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题型:简答题
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简答题

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°)

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简答题

(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

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简答题

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=

则临界角为:C=arcsin

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简答题

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=450

由折射定律得

联立①②得

(2)能。

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简答题

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)

中,

 (2分),  

(1分),则(1分)

,由   (2分),得

(1分)

(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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