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简答题

一般认为激光器发出的是频率为υ的单色光,实际上它的频率并不是真正单一的,激光频率υ是它的中心频率,它所包含的频率范围是Δυ(也称频率宽度)。让单色光照射到薄膜表面,一部分从前表面反射回来(这部分称为甲光),其余的进入薄膜内部,其中的一小部分从薄膜后表面反射回来,并从前表面射出(这部分称为乙光)。甲、乙这两部分光叠加而发生干涉,称为薄膜干涉。乙光与甲光相比,要多在薄膜中传播一小段时间Δt。理论和实践都证明,能观察到明显的干涉现象的条件是Δt的最大值Δtm与Δυ的乘积近似等于1,即只有满足,才会观察到明显的稳定的干涉现象。已知某红宝石激光器发出的激光υ=Hz,它的频率宽度是Δυ=Hz。让这束单色光由空气斜射到折射率n =的液膜表面,射入时与液膜表面成45°角。

(1)求从O点射入薄膜中的光线的传播方向及传播速度;

(2)估算图中所示的情景下,能观察到明显稳定干涉现象的液膜的最大厚度dm

正确答案

解:(1)设从O点射入薄膜中的光线的折射角为r

根据折射定律有

所以折射角为

光在薄膜中的传播速率为 

(2)乙光在薄膜中经过的路程

乙光通过薄膜所用时间

取最大值时,对应的薄膜厚度最大

又因为

所以

解出

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一底面半径为R的半圆柱形透明体的折射率为,横截面如图所示,O表示半圆柱形截面的圆心。一束极窄的光线在横截面内从AOB边上的A点以60°的入射角入射,求:该光线从进入透明体到第一次离开透明体时,共经历的时间(已知真空中的光速为c,;计算结果用R、n、c表示)。

正确答案

解:设此透明物体的临界角为C

依题意,所以

当入射角为时,由

得到折射角:

即此时光线折射后射到圆弧上的C点,在C点的入射角为60°,大于临界角,会发生全反射往后光线水平反射至圆弧上的D点并在D点发生全反射,再反射至B点,从B点第一次射出

在透明体内的路径长为:s=3R  

光在透明体内的速度

经历的时间  

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[物理—选修3—5](15分)

(1)(5分)下列说法正确的是      

(2)(10分)有一玻璃球冠,右侧面镀银,光源S就在其对称轴上,如图21所示。从光源S发出的一束光射到球面上,其中一部分光经球面反射后恰能竖直向上传播,另一部分光折入玻璃球冠内,经右侧镀银面第一次反射恰能沿原路返回。若球面半径为R,玻璃折射率为,求光源S与球冠顶点M之间的距离SM为多大?

正确答案

(1)AD

(2)

(1)AD(全选对得5分,选对但不全得3分,有选错得0分)

(2)(10分)解:如图所示,            (2分)

                                          (1分)  

                                     (1分)

可得:°,    °                 (2分)

°

°                                (2分)

                                 

                 (2分)

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如图所示,光从长方体透明介质的上表面AB射入,射到侧面AD上(设AD边很长),讨论下列问题:(1)不管入射角多大,要使光均不能从AD面射出,则介质的折射率应满足什么条件?

(2)当介质的折射率为n时,光可能从AD面射出,要使光真正从AD面射出,则必须满足什么条件?

正确答案

解(1)要使光均不从AD面射出,应在i接近90°时,α仍大于临界角

即有:sini=1

=nsinα≥

解得:n≥

(2)光要从AD面射出:

有:sinα<cosr=sinα=n

解得:sini>

答:(1)介质的折射率n≥

(2)要使光真正从AD面射出,则必须满足sini>

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玻璃棱镜ABCD可以看成是由如图所示的ADE、ABE、BCD三个直角三棱镜组成,一束从AD面入射频率5.3×1014Hz的单色细光束在棱镜中的折射光线ab与AD面的夹角α=60°,已知光在真空的速度c=3×108m / s,玻璃的折射率n=1.5。求:

(1)这束入射光线的入射角的正弦值为多少?

(2)光在棱镜中的波长是多大?

(3)该束光线第一次从CD面出射时的折射角正弦值为多少?

正确答案

解:(1)设光在AD面的入射角、折射角分别为i、r

r=30°,根据n=,得sini=nsinr=0.75,i=arcsin0.75

(2)

(3)光路如图所示,ab光线在AB面的人射角为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r'=r=30°

根据,光线CD面的出射光线与法线的夹角

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