- 光的折射:折射率
- 共2037题
[物理——选修3-4](15分)
⑴(5分)某振动系统的固有频率为f0,在周期性驱动力的作用下做受迫振动,驱动力的频率为f。若驱动力的振幅保持不变,下列说法正确的是 (填入选项前的字母,有填错的不得分)
⑵(10分)一棱镜的截面为直角三角形ABC,A=30º,斜边AB=a。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。画出光路图,并求光线从棱镜射出的点的位置(不考虑光线沿原路返回的情况)。
正确答案
见解析
(1)BD
(2)
设入射角为i,折射角为r,由折射定律得
①
由已知条件及①式得
②
如果入射光线在法线的右侧,光路图如图1所示。设出射点为F,由几何关系可得
③
即出射点在AB边上离A点
的位置。
如果入射光线在法线的左侧,光路图如图2所示。设折射光线与AB的交点为D。
由几何关系可知,在D点的入射角
④
设全发射的临界角为
,则
⑤
由⑤和已知条件得
⑥
因此,光在D点全反射。
设此光线的出射点为E,由几何关系得
∠DEB=
⑦
⑧
联立③⑦⑧式得
⑨
即出射点在BC边上离B点
的位置。
如图所示,在双缝干涉实验中,S1和S2为双缝,P是光屏上的一点,已知P点与S1和S2距离之差为2.1×10-6m,今分别用A、B两种单色光在空气中做双缝干涉实验,求P点是亮条纹还是暗条纹.
(1)已知A光在折射率为n=1.5的介质中波长为4×10-7m;
(2)已知B光在某种介质中波长为3.15×10-7m,当B光从这种介质射向空气时,临界角为37°.
正确答案
(1)设A光在空气中波长为λ1,在介质中波长为λ2,
由n==
=
得,
λ1=nλ2=1.5×4×10-7m=6×10-7m.
根据光程差:δ=2.1×10-6m=3λ1,
知A光在P点是暗条纹.
(2)设B光在空气中波长为λ1,在介质中波长为λ2,由n=得,λ1=nλ2,
又临界角C=37°所以n=
所以λ1==
m=5.25×10-7m.
根据光程差:δ=2.1×10-6m=4λ1知,B光在P点是亮条纹.
答:A光在P点是暗条纹.B光在P点是亮条纹.
红光在水中的波长和绿光在真空中的波长相等,水对红光的折射率为4/3,则红光和绿光在水中频率之比为______.
正确答案
光在水中波长λ=,而光在水中传播速度v=
,则得λ=
真空中中波长λ=
由题,绿光在水中的波长和紫光在真空中的波长相等,则得=
则得=
=
故答案为:
如图,为一圆柱中空玻璃管,管内径为R1,外径为R2,R2=2R1。一束光线在圆柱横截面内射向玻璃管,为保证在内壁处光不会进入中空部分,问入射角i应满足什么条件?
正确答案
i≥30°
利用“插针法”也可以测量不平行玻璃砖的折射率。如图,就是利用“插针法”测量玻璃砖ABCD(玻璃砖的入射面AB和出射面CD不平行)折射率的实验光路图,请你分析与该实验相关的下列问题。
(1)出射光线O/Q与入射光线PO 。(填“平行”或“不平行”)
(2)对本题实验数据的处理可采用如下方法:以入射点O为圆心,取一合适的长度为半径作圆,该圆与入射光线PO交于M点,与折射光线OO/的延长线交于F点,过M、F点分别向法线作垂线,其垂足分别为N、E,现测得MN=1.68cm;EF=1.12cm,则该玻璃砖的折射率n= 。
正确答案
(1)不平行,(2)1.5
本题考查的是插针法测玻璃的折射率问题。由实验可知出射光线和入射光线是平行的。
(2010·南通模拟)如图13-1-16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.一束频率为5.3×1014 Hz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α=60°.已知光在真空中的速度c=3×108 m/s,玻璃的折射率n=1.5,求:
(1)这束入射光线的入射角多大?
(2)光在棱镜中的波长是多大?
(3)该束光线第一次从CD面出射时的折射角.(结果可用三角函数表示)
正确答案
(1)arcsin0.75 (2)3.77×10-7 m (3)arcsin0.75
(1)设光在AD面的入射角、折射角分别为θ1、θ2,θ2=30°
根据n=得sinθ1=nsinθ2=1.5×sin30°=0.75,
θ1=arcsin0.75.
(2)根据n=得
v==
m/s=2×108 m/s,
根据v=λf得
λ==
m≈3.77×10-7 m.
(3)光路如图所示,光线ab在AB面的入射角为45°,
设玻璃的临界角为C,则
sinC==
≈0.67
sin45°>0.67,因此光线ab在AB面会发生全反射
光线在CD面的入射角θ2′=θ2=30°
根据n=,光线在CD面的出射光线与法线的夹角θ1′=θ1=arcsin0.75.
一列简谐横波沿x轴正向传播,波传到x=lm的P点时P点开始向y轴负方向振动,从此刻开始计时,已知在t=0.4s时PM间第一次形成图示波形,此时x=4m的M点正好在波谷。下列说法中正确的是( )
A.这列波的传播速度是7.5m/s
B.t=0.5s时,x=5m处的质点Q(图中未画出),第一次到达波谷
C.当M点开始振动时,P点正好在波谷
D.P点的振动周期为0.4s
(2)(10分)如图所示,一束截面为圆形(半径R=lm)的平行紫光垂直射向一半径也为R的玻璃半球的平面,经折射后在屏幕S上形成一个圆形亮区,屏幕S至球心距离为D=m,不考虑光的干涉和衍射,试问:
①若玻璃半球对紫色光的折射率为,请你求出圆形亮区的半径。
②若将题干中紫色改为白光,在屏幕S上形成的圆形亮区的边缘是什么颜色?
正确答案
34.(1)BD(5分)
(2)①如图,紫光刚要发生全反射时的临界光线射在屏幕S上的E点处,
E点到亮区中心G的距离r就是所求最大半径。
设紫光临界角为C,则有 (1分)
由几何知识可知:AB=R· (1分)
(1分)
(1分)
(1分)
(1分)
所以有: (2分)
②紫色(2分)
略
一束单色光由空气射入介质,发生折射,其传播方向如图所示,关于此单色光,下列说法正确的是( )
正确答案
A、光在真空中传播速度最大,光线从空气射入介质时速度将变小,故A错误.
B、光的频率由光源决定,与介质无关,所以光线从空气射入介质时频率不变,故B正确.
C、由波速公式v=λf分析可知,f不变,v变小,则波长λ变小,故C错误.
D、根据发生全反射必要条件是光必须从光密介质射入光疏介质.可知不可能发生全反射,故D错误.
故选:B.
如图所示,MN是一条通过透明体球心的直线.在真空中波长为λ0=564nm的单色细光束AB平行于MN射向球体,B为入射点.若出射光线CD与MN的交点P到球心O的距离是球半径的倍,且与MN所成的角α=30°,求此单色光在透明球体中的波长和透明体的折射率.
正确答案
连接OB、BC,在B点光线的入射角、折射角分别标为i、r,如图所示.
在△OCP中:有=
解得∠OCP=135°(45°值舍去)
进而可得:∠COP=15°
由折射率定义:在B点有:n=
在C点有:n=,
又∠BCO=r
所以,i=45°
又:∠BCO=180°-i-∠COP=120°
故:r=30°
因此,透明体的折射率
n==
=
n==
=
解得:λ=399nm
答:此单色光在透明球体中的波长为399nm,透明体的折射率为.
空中有一只小鸟,距水面3m,其正下方距水面4m深处的水中有一条鱼,已知水的折射率为4/3,则鸟看水中的鱼离它_____m,鱼看天上的鸟离它_______m。
正确答案
6,8
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