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简答题

如图所示,△abc为一直角三棱镜的横截面,其顶角α=30°,P是平行于ab的光屏.现有一束宽度为d的单色平行光垂直射向ab面,结果在屏P上形成一宽度等于d的光带,求棱镜的折射率n.

正确答案

平行光束经棱镜折射后的出射光束仍是平行光束,如右图所示.图中α、β为ac面上的入射角和折射角.

设出射光线与水平方向成θ角,则

依题意,BD=d,BC=d

所以CD=d            

∵AC=BC tanα=d

∴tanθ===

故  θ=30°                     

由几何知识得 β=α+θ=60°                    

棱镜的折射率  n===1.73

答:棱镜的折射率n是1.73.

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简答题

如图所示,一单色光束,以入射角从平行玻璃砖上表面O点入射。已知平行玻璃砖厚度为,玻璃对该单色光的折射率为。光从玻璃砖的上表面传 到下表面,求入射点与出射点间的距离为多少厘米。

正确答案

试题分析:根据                     (2分)

由几何关系知                     (2分)

代入数据得:                          (2分)

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简答题

(9分)如图16所示,半圆形玻璃砖的半径R=10cm,折射率为n=,直径AB与屏幕MN垂直并接触于A点。激光a以入射角i=30°射入玻璃砖的圆心O,在屏幕MN上出现了两个光斑。求这两个光斑之间的距离L

正确答案

解:作出光路如答图3所示,

据折射定律知,

所以: ,

解得r=60°(4分)

由图知L1=Rtan30°,L2=Rtan60°

所以L=L1+L2=R(tan30°+ tan60°)=cm≈23(cm)

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简答题

如图所示,M是一块平面镜,位于透明液体中,镜面水平向上放置,镜面到液面的距离h=0.8m。一束细光线竖直向下射来,通过液体射到平面镜上。现将平面镜以入射点为水平轴顺时针转过18.5°角,转到图中虚线所示的位置,光线经平面镜反射后,在液面处分成两束,且这两束光恰好垂直,求镜面旋转后光从开始进入液面到第一次离开液面的时间。(设平面镜较短,光线在平面镜上只发生一次反射,sin37°=0.6)

正确答案

8×10-9s

试题分析:将平面镜绕水平轴转过15°角,反射光线将转过30°,反射光线在液面处的入射角等于30°,而反射光在液面处形成的反射光与折射光垂直,画出光路图,根据几何知识求出入射角为i=30°,折射角为r=60°,算出折射率n,结合公式可求出光在液体中的传播速度,再找出光在液体中通过的路程,可求出时间。

依题意作出光路图如图所示当镜面转过18.5°角时,反射光线转过37°角,

即∠AOO′=∠OO′N′=37°,由几何知识可得∠CO′N=53°     (1分)

 

则液体的折射率       ①(2分)

光在液体中的路程为②(1分)

光在液体中的速度     ③(2分)

光从开始进入液面到第一次离开液面的时间④(1分)

由①~④式并代入数据可得t=8×10-9s         (2分)

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简答题

(选修模块3—4)(7分)

(1)(3分)运动周期为T,振幅为A,位于x=0点的被波源从平衡位置沿y轴正向开始做简谐运动,该波源产生的一维简谐横波沿x轴正向传播,波速为v,传播过程中无能量损失,一段时间后,该振动传播至某质点p,关于质点p振动的说法正确的是        .

E.若p点与波源距离s=淄T,则质点p的位移与波源的相同

(2)(4分)如图所示是一种折射率n=1.5的棱镜,现有一束光线沿MN的方向射到棱镜的AB界面上,入射角的正弦值为sini=0.75.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,要求写出简要的分析过程.(不考虑返回到AB和BC面上的光线).

正确答案

(1)ABE…………………………………………………………………3分

(2)(1)由折射率公式n=代入数据得v=2×108m/s………………1分

(2)设光线进入棱镜后的折射角为r

=n得r=30°……………………………………………………1分

在△NBD中,∠BND=60°,∠BDN=45°,光线射到BC界面时的入射角i1=60°-∠BDN=45°,在BC界面上发生全反射故光线沿DE方向垂直于AC边射出棱镜.…………………………1分

作出光路图……………………………………………………………………1分

(1)p质点振动情况跟波源完全相同,周期一定为T,开始振动的方向与波源相同,因为振动过程中无能量损失,所以振幅不变,若p点与波源距离整数个波长,则质点p的位移与波源的相同,所以选ABE

(2)(1)由折射率公式n=代入数据得v=2×108m/s

(2)设光线进入棱镜后的折射角为r

=n得r=30°

在△NBD中,∠BND=60°,∠BDN=45°,光线射到BC界面时的入射角i1=60°-∠BDN=45°,在BC界面上发生全反射故光线沿DE方向垂直于AC边射出棱镜.

如图可得光路

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