- 光的折射:折射率
- 共2037题
半径为R的固定半圆形玻璃砖的横截面如图所示,O点为圆心,OO′为直径MN的垂线。足够大的光屏PQ紧靠在玻璃砖的右侧且与MN垂直。一束复色光沿半径方向与OO′成角射向O点,已知复色光包含有折射率从
到
的光束,因而光屏上出现了彩色光带。
①求彩色光带的宽度;
②当复色光入射角逐渐增大时,光屏上的彩色光带将变成一个光点,求角至少为多少?
正确答案
①②
试题分析:①,
2分
代入数据得,
2分
故彩色光带的宽度为 2分
② 2分
即入射角 2分
如图所示,一束激光从O点由空气射入厚度均匀的介质,经下表面反射后,从上面的A点射出。已知入射角为i,A与O相距l介质的折射率为n,试求介质的厚度d。
正确答案
试题分析:根据折射定律得:
由几何关系知:
又
以上各式联立解得:
点评:本题考察了波的折射现象,通过画出正确的光路,利用折射率公式比较容易求出正确答案。
如图所示, MN为竖直放置的光屏,光屏的左侧有半径为R、相对空气折射率为的透明玻璃半球体,O为球心,轴线OA垂直于光屏,O至光屏的距离
。位于轴线上O点左侧
处的点光源S发出一束与OA夹角θ=60°的光线射向半球体,求光线从S传播到达光屏所用的时间。已知光在真空中传播的速度为c。
正确答案
试题分析: 光从光源S射出经半球体到达光屏的光路如图。
光由空气射向半球体,由折射定律,有 解得
在中,由正弦定理得
解得
光由半球体射向空气,由折射定律,有
解得,即出射光线与轴线OA平行
光从光源S出发经玻璃半球体到达光屏所用的总时间
且
解得
在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,甲、乙、丙三位同学在纸上画出的界面aa′、bb′与玻璃砖位置的关系分别如图中①②③所示,其中甲、丙两同学用的是矩形玻璃砖,乙同学用的是梯形玻璃砖,他们的其他操作均正确,且均以aa′、bb′为界面画光路图,则这三位同学测得的折射率与真实值相比分别有何变化?
正确答案
见解析
甲同学测得的折射率与真实值相比偏小.由于所画玻璃砖的宽度比实际宽度大,测量的O′点比实际的O向右移,使所画的折射角θ2比实际的偏大,如图所示,由于入射角不变,根据n=可知测得折射率偏小.乙同学测得的折射率与真实值相比不变;由于入射面aa′,和射出面bb′,不平行,使的上、下面两法线不平行,所以出射光线与入射光线不再平行,但不影响折射点O′,所以所画的折射角θ2与实际的相同.
丙同学测得的折射率与真实值相比可能偏大、可能偏小、可能不变.原因是当过P3、P4作直线与画出的界面bb′交于O′;若O′恰好落在画出的界面bb′和玻璃砖下表面的交点上,测得的折射率与真实值相比不变;若O′落在画出的界面bb′和玻璃砖下表面交点的左侧(折射角偏大),测得的折射率与真实值相比偏小;若O′落在画出的界面bb′和玻璃砖下表面交点的右侧(折射角偏小),测得的折射率与真实值相比偏大.
已知光在真空中的传播速度C=3×108m/s。如图,折射率n=1.5某玻璃立方体放在空气中。光线从立方体的顶面斜射进来,然后投射到它的另一个侧面P点,问:
① 光在玻璃中的传播速度V;
②此光线能否从另一个侧面P点射出?请说明你判断的依据。
正确答案
①2×108 (m/s)②光线不能在P点射出
① 光在玻璃中的传播速度V
V="C" / n =3×108 / 1.5 (m/s)= 2×108 (m/s) (1分)
② 该玻璃发生全反射的临界角C
故C<450 (1分)
光线在B点发生折射,由折射定律知
故r<450 (1分)
由几何关系知i1=900-r>450 >C (1分)
所以光线在P点一定发生全反射,
光线不能在P点射出 (1分)
如图所示,折射率n1=1.5的半圆形玻璃砖置于光屏MN的止方。整个装置置于盛满折射率为n2=1.5的液体的容器中,其平面AB到MN的距离为h=20cm。一束单色光沿图示方向射向圆心O,经玻璃砖后射到光屏上的O点。现使玻璃砖绕圆心O点顺时针转动。
①当玻璃砖转过30°时,求射到光屏上的光点到的距离x;
②求射到光屏上的光点离的最远距离
;
正确答案
①②
试题分析:①当玻璃砖转过30°时,如图
又有相对折射率公式得:
又由几何关系得:,
解得:
②当最远时是光发生全反射时此时临界角为θ4,由全反射定律得:,故有
由几何关系得最远距离
(5分)雨过天晴,人们常看到天空中出现彩虹,它是由阳光照射到空中弥漫的水珠上时出现的现象.在说明这个现象时,需要分析光线射入水珠后的光路.一细束光线射入水珠,水珠可视为一个半径为R=l0mm的球,球心O到入射光线的垂直距离为d=8mm,水的折射率为n= 4/3.
(a)在图上画出该束光线射入水珠后,第一次从水珠中射出的光路图.
(b)求这束光线从射向水珠到第一次射出水珠,光线偏转的角度.
正确答案
(1)如图所示 (2)320
试题分析:(1)根据光的折射定律,光路图如图所示:
(2)由几何关系得:,所以
;再根据折射定律:
,得
,所以
,所以光线偏转的角度
如图所示,扇形AOB为透明柱状介质的横截面,半径为R,介质折射率为,圆心角为45°,一束平行于OB的单色光由OA面射入介质,要使柱体AB面上没有光线射出,至少要在O点上方竖直放置多高的遮光板?(不考虑OB面的反射)。
正确答案
R
试题分析:设在OA面上的一点P入射的光线恰好不能从AB面射出,经过折射在AB面的N点发生全反射.由几何关系可知光从P点射入时的入射角i=45°,由折射定律:得:
,r=30°
设临界角为C,由,得:
,C=45°
要使光不能从AB面射出,在N点的入射角等于45°
由正弦定理:,ON=R
得:
遮光板的长度至少为L=OPsin45°=R
有一个玻璃三棱镜,其横截面为等腰三角形,顶角θ为锐角,折射率为.现在横截面内有一光线从其左侧面上半部射入棱镜.不考虑棱镜内部的反射.若保持入射光线在过入射点的法线的下方一侧(如图),且要求入射角为任何值的光线都会从棱镜的右侧面射出,则顶角θ可在什么范围内取值?
正确答案
试题分析:设入射光线经玻璃折射时,入射角为i,折射角为,射到棱镜右侧面的入射角为
.根据折射定律阴
①
由几何关系得
②
当i=0时,由①式知=0,
有最大值
(如图),由②式得
③
同时应小于玻璃对空所的全反射临界角,即
④
由①②③④式和题给条件可得,棱镜顶角的取值范围为
⑤
点评:本题考查了通过画出光路图,通过光在介质中的折射求出在介质中的传播路径,利用在介质中发生全反射的条件,建立等式求解。
(9分)如图所示是一透明的折射率为的圆柱体,其半径R=20cm, O点为圆心,AB为其中的一直径。今有一束平行光沿平行于AB方向射向圆柱体,已知真空中光速为c=3.0×108m/s。
①求光在圆柱体中的传播速度;
②假如在该平行光中有经圆柱体折射后刚好到达B点,则该光线在圆柱体中的传播时间为多少?
正确答案
① ②
试题分析:①光在该圆柱体中的传播速度为:
②光线PC经折射后经过B点后光路图如图所示.
假设入射角为α,折射角为β,则由折射定律有:
又由几何关系有:
代入解得:
光线在圆柱体中传播的距离:
该光线在圆柱体中的传播时间为:
的综合应用。
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