- 全反射,临界角
- 共282题
如图所示有一根玻璃管,内径为,外径为2,折射率为=,图乙是它的截面.有一束光线从玻璃管的外侧面上的点垂直于玻璃管中心轴线射入.若入射角α为60°,则有无光线从玻璃管的外壁射出玻璃管?如果有,则有光线射出的位置有几处,并求出各处射出的光线与点入射光线的夹角是多大?如果没有,请说明理由.需作出光路图。
正确答案
解:设光从玻璃到空气临界角为C,sinC=,得30°<C<45°
设光进入玻璃管时折射角为θ,射向内表面的入射角为β
据折射定律有:sinα=nsinθ,得θ=30°
此时光线刚好与玻璃内表面相切,光照射到外表面时的入射角β为30°,因30°<C<45°,可知入射角β小于C,则有光射出玻璃管
由光路可逆分析,折射光线对应的折射角为60°,此时射出的光线2与A点入射光线1的夹角为60°;在此位置有部分光线发生反射,再在另一位置出射,其入射角为30°,对应的折射角为60°,此时射出的光线3与A点入射光线1的夹角为180°;还有部分光线进一步发生反射在A点处出射,此时射出的光线4与A点入射光线1的夹角为60°
故有光线射出的位置有三处,各处射出的光线与A点入射光线的夹角分别为:第一处60°(或120°);第二处180°;第三处60°(或120°)
(选做题,选修3-4)
如图所示,MNPQ是一块截面为正方形的玻璃砖,其边长MN=30 cm。一束激光AB射到玻璃砖的MQ面上(入射点为B)进入玻璃砖后在QP面上的F点(图中未画出)发生全反射,恰沿DC方向射出。其中B为MQ的中点,∠ABM=30°,PD= 7.5 cm.∠CDN=30°。
①画出激光束在玻璃砖内的光路示意图,求出QP面上的反射点F到Q点的距离QF;
②求激光束在玻璃砖内的传播速度(真空中光速c=3×108m/s)。
正确答案
解:
①光路示意图如图所示,反射点为F
由几何关系得
代入数据得QF=20 cm,
②由得传播速度
简述光的全反射现象及临界角的定义,并导出折射率为n的玻璃对真空的临界角公式.
正确答案
光线从光密介质射向光疏介质时,折射角大于入射角.若入射角增大到某一角度C,使折射角达90°,折射光就消失.入射角大于C时只有反射光.这种现象称为全反射.相应的入射角C叫做临界角.
光线由折射率n的玻璃到真空,折射定律为sinr=nsini ①
其中i和r分别为入射角和折射角.当入射角i等于临界角C时,折射角r等于90°,代入①式得
sinC=②
则临界角为:C=arcsin.
如图所示,一段横截面为正方形的玻璃棒,中间部分弯成四分之一圆弧形状,一细束单色光由MN端面的中点垂直射入,恰好能在弧面EF上发生全反射,然后垂直PQ端面射出。
(1)求该玻璃棒的折射率,
(2)若将入射光向N端平移,当第一次射到弧面EF上时____(填“能”“不 能”或“无法确定能否”)发生全反射。
正确答案
解:(1)如图所示单色光照射到EF弧面上时刚好发生全反射,
由全反射的条件得C=450①
由折射定律得②
联立①②得
(2)能。
如图所示,用折射率的玻璃做成内径为R、外径为
的半球形空心球壳,一束平行光射向此半球的外表面,与中心对称轴
平行,试求:
小题1:球壳内部有光线射出的区域;
小题2:要使球壳内部没有光线射出,至少用多大的遮光板,如何放置才行?
正确答案
小题1:当射向外球面的入射光线的入射角小于时,这些光线都会射出内球面.因此,以
为中心线,上、下(左、右)各
的圆锥球壳内有光线射出.
小题2:至少用一个半径为R的遮光板,圆心过轴并垂直该轴放置,才可以挡住射出球壳的全部光线,这时球壳内部将没有光线射出.
小题1:设光线射入外球面,沿ab方向射向内球面,刚好发生全反射,则
∴ (2分)
在中,
,
∴ (2分),
即(1分),则
(1分)
又,由
(2分),得
∴(1分)
即(1分)
当射向外球面的入射光线的入射角小于时,这些光线都会射出内球面.因此,以
为中心线,上、下(左、右)各
的圆锥球壳内有光线射出.(2分)
小题2:由图中可知,,所以,至少用一个半径为R的遮光板,圆心过
轴并垂直该轴放置,才可以挡住射出球壳的全部光线,这时球壳内部将没有光线射出.(3分)
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