- 光
- 共1341题
如图所示,一细长的圆柱形均匀玻璃棒,其一个端面是平面(垂直于轴线),另一个端面是球面,球心位于轴线上。现有一很细的光束沿平行于轴线方向且很靠近轴线入射。当光从平端面射入棒内时,光线从另一端面射出后与轴线的交点到球面的距离为a;当光线从球形端面射入棒内时,光线在棒内与轴线的交点到球面的距离为b。试近似地求出玻璃的折射率n。
正确答案
本题考查几何光学,首先画出光路图,由几何关系求解
入射的两条光线如图所示。α1、β1是从平端入射的光线通过球形端面时的入射角和折射角;α2、β2是从球形端面入射的光线通过球面时的入射角和折射角。根据折射定律有
nsinα1=sinβ1 (1)
sinα2=nsinβ2 (2)
由几何关系有β1=α1+δ1 (3)
α2=β2+δ2 (4)
设球面的半径为R,注意到α1、α2、δ1、δ2都是小角度,故有Rα1=aδ1 (5)
Rα2=bδ2 (6)
根据题给的条件,(1)、(2)式可近似表示成nα1=β1 (7)
α2=nβ2 (8)
由(3)式−(8)式得 (9)
在某种液体中,某色光的传播速度为1.5×108m/s,波长为250nm。求:
(1)此液体的折射率;
(2)此色光从这种液体射入空气时,产生全反射的临界角;
(3)此色光在空气中能产生明显衍射时小孔的孔径是多少微米?
正确答案
(1)2(2) 30°(3) 0.5m
(1)n==2
(2)C=arcsin=30°
(3) 由n==
=
得
=n
=0.5
m
本题考查了光的折射以及全反射知识,产生明显衍射的条件是波长和障碍物的尺寸相差不大。
一台二氧化碳激光器发出的激光功率为P="1" 000 W,出射光束截面积为A="1" mm2,这束光垂直射到温度为T="273" K,厚度为d="2" cm的铁板上,如果有80%的光束能量被激光照射到那一小部分铁板所吸收,并使其熔化成与光束等截面积的直圆柱孔,需要多少时间?铁的有关参数:热容量c="26.6" J/mol·K,密度ρ=7.90×103 kg/m3,熔点Tm="1" 798 K,熔解热L=1.49×104 J/mol,摩尔质量U=56×10-3 kg。
正确答案
0.192 s
激光所照射到的质量为M的部分铁板在熔化过程中所吸收的热量为Q=(cΔT+L)="Pt·80% " 其中质量M=Adρ。代入数据求得t="0.192" s
如图所示,直角三角形ABC为透明介质的横截面,O为AB的中点,A=30º。一束平行于AC边的单色光入射到AB界面上,a、b是其中两条光线。a光线射向O点,经折射后折射向C点;
求介质的折射率。
光线b的折射光线 (填“能”或“不能”)从AC面射出介质。
正确答案
(1)(2)不能
如图所示,
入射角a=60º,折射角β=30º(1分)
由折射定律得n=sina/sinβ(1分)
代入数据得n= (1wv )
不能(1分)
关于玻璃折射率测量方法很多,如插针法和全反射法等。请完成下列两题:
(1)在用插针法“测定玻璃的折射率”实验中,已画好玻璃砖界面两直线aa′与bb′后,不小心误将玻璃砖向上稍平移了一点,如图所示,若其他操作正确,则测得的折射率将___________(选填“变大”、“不变”或“变小”)
(2)用如图所示装置测定玻璃的折射率,在光具盘的中央固定一个半圆形的玻璃砖,使二者的圆心O重合。现使激光束从玻璃圆弧面一侧入射并垂直直径平面通过圆心O射出玻璃砖,记下入射光束在光具盘上所对应的刻度,以圆心O为轴逆时针缓慢转动光具盘,同时观察直径平面一侧出射光线的变化:出射光线不断向下偏转并越来越暗,直到刚好看不到出射光线为止,并记下这时入射光线在光具盘上位置的刻度。则光具盘上两次刻度分别到O连线之间的夹角θ就是光束从玻璃射向空气的 ,玻璃的折射率表达式为n= 。
正确答案
(1)不变 (2)临界角 。
上移后根据大头针的位置得到的入射光线和折射光线平行,即入射角和折射角大小没有变化,所以不影响,当转动光具盘正好看不到出射光线时,入射光发生了全反射,根据公式,可得折射率,
如图所示,某三棱镜的横截面是一个直角三角形,∠,∠
,棱镜材料的折射率为
。底面
涂黑,入射光沿平行底边
的方向射向
面,经
面折射,再经
面折射后出射。求:
⑴出射光线与入射光线的延长线的夹角。
⑵为使上述入射光线能从面出射,折射率
的最大值是多少。
正确答案
(1)(2)
本题考查光的折射,首先应画出光路图,再由三角关系和折射率公式求解
⑴ 1
1
1
2
2
⑵ 2
2
2
得
1
(1)一振动周期为T,振幅为A,位于x=0点的被波源从平衡位置沿y轴正向开始做简谐震动,该波源产生的一维简谐横波沿x轴正向传播,波速为,传播过程中无能量损失,一段时间后,该震动传播至某质点p,关于质点p振动的说法正确的是______。
A振幅一定为a
B周期一定为t
C速度的最大值一定为
D开始振动的方向沿y轴向上或向下取决去它离波源的距离
E若p点与波源距离s=t,则质点p的位移与波源的相同
(2)一半圆柱形透明物体横截面如图所示,地面AOB镀银,(图中粗线)
o表示半圆截面的圆心一束光线在横截面内从M点入射,经过AB面反射后从N点射出,已知光线在M点的入射角为30,
角MOA=60
,角NOB=30
。求
(1) 光线在M点的折射角
(2) 透明物体的折射率
正确答案
略
半径为R的透明圆柱体固定于地面上,透明体对红光的折射率为n=
如图所示。今让一束平行于地面的红光射向圆柱体左侧,经折射红光照射到右侧地面上。完成光路图,并求圆柱体右侧地面上的黑暗部分长度。
正确答案
R-R
作图(2分),光线从圆柱体射出的临界角满足Sinc=1/n(2分)∴C=450(1分)
地面上黑暗部分其长度为L=R/cos450 --R =R-R (4分)
本题考查折射和全反射的概念,通过画光路图可知,越是在上边的光线越容易发生全反射
厚度为d,折射率为n的大玻璃板的下表面,紧贴着一个半径为r的圆形发光面。为了从玻璃板的上方看不见圆形发光面,可在玻璃板的上表面贴一块纸片,所贴纸片的最小面积应是多大?
正确答案
设纸片的最小半径为R,如图所示
据全反射条件可知
由几何关系
纸片最小面积为
本题考查光的折射和全反射定律,由全反射条件和光路图中的几何关系求得圆的半径,再由面积公式求解
在阳光照射下,充满雾气的瀑布上方常常会出现美丽的彩虹.彩虹是太阳光射入球形水珠经折射、内反射、再折射后形成的.光的折射发生在___________________上,不同的单色光在同种均匀介质中折射率________.
正确答案
两种不同介质的界面 不同
光的折射是在传播过程中传播方向发生改变的现象,光的折射发生在两种不同介质的界面上,不同的单色光在同种均匀介质中折射率不同
故答案为:两种不同介质的界面 不同
如图所示,MN是一条通过透明球体球心的直线,一条平行于MN的光线a射向此球体,若出射光线c与MN的交点P和球心O的距离是球半径的倍,与MN所成的角α=30°,求(1)完成光路图(2)透明球体的折射率.
正确答案
作光路图如图所示,设球的半径为R,在△OPB中,=
,则
=
,∠OBP=135°,则∠FBP=45°,由几何条件知∠BOP=15°且有∠OAB=∠OBA,又aA∥MO,所以∠AOM=∠aAE.由光路可逆知∠aAE=45°,由几何关系知∠OAB=30°,则折射率n=
=
=
.
由光路图借助几何关系可求解
(10分)如图a所示为某种检测油箱中油深度的油量计,它是由许多透明等厚的薄塑料片叠合而成。每个薄片的形状如图b所示,其底部尖角为直角,且两腰相等。薄片的长度从很短到接近油箱底部不等。把这一油量计固定在油箱盖上,通过油箱盖的矩形窗口可以看到油量计的上端面。把油量计竖直插入油箱,从上端面明暗分界线的位置可以知道油的深度。光线在塑料和油的界面处发生折射进入油中,人看起来是暗的;光线在塑料和空气的界面处发生全反射,返回油量计的上端面并射出,人看起来是明亮的。
(1)要使光线在塑料和空气的界面处发生全反射,则塑料的折射率至少为多少?
(2)已知油的折射率为,若要使油量计能正常工作,问透明塑料的折射率n应满足怎样的条件?
正确答案
(1)
(2)
(1)在和空气的界面处发生全反射,临界角,即
(4分)
(2)在和油的界面处发生折射,设折射角为,则
(2分)
由于,所以
(2分)
综上所述,要求(2分)
注:以上两个小于号中包含等号的也不扣分。
本题考查的是对全反射问题的理解,根据全反射的规律可以计算出发生全反射时塑料的折射率;根据折射定律可以得到塑料折射率的范围;
如图所示,平行玻璃板的厚度d=4cm,光线AB以入射角i=60°从空气射到平行玻璃板的上表面,经两次折射后从玻璃板的下表面射出。已知玻璃的折射率n=
。求出射光线CD相对于入射光线AB偏离的距离。
正确答案
略
如图所示,一路灯距地面的高度为h,身高为的人以速度v匀速行走。
(1)试证明人的头顶的影子作匀速运动;
(2)求人影的长度随时间的变化率。
正确答案
(1) 人头顶的影子作匀速运动
(2)
:(1)设t=0时刻,人位于路灯的正下方O处,在时刻t,人走到S处,根据题意有OS=vt,过路灯P和人头顶的直线与地面的交点M为t时刻人头顶影子的位置,如图2所示。OM为人头顶影子到O点的距离。
由几何关系,有
联立解得
因OM与时间t成正比,故人头顶的影子作匀速运动。
(2)由图2可知,在时刻t,人影的长度为SM,由几何关系,有SM=OM-OS,由以上各式得
可见影长SM与时间t成正比,所以影长随时间的变化率。
光以30°的入射角从折射率n=的玻璃射入空气中,折射角是多大?画出光路图。
正确答案
解:光路如图所示
①
可得 ②
略
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