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简答题

如图为用某种透明材料制成的一块柱体形棱镜的水平截面图,FD为圆周,圆心为O。某单色光线a从AB面入射,入射角θ1=60°,它射入棱镜后射在BF面上的O点并恰好不从BF面射出。求:

(1)该棱镜对单色光线a的折射率n?

(2)改用波长λ更长的单色光线b从AB面入射。入射角同样为θ1=60°时,判断单色光线b能从BF面射出吗?说出理由。

正确答案

解:画出光路图

(1)设光线在AB面的折射角为θ2,折射光线与OD的夹角为C,则n=

由题意:光线在BF面恰好发生全反射,则sinC=

由图可知:θ2+C=90°

联立得n≈1.3(或)

(2)能。棱镜对单色光线b的折射率n更小,由n=判断θ1相同时θ2更大。由图判断BF面上入射角更小。由sinC=判断C更大,因此单色光线b能从BF面射出

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(选修3-4选做题)

如图所示,是一块截面为正方形的玻璃砖,其边长30 cm。一束激光射到玻璃砖的面上(入射点为)进入玻璃砖后在面上的点(图中未画出)发生全反射,恰沿方向射出。其中的中点,∠=30°,=7.5 cm,∠=30°。

(1)画出激光束在玻璃砖内的光路示意图,求出面上的反射点点的距离

(2)求出该玻璃砖的折射率。

(3)求出激光束在玻璃砖内的传播速度(真空中光速=3×108m/s)。

正确答案

解:(1)光路示意图如图所示,反射点为  

由几何关系得

代入数据得20cm

(2)由(1)的计算得,

得sin=0.6

由折射定律得==

(3)由得激光束在玻璃砖内的传播速度m/s  

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简答题

在用插针法测定玻璃砖折射率的实验中,甲、乙两位同学在纸上画出的界面ab、cd与玻璃砖位置的关系分别如图①、②所示,其中甲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ab、cd为界面画光路图.则甲同学测得的折射率与真实值相比______;乙同学测得的折射率与真实值相比______.(填“偏大”、“偏小”或“不变”)

正确答案

如图1.测定折射率时,玻璃中折射角增大,则由n=知,折射率减小;

用图②测折射率时,只要操作正确,与玻璃砖形状无关;

故答案为:偏小、不变

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【选修3-4选做题】

如图所示,在坐标系的第一象限内有一横截面为四分之一圆周的柱状玻璃体OPQ,OP=OQ=R,一束单色光垂直OP面射入玻璃体,在OP面上的入射点为A,,此单色光通过玻璃体后沿BD方向射出,且与x轴交于D点,,求:

(1)该玻璃的折射率是多少?

(2)将OP面上的该单色光至少向上平移多少,它将不能从PQ面直接折射出来。

正确答案

解:如图

(1)在PQ面上的入射角,得θ1=30°

由几何关系可得θ2=60°

折射率

(2)临界角

从OP面射入玻璃体的光,在PQ面的入射角等于临界角时,刚好发生全反射而不能从PQ面直接射出。设光在OP面的入射点为M,在PQ面的反射点为N

至少向上平移的距离

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【选修3-4选做题】

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:

△x=x2-x1解得

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如图所示,MN是一条通过透明球体球心的直线,一条平行于MN的光线a射向此球体,若出射光线c与MN的交点P和球心O的距离是球半径的倍,与MN所成的角α=30°,求透明球体的折射率。

正确答案

解:作光路图如图所示,设球的半径为R

在△OPB中,即则∠FBP=45°

由几何条件知∠BOP=∠15°且有∠OAB=∠OBA,又aA//MO,所以∠AOM=∠aAE

由光路可逆知∠aAE=45°,由几何关系知∠OAB=30°

则折射率n=

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半径为R的半圆形玻璃砖横截面如图所示,O为圆心,光线a沿半径方向射入玻璃砖后,恰在O点发生全反射,已知∠aOM=45°,求:

(1)玻璃砖的折射率n;

(2)另一条与a平行的光线b从最高点入射玻璃砖后,折射到MN上的d点,则这根光线能否从MN射出?Od为多少?

正确答案

解:(1)

(2)设b光在玻璃砖中折射角为θ,则由折射定律可得

所以θ=30°

这根光线在MN界面的入射角也为30°,能从MN射出

由几何关系得

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如图所示,△为一直角三棱镜的横截面,其顶角α=30°,为垂直于直线的光屏,现有一宽度为的单色平行光束垂直射向面,结果在光屏上形成一条宽为的光带,.  

(1) 求出射光的偏折角.

(2) 求介质的折射率.

(3) 如果红、紫两种颜色的光混合后同时入射,入射方向斜向上,则屏上顶端的光带是什么颜色?

正确答案

解:(1)面上的入射角θ1=α=30°

延长,交的延长线于点,由几何知识可知,tan∠

所以∠=30°

由此可知折射角θ2=60°,所以偏折角为30°

(2)=1.732

(3)因为玻璃对红光的折射率小,偏折角小,所以光屏的上方是红色的水平光带

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简答题

如图所示,在坐标系的第一象限内有一横截面为四分之一圆周的柱状玻璃体OPQ,OP=OQ=R,一束单色光垂直OP面射入玻璃体,在OP面上的入射点为A,OA=,此单色光通过玻璃体后沿BD方向射出,且与 x轴交于D点,OD=,求:

(1)该玻璃的折射率是多少?

(2)将OP面上的该单色光至少向上平移多少,它将不能从PQ面直接折射出来。

正确答案

解:(1)在PQ面上的入射角,θ1=30°

由几何关系可得θ2=60°

折射率

(2)临界角sinC=

从OP面射入玻璃体的光,在PQ面的入射角等于临界角时,刚好发生全反射而不能从PQ面直接射出。设光在OP面的入射点为M,在PQ面的反射点为N

至少向上平移的距离0.077R

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简答题

如图所示,一圆柱形容器底面直径和高度相等,当在S处沿容器边缘的A点方向观察空筒时,刚好看到筒底圆周上的B点,保持观察点位置不变,将筒中注满某种液体,可看到筒底的中心点O,试求这种液体的折射率为多少?

正确答案

解:入射角有

      折射角有 

     

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