- 光
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如图所示,三棱镜的顶角是30°,某色光与AB面成直角射入,由AC面射出,测得偏向角为30°,
(1)求该三棱镜的折射率
(2)该单色光在三棱镜内的传播速度.
正确答案
(1)n= (2)v=
m/s
(1)由图可知i=60°,=30°,
=
(2)v=
如图所示,巡查员站立于一空的贮液池边,检查池角出液口的安全情况.已知池宽为L,照明灯到池底的距离为H,若保持照明光束方向不变,向贮液池中注入某种液体,当液面高为时,池底的光斑距离出液口
.
(1)试求当液面高为H时,池底的光斑到出液口的距离x.
(2)控制出液口缓慢地排出液体,使液面以vh的速率匀速下降,试求池底的光斑移动的速率vx.
正确答案
(1) x=(2) vx=
·vh.
(1)作出光路图如图所示. --------(1分)
由几何关系知:
=
① ---------(2分)
由折射定律:
=n·
② ---------(2分)
代入h=、l=
得:
n= ③ --------(1分)
联立①②③式得x=·h. --------(2分)
当h=H时,解得x=
. --------(1分)
(2)由x=·h知,Δx=
·Δh, ---------(1分)
则 , ---------(1分)
即vx=·vh. ---------(2分)
本题考查光的折射现象,先根据题目所给条件画出光路图,由光路图结合几何关系求解
高速公路上的标志牌都用“回归反射膜”制成,夜间行车时,它能把车灯射出的光逆向返回。这种“回归反射膜”是用球体反射元件制成的。如图所示,透明介质球的球心位于O点,半径为R,光线DC平行于直径AOB射到介质球的C点,DC与AB的距离H=。若DC光线经折射进入介质球,在介质球内经一次反射,再经折射后射出的光线与人射光线CD平行。试作出光路图,并计算出介质球的折射率。
正确答案
光路如图所示;光线经反射后到达介质与空气的界面时发生折射,由几何关系和折射定律得:,
;折射光线PQ与入射光线DC平行,则∠POA=∠COA=i,sini=
,i=60°。
由几何关系可知,r=i/2=30°,sinr=1/2,故n=sini/sinr=。
本题考查光的折射,主要是画出光路图,根据几何关系以及折射率的公式进行求解,本题难度不大
如图所示,平面镜M1与M2的夹角为15°,一条光线垂直于M1从小孔N射入,共经过__________次反射后从装置中射出.
正确答案
5
作光路图.由反射定律和几何知识可得.
如图所示,在真空中有一等腰直角三棱镜ABC,一束单色光以60°的入射角从AB侧面的中点射入,折射后再从AC侧面射出,出射光线偏离入射光线的角度为30°。已知AB =" AC" = d,单色光在真空中的光速为c。
(1)请作出光路图;(2)求单色光通过三棱镜的时间t。
正确答案
(1)
(2)
(1)如图所示 (1分)
(2)α + β = ∠A = 90°,θ = (i– α) + (r– β)
得 r = ∠A + θ– i = 60°, (2分)
而 = n,
= n,i =" r" = 60° (2分)
得 α =" β" = 45°,n = (2分)
t = ,s =
d,n =
(2分)
得 t = =
(1分)
本题考查光的折射,光的折射规律画图,然后根据几何知识可得入射角,代入折射定律,求出折射率和真空射入玻璃的折射角与从玻璃射入真空的入射角,根据几何知识可得光在玻璃中的位移,以及根据公式n = 求出的速度,即可求出传播时间。
一束光由空气入射某一介质,入射角是 60°,其折射光线与反射光线恰好相互垂直。求此束光在该介质中的折射率和传播速度各是多少?
正确答案
已知光入射角 i = 60°,由右图可知折射角 r = 30°,…………(2 分)
根据光的折射定律得,光在该介质中的折射率为:
n ==
,…………………………………(3 分)
光在该介质中的速度为:
V =" C/" n = 3×108 / =
×108(m/s) ……………………………(3 分)
已知光入射角 i = 60°,由右图可知折射角 r = 30°,…………(2 分)
根据光的折射定律得,光在该介质中的折射率为:
n ==
,…………………………………(3 分)
光在该介质中的速度为:
V =" C/" n = 3×108 / =
×108(m/s) ……………………………(3 分)
如图所示,一平行光束照射到平行玻璃砖的上表面,经折射后从下表面射出,射出的光线 (“平行”或“不平行”)。若图中的α= 600(即入射光线与法线的夹角),β= 300(即折射光线与法线的夹角),玻璃砖的折射率为 。
正确答案
平行(3分) 1.732或(3分)
根据光的折射定律可得,它们出入光线均平行;折射率。
如图12所示,为某种透明介质的截面图,△AOC为等腰直角三角形,BC为半径R=10cm的四分之一圆弧,AB与水平屏幕MN垂直并接触于A点.由红光和紫光两种单色光组成的复色光射向圆心O,在AB分界面上的入射角i=45°,结果在水平屏幕MN上出现两个亮斑.已知该介质对红光和紫光的折射率分别为,
①判断在AM和AN两处产生亮斑的颜色;
②求两个亮斑间的距离.
正确答案
①为红色与紫色的混合②
cm.
解:①设红光和紫光的临界角分别为、
,
,
…(1分)
同理<
所以紫光在
成发生全反射,
而红光在面一部分折射,一部分反射,……(1分)
且由几何关系可知,反射光线 与垂直,所以在
处产生的亮斑
为红色,在
处产生的亮斑
为红色与紫色的混合色………(2分)
②画出如图光路图,…(1分)
设折射角为,两个光斑分别为
、
,
根据折射定律
求得……(2分)
由几何知识可得:
解得cm……(1分)
由几何知识可得为等腰直角三角形,
解得="10cm"
cm.……………(2分)
本题考查光的折射以及光的全反射知识,题中给出了该介质对红紫光的折射率,根据折射率可算出全反射角,得出紫光在AB处发生全反射,而红光在面一部分折射,一部分反射所以得出反射光线 与
垂直,所以在
处产生的亮斑
为红色,在
处产生的亮斑
为红色与紫色的混合色,画出光路图,根据折射定律以及几何知识,可得出两个亮斑之间的距离。
(10分)如图所示是一种折射率的棱镜。现有一束光线沿MN方向射到棱镜的AB面上,入射角的大小i=60°,求:
(1)光在棱镜中传播的速率;
(2)画出此束光线进入棱镜后又射出棱镜的光路图,要求写出简要的分析过程。
正确答案
(1) (2)
(1)光在棱镜中传播的速率 (2分)
(2分)
(2)由折射率得:AB面上的折射角
。
由几何关系得:BC面上的入射角
全反射临界角
则光在BC面上发生全反射,光线垂直AC射出。(2分)
光路如图所示(4分)
本题考查光的折射定律,和公式v=c/n的应用,由光路图和全反射条件可判断光线在BC面发生全反射
(10分)如图所示,玻璃棱镜ABCD可以看成是由ADE、ABE、BCD三个直角三棱镜组成。一束频率f=2×1014Hz的单色细光束从AD面入射,在棱镜中的折射光线如图中ab所示,ab与AD面的夹角θ=600。已知光在真空中的速度c=3×108m/s,玻璃的折射率n=
,求:
(1)这束入射光线从AD面入射时的入射角多大?
(2)这束光在棱镜中的波长是多大?
(3)该束光线第一次从棱镜射出时的折射角。
正确答案
(1)i=600(2)5×10-7m(3)600。
(1)设光在AD面的入射角、折射角分别为i、r,则r=30°
据 得:
,
解得:i=600
(2)根据 得:
m/s=
×108m/s ≈1.73×108m/s
又由得:
m=5×10-7m
(3)光路如图所示,ab光线在AB面的入射角为45°
设玻璃的临界解为C,则
sin45°>,因此光线ab在AB面会发生全反射,没有光线从AB面射出。
光线射在CD面时的入射角:r′=r=30°
由 得光线从CD面射出的光线与法线的夹角:
即该束光线第一次应从棱镜CD面射出,折射角为600。
本题考查的是求解折射率,折射角等问题。熟练掌握相关关系,便可轻松解除此题。
一棱镜的截面为直角三角形ABC,∠A=30o,斜边AB=cm。棱镜材料的折射率为n=
。在此截面所在的平面内,一条光线以45o的入射角从AC边的中点M射入棱镜(如图所示)求:
(1)光从棱镜射到空气的临界角
(2)求光从入射到第一次射出棱镜在棱镜所需的时间
正确答案
(1)45°(2)
(1)由 得 (1分)
光从棱镜射向空气是临界角为45° (1分)
(2)光在玻璃中的速度为: (2分)
由数学知识得: (2分)
(2分)
(2分)
本题考查光的全反射定律。根据判断光射入棱镜中后发生全反射,根据光在介质中的速度为:,结合几何知识算出光从入射到第一次射出棱镜在棱镜所需的时间
如图所示,等腰直角三角形ABC为一个三棱镜的截面,折射率为n(n>1.5),直角边AB的长为a.一束很细的单色光从AB中点垂直入射,光在真空中的传播速度为c.
① 在图上画出该光束在棱镜中的光路图;
② 求该单色光通过三棱镜的时间为多少?
正确答案
(1)光路图见答案(2)
试题分析:①如图
②设单色光的临界角为C 则,
单色光射入三棱镜后,在AC界面上的入射角,故发生全反射.反射角
,光垂直于BC边射出,在三棱镜中的路径长度为a
单色光在三棱镜中的传播速度
则光通过三棱镜的时间
点评:本题考查了结合光的几何光学知识的相关计算,这类问题只要能够将正确光路画出,就能较容易找到答案。
桌面上有一玻璃圆锥,圆锥的轴(图中虚线)与桌面垂直,过轴线的截面为等边三角形,此三角形的边长为L,如图所示,有一半径为的圆柱形平行光束垂直底面入射到圆锥上,光束的中心轴与圆锥的轴重合。巳知玻璃的折射率为
,求:
①光在玻璃中的传播速度是多少?
②光束在桌面上形成的光斑的面积是多少?
正确答案
①②
①根据(2分)得
(1分)
②画出如图光路图,
(2分) 入射角θ1=60°,设折射角为θ2,根据可得θ2=30°(2分)
由几何关系可知,产生的亮斑直径为L/3,(2分)
如图所示,真空中有一顶角为75o,折射率为n =的三棱镜.欲使光线从棱镜的侧面AB进入,再直接从侧面AC射出,求入射角θ的取值范围为 。
正确答案
450<θ<900
分析:为了使光线能从棱镜的侧面AB进入,再直接从侧面AC射出,则光线射到AB侧面时入射角小于,光线射到AC侧面时入射角应该小于临界角,根据临界角公式并结合折射率定义式列式计算即可。
解答:由临界角公式知: 代入数值解得:
如图由几何关系得:
由折射定律得: 即
则
由题意可知:光线射到侧面时最大入射角为,此时,在AB侧面的折射角为
,射到AC侧面的入射角为
,能直接从AC侧面射出。
故入射角θ的取值范围为
(8分)如图所示,一束平行光照射在半径为R,折射率为的半圆柱形玻璃砖的圆柱面上,光线a是一条与半径重合的光线,该光线照射到圆心O点与直径AB夹角为45°,请作图并求出AB边上光线射出的长度。
正确答案
光路图如下图:(4分)
(4分)
本题考查光的折射现象,根据光的折射率为,由sinC=1/n可知全反射临界角为45°,可知a光线开始在AB面发生全反射,AO部分没有光线射出,与右端弧线相切的光线折射后垂直AB射出,由几何关系可求得AB边上光线射出的长度
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