题目内容

【题目】光纤主要由折射率较大的纤芯与折射率较小的外套组成。在光纤中传输的信号是脉冲光信号。当一个光脉冲从光纤中输入,经过一段长度的光纤传输之后,其输出端的光脉冲会变宽,这种情况较严重(脉冲变宽到一定程度)时会导致信号不能被正确传输。引起这一差别的主要原因之一是光通过光纤纤芯时路径长短的不同(如图),沿光纤轴线传输的光纤用时最短,在两种介质界面多次全反射的光线用时最长。为简化起见,我们研究一根长直光纤,设其内芯折射率为n1,外套折射率为n2。在入射端,光脉冲宽度(即光持续时间)为Δt,在接收端光脉冲宽度(即光持续时间)为Δt’, Δt’t

A. 为了保证光脉冲不从外套出,内芯和包套材料折射率的关系应满足:n1<n2

B. 内芯材料的折射率n1越大,光脉冲将越不容易从外套

C. 为了尽可能减小Δt’Δt的差值,应该选用波长更短的光

D. 为了尽可能减小Δt’Δt的差值,应该减小光纤的直径

【答案】B

【解析】

发生全反射的必要条件是:光必须从光密介质射入光疏介质,即从折射率大的介质射入折射率小的介质,所以当内芯的折射率比外套的大时,光在内芯与外套的界面上才能发生全反射,故A错误;根据,可知内芯材料的折射率越大,全反射的临界角C越小,越容易发生全反射,则光脉冲将越不容易从外套出,B正确;设光纤的长度为L,则光通过光纤轴线传输用时最短,光在光纤中的速度,则最短时间有 设光从左端面的A点以入射,折射角为,在B点全反射时的入射角和反射角为,如图所示:

如果就是光在光导纤维全反射的临界角C,则光在介质中的传播时间为最长,,所以光通过光导纤维所用的最长时间为:,故,所以选用波长更短的光时,频率越大,折射率越大,越大,而的表达式与光纤的直径无关,CD错误。

练习册系列答案
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【题目】在玻尔的原子结构理论中氢原子由高能态向低能态跃迁时能发出一系列不同频率的光波长可以用巴耳末一里德伯公式 来计算式中为波长,R为里德伯常量,nk分别表示氢原子跃迁前和跃迁后所处状态的量子数对于每一个 。其中赖曼系谐线是电子由的轨道跃迁到的轨道时向外辐射光子形成的巴耳末系谱线是电子由 的轨道跃迁到的轨道时向外辐射光子形成的。

(1)如图所示的装置中K为一金属板A为金属电极都密封在真空的玻璃管中S为石英片封盖的窗口单色光可通过石英片射到金属板K上。实验中当滑动变阻器的滑片位于最左端用某种频率的单色光照射K电流计G指针发生偏转向右滑动滑片AK的电势低到某一值 (遏止电压)电流计C指针恰好指向零现用氢原子发出的光照射某种金属进行光电效应实验。若用赖曼系中波长最长的光照射时,遏止电压的大小为若用巴耳末系中的光照射金属时,遏止电压的大小为金属表面层内存在一种力阻碍电子的逃逸。电子要从金属中挣脱出来必须克服这种阻碍做功。使电子脱离某种金属所做功的最小值,叫做这种金属的出功。已知电子电荷量的大小为e真空中的光速为c,里德伯常量为R。试求

a赖曼系中波长最长的光对应的频率

b普朗克常量h和该金属的逸出功

(2)光子除了有能量还有动量动量的表达式为 (h为普朗克常量)

a请你推导光子动量的表达式

b.处于n=2激发态的某氢原子以速度运动当它向的基态跃迁时沿与相反的方向辐射一个光子。辐射光子前后可认为氢原子的质量为M不变。求辐射光子后氢原子的速度 (hRM表示)

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