图示为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图,玻璃丝长为L,折射率为n,AB代表端面.已知光在真空中的传播速度为c.

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  • 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.