- 全反射:光导纤维
- 共297题
(选修3-4选做题)
如图所示,某种透明液体的折射率为n,在液面下深为h处有一点光源S,现有一不透光的圆形薄板置于液面,其圆心O在S的正上方。要使观察者从液面上任一位置都不能看到点光源S,则该圆形薄板的半径R至少为多大?
正确答案
解:
由图中几何关系得
解得
(1)此单色光在棱镜中的波长。
(2)这束光线从哪个面首先射出?出射光线的方向如何?
正确答案
(1)399nm (2)从BC面射出,与BC面成45°或与AB面平行
(2)在AC面上有sin45°sinγ=2
所以γ=30°1……………………分
因为OC>AC,所以折射光线只能射向AB面,入射角i=75°,又因为sinC=
=
,i>C,故在AB面上发生全反射。光线将又射向BC面,入射角为30°。…………………2分
射出时=
,所以θ=45°………………2分
即光线首先从BC面射出,与BC面成45°或与AB面平行。………………………1分
如图所示为一透明玻璃半球,在其下面有一平行半球上表面水平放置的光屏。两束关于中心轴OO'对称的激光束从半球上表面垂直射入玻璃半球,恰能从球面射出。当光屏距半球上表面h1=40cm时,从球面折射出的两束光线汇聚于光屏与OO'轴的交点,当光屏距上表面h2=70cm时,在光屏上形成半径r=40cm的圆形光斑。求该半球形玻璃的折射率。
正确答案
试题分析:光路如图所示,设临界光线AE、BF入射后,经E、F两点发生全反射,由几何关系可得:
①
②
③
④
又由折射定律得: ⑤
【选修3-4选做题】
一束单色光由左侧时的清水的薄壁圆柱比,图为过轴线的截面图,调整入射角α,光线拾好在不和空气的界面上发生全反射,已知水的折射角为,α的值。
正确答案
解:当光线在水面发生全放射时有
当光线从左侧射入时,由折射定律有
联立这两式代入数据可得
如图所示,一个立方体玻璃砖的边长为a,折射率n=1.5,立方体中心有一个小气泡.为使从立方体外面各个方向都看不到小气泡,必须在每个面上都贴一张纸片,则每张纸片的最小面积为多少?
正确答案
试题分析:设纸片的最小半径为r,玻璃砖的临界角为C,则
解得
则最小面积
一个半圆柱形玻璃体的截面如图13-7-10所示,其中O为圆心,aOb为平面,acb为半圆柱面,玻璃的折射率n=.一束平行光与aOb面成45°角照到平面上,将有部分光线经过两次折射后由半圆柱面acb射出,试画能有光线射出的那部分区域,并证明这个区域是整个acb弧的一半.
图13-7-10
正确答案
证明:根据折射定律n=sini/sinr知sinr=sini/n=sin45°/=
,可见r=30°,由全反射临界角sinC=
=
知C=45°,由图知①号典型光线有
∠aOd=180°-[C+(90°-r)]=180°-[45°+(90°-30°)]=75°
对②号典型光线有
∠bOe=180°-[C+(90°+r)]=180°-[45°+(90°+30°)]=15°
可见射出区域为∠dOe所对应的圆弧.
因∠dOe=180°-∠aOd-∠bOe=180°-75°-15°=90°.
故这个区域是整个acb弧的一半.
图13-7-11
(选修3-4选做题)
如图所示,某种透明液体的折射率为n,在液面下深为h处有一点光源S,现有一不透光的圆形薄板置于液面,其圆心O在S的正上方。要使观察者从液面上任一位置都不能看到点光源S,则该圆形薄板的半径R至少为多大?
正确答案
解:
由图中几何关系得
解得
如图所示,在平静的水面下有一点光源s,点光源到水面的距离为H,水对该光源发出的单色光的折射率为n.
(a)在水面上方观看时,只有一个圆形区域可以有光透出,该圆的半径为多少?为什么?
(b)该单色光在真空中的波长为λ0,该光在水中的波长为多少?
正确答案
(a)设光在水面发生全反射的临界角为C.,透光面的半径为r,则:
sinC=,
则tanC=
根据数学知识,得
r=HtanC
解之得:r=
其它位置光发生了全反射无光射出,故只有一个圆形区域可以有光透出
(b)②根据光在传播过程中频率不变,光在真空中速度为c,则由公式v=λν得:
折射率与速度关系:n=
联立可得:c=λ0ν
则光在水波长为:λ=
答:(a)在水面上方观看时,只有一个圆形区域可以有光透出,该圆的半径为;其它位置光发生了全反射无光射出;
(b)该单色光在真空中的波长为λ0,该光在水中的波长为.
如图所示,A、B、C为等腰棱镜,D为AB的中点,a、b两束不同频率额的单色光垂直AB边射入棱镜,两束光在AB面上的入射点是D的距离相等,两束光通过棱镜折射后相交于图中P点。则a光通过棱镜的时间 b光通过棱镜的时间_____________________(选填“大于”、“等于”或“小于”)。a、b两束光从同一介质射入真空过程中,a光发生全反射临界角__________________b光发生全反射临界角(选填“大于”、“等于”或“小于”)。
正确答案
大于;小于
如图,一赛艇停在平静的水面上,赛艇前端有一标记P离水面的高度为h1=0.6m,尾部下端Q略高于水面;赛艇正前方离赛艇前端S1=0.8m处有一浮标。一潜水员在浮标前方S2=3.0m处下潜到深度为h2=4.0m时,看到标记P刚好被浮标挡住,此处看不到船尾端Q;潜水员继续下潜△h=4.0m,恰好能看见Q,求:(1) 水的折射率n;(2) 赛艇的长度l。(可用根式表示)
正确答案
(1)(2)
试题分析:(1)设过P点光线,恰好被浮子挡住时,入射角、折射角分别为:α、β则:
① (2分)
②(2分)
③ (2分) 由①②③得:
(2分)
(2)潜水员和Q点连线与水平方向夹角刚好为临界角C,则:
④ (2分)
⑤ (2分)
由④⑤得: (2分)
点评:本题难度中等,随着距离的变化,光线的入射角逐渐增大,当达到临界角时发生全反射,只要找到全反射时角度与距离的关系即可
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