侧面时的入射角为β,要保证不会有光线从侧壁射出来,其含义是能在侧壁发生全反射.
由折射定律:n=
sini
sina
由几何关系:α+β=90°,sinα=cosβ
恰好发生全反射临界角的公式:sinβ=
1
n,得cosβ=
1−
1
n2
联立得sini=
n2−1
要保证从端面射入的光线能发生全反射,应有sini≤
n2−1
(2)光在玻璃丝中传播速度的大小为v=[c/n]
光速在玻璃丝轴线方向的分量为vz=vsina
光线从玻璃丝端面AB传播到其另一端面所需时间为T=[L
vz
光线在玻璃丝中传播,在刚好发生全反射时,光线从端面AB传播到其另一端面所需的时间最长,联立得Tmax=
Ln2/c]
答:(i) 光线在端面AB上的入射角应满足sini≤
n2−1
(ii)线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所藉的最长时间Tmax=
Ln2
c
点评:
本题考点: 全反射.
考点点评: 本题是2013年湖北高考题,考查了折射定律和全反射的条件,难度稍大.