Question

3．2015年12月，中國“可見光通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”獲得重大突破-可見光通信的實(shí)時通信速率已經(jīng)提高至50Gbps，相當(dāng)于0.2s即可下載一部高清電影．
（1）關(guān)于可見光，下列說法正確的是AC
A．可見光中的紅光比紫光的頻率低
B．可見光不能在真空中傳播
C．可見光波長越長，越容易發(fā)生衍射
D．可見光能發(fā)生光的干涉和衍射現(xiàn)象，說明光是橫波
（2）真空中一束波長為6×10^-7m的可見光，頻率為5×10¹⁴Hz，已知光在真空中的速度為3×10⁸m/s．該光進(jìn)入水中后，其波長與真空中的相比變變短（選填“長”或“短”）．
（3）可見光通信是利用LED燈的光線實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)的新型高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)．如圖所示，ABCD是LED閃光燈的圓柱形封裝玻璃體，其橫截面的直徑AB=d，厚度AD=$\frac{\sqrt{3}}{2}$d，LED燈（可視為點(diǎn)光源）固定在玻璃體CD面的圓心O，玻璃體的折射率為$\sqrt{2}$，光在真空中的傳播速度為c．求：
①光在玻璃體中傳播的速度；
②光線OA在AB面發(fā)生折射時的折射角．

Answer 1

分析 （1）可見光中紅光的頻率最低，紫光的頻率最高．在真空中各種色光的傳播速度相同．波長越長，越容易發(fā)生衍射．光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波．
（2）真空中光速為c=3×10⁸m/s，由波速公式c=λf求光的頻率．光進(jìn)入水中后，頻率不變，波速變小，由v=λf分析波長的變化．
（3）①根據(jù)v=$\frac{c}{n}$求出光在介質(zhì)中傳播的速度大�。�②根據(jù)入射角的大小，結(jié)合玻璃的折射率，通過折射定律即可求出．

解答 解：（1）A、可見光中的紅光比紫光的頻率低．故A正確．
B、可見光能在真空中傳播，故B錯誤．
C、可見光波長越長，波動性超強(qiáng)，越容易發(fā)生衍射，故C正確．
D、可見光能發(fā)生光的干涉和衍射現(xiàn)象，不能說明光是橫波，只有光的偏振現(xiàn)象說明光是橫波．故D錯誤．
故選：AC
（2）已知 λ=6×10^-7m，由c=λf得：f=$\frac{c}{λ}$=$\frac{3×1{0}^{8}}{6×1{0}^{-7}}$=5×10¹⁴Hz
光進(jìn)入水中后，頻率不變，波速變小，由v=λf分析知，波長變短．
（3）①根據(jù)v=$\frac{c}{n}$得光在玻璃體中傳播的速度為：
v=$\frac{3×1{0}^{8}}{\sqrt{2}}$=$\frac{3\sqrt{2}}{2}$×10⁸m/s．
②設(shè)光線OA在AB面發(fā)生折射時的入射角為i，折射角為r．由題圖可知：OD=$\frac{1}{2}$AB=$\frac{1}{2}$d
所以入射角的正切：tani=$\frac{OD}{AD}$=$\frac{\frac{1}{2}d}{\frac{\sqrt{3}}{2}d}$=$\frac{\sqrt{3}}{3}$
所以：r=30°
根據(jù)折射定律知：n=$\frac{sinr}{sini}$
所以：sinr=n•sini=$\sqrt{2}$×sin30°=$\frac{\sqrt{2}}{2}$
所以折射角：r=45°．
故答案為：（1）AC；（2）5×10¹⁴，變短；（3）①光在玻璃體中傳播的速度是$\frac{3\sqrt{2}}{2}$×10⁸m/s；②光線OA在AB面發(fā)生折射時的折射角是45°．

點(diǎn)評 該題是物理光學(xué)和幾何光學(xué)的問題，解決本題的關(guān)鍵要掌握可見光頻率、波長的關(guān)系，掌握光的折射定律n=$\frac{sini}{sinr}$，以及n=$\frac{c}{n}$，并能靈活應(yīng)用．