- 光的折射:折射率
- 共2037题
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=10mm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。
(1)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;
(2)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)
(2)32°
光在某种介质中的传播速度是1.73×108m/s,要使光由这种介质射入空气时折射光线与反射光线成90°夹角,求入射角.
正确答案
介质的折射率为:n==
=
设入射角为i,反射角为i′,折射角为r.
由题有:r+i′=90°
由反射定律有:i′=i
则得:r=90°-i
由n==
=tani得:tani=
,i=60°
答:入射角为60°.
某液体的折射率为,在其液面下有一可绕O轴匀速转动的平面镜OA,OA的初始位置与液面平行,如图所示.在液面与平面镜间充满自左向右的平行光线,若在平面镜逆时针旋转一周的过程中,有光线射入空气中的时间为2秒,试问:
(1)平面镜由初始位置转过多大角度时,光线开始进入空气?
(2)平面镜放置的角速度多大?
正确答案
(1)设临角为C,则sinC=
∴C=45°
则入射光线转过45°时光线开始进入空气.
根据反射定律及几何知识,平面镜转过α1==22.5°时光线开始进入空气.
(2)当平面镜转过67.5°时,光线又发生全反射,不进入空气,
所以平面镜转过22.5°-67.5°间光线进入空气.
平面镜转动的角速度:ω==
rad/s.
答:(1)平面镜由初始位置转过22.5°时,光线开始进入空气.
(2)平面镜放置的角速度是rad/s.
如图所示,巡查员站立于一空的贮液池边,检查池角处出液口的安全情况.已知池宽为L,照明灯到池底的距离为H.若保持照明光束方向不变,向贮液池中注入某种液体,当液面高为时,池底的光斑距离出液口
.
(1)试求当液面高为H时,池底的光斑到出液口的距离x.
(2)控制出液口缓慢地排出液体,使液面以v0的速率匀速下降,试求池底的光斑移动的速率vx.
正确答案
(1)由几何关系知:=
由折射定律得:=n•
代入h=,l=
得:n=
由于x=h
解得:x=
(2)液面匀速下降,光斑也匀速向左运动.
则有=
,
整理得 vx=vh.
一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯,下图为过轴线的截面图,调整入射角α,使光线恰好在水和空气的界面上发生全反射。已知水的折射率为,求sin α的值。
正确答案
解:当光线在水面发生全反射时,有sinC=
当光线从左侧射入时,由折射定律=n
联立两式,代入数据可得sinα=
如图所示,含有两种单色光的一细光束,以入射角θ射入厚度为d的平行玻璃砖中,该玻璃砖对两种单色光的折射率分别为n1和n2,且n1>n2。求两束单色光从下表面射出时出射点之间的距离。
正确答案
解:n1=
n2=
tani1=
tani2=
Δx=x2-x1=
如图所示,为用某种透明材料制成的一块长方体棱镜的截面图,O为BC的中心,光线从AB面入射,入射角为60°,光线进入棱镜后射在O点并恰好不从BC面射出。已知真空中的光速c=3.0×108m/s。
(1)画出光线从开始射入棱镜到射出棱镜后的完整光路图。
(2)求该棱镜的折射率和光线在棱镜中传播速度的大小。(结果可保留根号)。
正确答案
解:(1)
(2)在AB面
在O点
而
解得,
。
如图所示,一小孩站在宽6 m的河边,在他正对面的岸边有一距离河面高度为3m的树,树的正下方河底有一块石头,小孩向河面看去,可同时看到树顶和石头两者的像,并发现两个像重合,若小孩的眼睛离河面高为1.5 m,河水的折射率为,试估算河水深度。
正确答案
解:树顶反射和石头折射成像的光路图如图所示
由图得 ①
由几何关系得1.5tani+3tani=6
解得,
②
P点至树岸边的距离为3tani=4
③
把①②代入③得h=5.3 m ④
一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱形玻璃杯,下图为过轴线的截面图,调整入射角α,使光线恰好在水和空气的界面上发生全反射,已知水的折射率为,求sinα的值。
正确答案
解:当光线在水面处发生全反射时,有
当光线从左侧射入时,由折射定律
联立以上两式,代入数据可得
如图所示,一束激光从O点由空气射人厚度均匀的介质,经下表面反射后,从上表面的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
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