- 光的折射:折射率
- 共2037题
半径为R的玻璃半圆柱体,横截面如图所示,圆心为O,两条平行单色红光沿截面射向圆柱面,方向与底面垂直,光线1的入射点A为圆柱面的顶点,光线2的入射点为B,∠AOB=60°,已知该玻璃对红光的折射率n=。
(1)求两条光线经柱面和底面折射后的交点与O点的距离d;
(2)若入射的是单色蓝光,则距离d将比上面求得的结果大还是小?
正确答案
解:(1)如图所示,i1=60°,r1=30°,i2=30°,r2=60°,光线1不发生偏折
(2)玻璃对蓝光的折射率比对红光的大,蓝光偏折更明显,故d变小
如图所示,真空中平行玻璃砖折射率为n=,下表面镀有反射膜,一束单色光与界面成θ=45°角斜射到玻璃砖表面上,最后在玻璃砖的右侧面竖直光屏上出现了两个光点A和B,相距h=2.0 cm。已知光在真空中的传播速度c=3.0×108 m/s。求:
(1)该单色光射入玻璃砖的折射角;
(2)玻璃砖的厚度d。
正确答案
解:(1)由折射率公式n=,
,θ2=30°
(2)作出如图所示的光路,ΔCDE为等边三角形,四边形ABEC为梯形,CE=AB=h
玻璃的厚度d就是边长为h的等边三角形的高,故d==1.7 cm
(9分)如图所示,一束截面为圆形(半径R=1 m)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至球心的距离为D=(+1) 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n=,请你求出圆形亮区的半径.
②若将题干中紫光改为白光,在屏幕S上形成的圆形亮区的边缘是什么颜色?
正确答案
①1 m ②紫色
试题分析:①如图,紫光刚要发生全反射时的临界光线射在屏幕S上的点E,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,由全反射的知识:sinC=(1分)
由几何知识可知:AB=RsinC= (1分) OB=RcosC=R
(1分)
BF=ABtanC=(1分) GF=D-(OB+BF)=D-
,
,(1分)
所以有:rm=GE=·AB=D·
-nR=1 m(2分)
②由于白色光中紫光的折射率最大,临界角最小,故在屏幕S上形成的圆形亮区的边缘应是紫色光.(2分)
某同学在做完测定玻璃折射率的实验后,突发奇想,他说受到实验中光路侧移的启示,设计了一个玻璃厚度检测仪,可以用来检测玻璃厚度是否均匀,原理大致是:固定一束激光AO以不变的入射角θ1照射到MN表面,折射后从PQ面射出,最后出射光线照射到光电管C上,光电管C可将光信号转变为电信号,如图右所示,依据激光束在C上移的距离,可确定玻璃管厚度的变化,若某次检测中发现光斑在C上左移了△s,则此玻璃的厚度与原来相比变______.
正确答案
如右图所示,实线表示将光斑C平移后实际的光路图,而虚线是原来所采用的光路图,入射角和折射角没有变化,但增厚后光斑会左移.
故答案为:厚
如图所示,是一种折射率n=1.5的棱镜,现有一束光线沿MN方向射到棱镜的AB面上,入射角的大小i,sin i=0.75,(真空中光速c=3×108m/s)求:
(1)光在棱镜中传播的速率;
(2)画出此束光线进入棱镜后又射出棱镜的光路图,要求在图中AB界面上标出折射角,BC、AC界面上标出入射角。(不考虑返回到AB和BC面上的光线)
正确答案
解:(1)光在棱镜中传播的速率
(2)由折射率,得AB面上的折射角
,由几何关系得,BC面上的入射角
,全反射临界角C<45°,光在BC面上发生全反射。光路如图所示
玻璃半圆柱体的半径为R,横截面如图所示,圆心为D,A为圆柱面的顶点。两束同种单色光分别按如图方向入射到圆柱体上,光束1指向圆心,方向与AO夹角为30°,光束2的入射点为B,方向与底面垂直,∠AOB=60°,已知玻璃对这种光的折射率n=。求:两束光线经柱面和底面折射后的交点与O点的距离d。
正确答案
解:光线2:i=60°,sinr=,r=30°
i′=60°-r=30°
sinr′=nsini′=,r′=60°
R/cos 30°=
R
同理,光线1从O点出射,折射角∠EOD=60°
则△EOD为等边三角形,d=tan 30°=
R
如图所示,由红、紫两种单色光组成的光束a,向半圆形玻璃砖圆心O点入射。不断调整入射角直至紫光刚好不从MN表面出射,此时入射角为θ,红光的折射角为i,已知半圆形玻璃砖半径为R,真空中的光速为c。
(1)画出此时各色光的光路图并标出名称;
(2)求出紫光在玻璃砖中传播的时间。
正确答案
解:(1)
(2)紫光的折射率n紫=
紫光在玻璃中的传播速度v紫=
紫光在玻璃中的传播时间t=
下图是北京奥运会期间安置在游泳池底部的照相机拍摄的一张照片,照相机的镜头竖直向上。照片中,水利方运动馆的景象呈限在半径的圆型范围内,水面上的运动员手到脚的长度
,若已知水的折射率为
,请根据运动员的实际身高估算该游泳池的水深
。(结果保留两位有效数字)
正确答案
解:设照片圆形区域的实际半径为,运动员的实际长为
折射定律
几何关系
得
取,解得
(
都算对)
如图所示,ABC是由折射率为的某种透明物质制成的直角三棱镜横截面(O为AB的中点),∠A=30°.一束光线在纸面内从O点射入棱镜,光线与AB面间的夹角为α.若不考虑光线在AB和BC面上的反射,则:
(1)若α=45°,请作出光路图并标明相应角度.
(2)要使射入O点的光线能从AC面射出,夹角α(0°<α<90°)应满足什么条件?结果可用反三角函数表示.
正确答案
(1)光线射向AB面的入射角i=45°,由折射定律有=
,解得 r=30°
设该透明物质的临界角为C,则sinC=,解得 C=45°
光线射向AC面的入射角θ1=90°-r=60°>C,故发生全反射.
而θ2=θ1,故反射光线垂直于BC面从棱镜射出,光路图如下图.
(2)由几何关系可知,射向AC面的光线恰好发生全反射时r=15°,设此时α=α1,则有
=
①
解得α1=90o-arcsin(sin15o) ②
当α角为90°时,射向AC的光线入射角30°,不会发生全反射,故要使射入O点的光线能从AC面射出,夹角α应满足
90o-arcsin(sin15o)<α<90o ③
答:
(1)若α=45°,作出光路图如图.
(2)要使射入O点的光线能从AC面射出,夹角α(0°<α<90°)应满足的条件是:90o-arcsin(sin15o)<α<90o.
半径为R的透明圆柱体固定于地面上,透明体对红光的折射率为n=2,如图所示。今让一束平行于地面的红光射向圆柱体左侧,经折射红光照射到右侧地面上,求圆柱体右侧地面上的黑暗部分长度。
正确答案
解:光线从圆柱体射出的临界角满足,则C=30°
地面上黑暗部分如图中阴影所示,其长度为
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