- 光的折射:折射率
- 共2037题
⑴(5分)如图所示,质点O在垂直x轴方向上做简谐振动,形成了沿x轴传播的横波。在t =0时刻质点O开始向上运动,经0.2s第一次形成图示波形,由此判断在t =2.5s时刻,质点A、B的运动情况是
A.A点位于x轴的下方。 B.B点位于x轴的上方。
C.A点正往上运动。 D.B点正往上运动。
⑵(10分)某种液体的折射率为,在其液面下有一可绕水平轴O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,光线射入空气中的时间为2s。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平面镜旋转的角速度多大?
正确答案
(1)AB
(2)
rad/s
⑴由题意和图像可知周期为0.8s,经过2.5s,质点A振动了2.1s,起振方向向上,质点A振动0.4s向下振动,所以A点在x轴下方并向下振动,同理可知B点振动了1.1s,起振方向向上,2.5s时,B在x轴上方且向下振动,所以A、B选项正确
⑵.解:
(1)设临界角为C,则
s 故 C=45°
由此可知当平面镜转过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,不能进入空气,
所以平面镜转过22.5°~67.5°间光线能进入空气。
平面镜转动的角速度
如图8所示,直角三棱镜的顶角是300,一束单色光垂直于斜边AC射入,从一直角边AB射出,出射光线与入射光线的夹角为300,光速c=3.0×108m/s 。求:
(1)该三棱镜的折射率?
(2)光在该棱镜里的传播速度是多大?
正确答案
(1)
(2)m/s
略
如图所示,在平静的水面下有一点光源S,点光源到水面的距离为H,水对该光源发出的单色光的折射率为n,请解答下列问题:
(1)在水面上方可以看到一圆形的透光面,求该圆的半径.
(2)若该单色光在真空中的波长为λ0,该光在水中的波长为多少?
正确答案
(1)r= (2)λ=
略
如图15-17所示为一直光导纤维,AB之间距离为s,使一光脉冲信号从光导纤维中间入射,射入后在光导纤维与空气的界面上恰好发生全反射,由A点传输到B点所用时间为t,求光导纤维所用材料的折射率.
图15-17
正确答案
光信号由A点进入光导纤维后,沿AO方向射到O点,此时入射角α恰好等于临界角,光在此介质中的传播速度为v,而沿水平方向的分速度为vsinα,沿水平方向传播的距离为s.
设介质的折射率为n,则有sinα=sinC= ①
②
③
由①②③式解得,所以
某同学做“测定玻璃折射率”的实验,其做了三次实验,则得的入射角分别为i1、i2、i3,折射率分别为r1、r2、r3,由此可得玻璃折射率的平均值等于 。
正确答案
略
如图所示,一束光由玻璃斜射到玻璃和空气的界面上,请画出光线进入空气后的传播方向。
正确答案
(1)入射角为入射光线与法线的夹角,不是与界面的夹角;
(2)光从空气斜射入玻璃中时,折射光线将向靠近法线的方向偏折,即入射角大于折射角.
解:(1)过界面的入射点垂直于界面作出法线,用虚线,标清垂直符号;
(2)入射角为入射光线与法线的夹角,根据光从空气斜射入玻璃中时,折射角小于入射角画出折射光线,如下图所示:
如图所示圆为玻璃圆柱的横截面,它的折射率为。一细光束垂直圆柱体的轴线以
的入射角射入圆柱体。
(1)作出光线穿过圆柱体并射出的光路图;
(2)求该光线从圆柱体射出时,出射光线偏离入射圆柱体光线方向多大的角度?
正确答案
(1)光线穿过圆柱体并射出的光路图如图所示。(3分)
(2)由折射定律得:
(2分)
解出:,
(1分)
在出射处,由几何关系如:
(1分)
由折射定律得: (1分)
解出折射角为: (1分)
所以,出射光线偏离原入射光线方向 (2分)
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°,则:
(1)平行光束以α=45°的入射角自AB边折射进入棱镜后,请作出可能存在的典型光路图.(垂直于界面的反射光线不必画出)
(2)作图分析并计算要使射入O点的光线能从AC面射出,夹角α(如图所示)应满足什么条件?结果可用反三角函数表示。
正确答案
夹角α应满足
⑴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 ,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,光路图如图
⑵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,则有
①
解得 ②
当α=180时入射角为90°,射向AC的光线,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 ③
如图所示,一束平行单色光由空气斜射入厚度为h的玻璃砖,入射光束与玻璃砖上表面夹角为θ,入射光束左边缘与玻璃砖左端距离为b1,经折射后出射光束左边缘与玻璃砖的左端距离为b2,可以认为光在空气中的速度等于真空中的光速c.求:光在玻璃砖中的传播速度v.
正确答案
由光的折射定律得 =n
由几何关系得 sini=cosθ
sinr=
则得n=
又n=
则得光在玻璃砖中的传播速度 v=
答:光在玻璃砖中的传播速度为.
直角玻璃三棱镜的截面如图所示,一条光线从AB面入射,ab为其折射光线,图中α=60°.已知这种玻璃的折射率n=,则ab光线在AC面上______(填“有”或“无”)光线射出玻璃砖,ab光线经.AC面反射,再经BC面折射后的光线与BC面的夹角为______.
正确答案
由临界角公式sinC=,n=
得,临界角C=45°,而光线在AC面上的入射角i=60°>C,则光线在AC面上发生了全发反射,故ab光线在AC面上没有光线射出玻璃砖.根据反射定律和几何知识得到,光线在BC面上的入射角i′=30°.
设光线经BC面折射后折射角为γ,则由n=,代入解得γ=45°.则光线与BC面的夹角β=90°-γ=45°.
故本题答案是:无;45°
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