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简答题

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=

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简答题

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:n1=

n2=

tani1=

tani2=

Δx=x2-x1=

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简答题

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

解得。 

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简答题

如图所示,是一种折射率n=1.5的棱镜,用于某种光学仪器中,现有一束光线沿MN方向射到棱镜的AB面上,入射角的大小满足sinθ1=0.75,求:

(1)光在棱镜中传播的速率;

(2)画出此束光线射出棱镜后的方向,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)光在棱镜中传播的速率v===2×108m/s

(2)由题光在AB面上入射角的正弦sini=sinθ1=0.75,由折射定律率n=得,sinr===,得到AB面上的折射角r=30°

由几何关系得,BC面上的入射角θ=45°

全反射临界角C=arcsin=arcsin<45°,则光在BC面上发生全反射,光线垂直于AC面射出棱镜,光路如图所示.

答:

(1)光在棱镜中传播的速率为2×108m/s;

(2)画出此束光线射出棱镜后的方向如图.

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简答题

如图所示,MN是一条通过透明球体球心的直线.在真空中的单色细光束AB平行于MN射向球体,B为入射点,若出射光线CD与MN的交点P到球心O的距离是球半径的倍,且与MN所成的角α=30°.求:透明体的折射率.

正确答案

连接OB、BC,如图所示.

在B点光线的入射角、折射角分别标为i、r,在△OCP中:有=

解得∠OCP=135°(45°值舍)①

进而可得:∠COP=15°

由折射率定义:在B点有:n=

在C点有:n=

又∠BCO=r

所以,i=45°②

又:∠BCO=180°-i-∠COP=120°故:r=30°③

因此,透明体的折射率n===

答:透明体的折射率为

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简答题

如图所示,一束激光从O点由空气射入厚度均匀的介质,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

解:设折射角为r,折射定律:

几何关系:l=2dtanr

解得

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简答题

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

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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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简答题

如图所示,一束激光从O点由空气射入厚度均匀的介质,经下表面反射后,从上面的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

解:设拆射角为r

折射定律=n

几何关系l=2dtanr

解得d=

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一束单色光由左侧射入盛有清水的薄壁圆柱杯,下图为过轴线的截面图,调整入射角α,光线拾好在和空气接触的界面上发生全反射,已知水的折射角为,α的值。

正确答案

解:当光线在水面发生全放射时有

当光线从左侧射入时,由折射定律有

联立这两式代入数据可得

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(9分)如图,为某种透明材料做成的三棱镜横截面,其形状是边长为a的等边三角形,现用一束宽度为a的单色平行光束,以垂直于BC面的方向正好入射到该三棱镜的AB及AC面上,结果所有从AB、AC面入射的光线进入后恰好全部直接到达BC面.试求:

(i)该材料对此平行光束的折射率;

(ii)这些到达BC面的光线从BC面折射而出后,如果照射到一块平行于BC面的屏上形成光斑,则当屏到BC面的距离d满足什么条件时,此光斑分为两块?

正确答案

(i)(ii)当光屏到BC距离超过时,光斑分为两块。

试题分析:

(i) 由于对称性,我们考虑从AB面入射的光线,这些光线在棱镜中是平行于AC面的,由对称性不难得出,光线进入AB面时的入射角α折射角β分别为

α=60º,β=30º 

由折射定律,材料折射率

 

(ii)如图O为BC中点,在B点附近折射的光线从BC射出后与直线AO交于D,可看出只要光屏放得比D点远,则光斑会分成两块.

由几何关系可得OD= 

所以当光屏到BC距离超过时,光斑分为两块

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(9分) “道威棱镜”广泛地应用在光学仪器当中,如图所示,将一等腰直角棱镜截去棱角,使其平行于底面,可制成“道威棱镜”,这样就减小了棱镜的重量和杂散的内部反射。从M点发出的一束平行于底边CD的单色光从AC边射入,已知棱镜玻璃的折射率.求光线进入“道威棱镜”时的折射角,并通过计算判断光线能否从CD边射出.

正确答案

试题分析:由折射定律得:                 (2分)

光线进入“道威棱镜”时的折射角:             (1分)

全反射临界角:                        (2分)

                                          (1分)

如图所示,光线到达CD边时入射角:        (2分)

光线不能从CD边射出                                (1分)

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简答题

如图所示为用某种透明材料制成的一块柱形棱镜的截面图,圆弧CD为半径为R的四分之一的圆周,圆心为O,光线从AB面上的某点入射,入射角,它进入棱镜后恰好以临界角射在BC面上的O点。

(a)画出光线由AB面进入棱镜且从CD弧面射出的光路图;

(b)求该棱镜的折射率n;

(c)求光线在该棱镜中传播的速度大小(已知光在空气中的传播速度c=3.0×108m/s)。

正确答案

         ×108m/s

试题分析:(b)光线在BC面上恰好发生全反射,入射角等于临界角C

sinC=                     (2分)

在AB界面上发生折射,折射角θ2=90°-C   (1分)

由折射定律:         =n             (1分)

由以上几式解得      n=              (2分)

(c)光速             v= =×108m/s      (2分)

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简答题

如图所示,将一个折射率为n=的透明长方体放在空气中,矩形ABCD是它的一个截面,一单色细光束入射到P点,入射角为θ,AP=AD,AD=d,求:

(1)若要使光束进入长方体后能射至AD面上,角θ的最小值为多少?

(2)若要此光束在AD面上发生全反射,角θ的范围如何?

正确答案

(1)30°(2)

试题分析:(1)要使光束进入长方体后能射至AD面上,设最小折射角为,根据几何关系有:     

根据折射定律有:   

解得:角θ的最小值θ=30°     

(2)临界角       

如图,要此光束在AD面上发生全反射,则要求射至AD面上的入射角应满足,即AB面上的入射角θ最大时,  

   

可得θ的最大值:θ=60°   

所以角θ的范围为: 

点评:光束进入长方体后能直接折射到AD面上,θ最小时折射光线恰好射到D点;光束直接折射到AD面上的光能在AD面上发生全反射,入射角大于等于临界角,找出光线在AB面上折射角的范围,根据折射定律求解θ的取值范围。

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简答题

如图为一块直角三棱镜,顶角A为30°。一束激光沿平行于BC边的方向射向直角边AB,并从AC边射出,出射光线与AC边夹角也为30°。则该激光在棱镜中的传播速度为多少?(结果保留两位有效数字)

正确答案

解:

由几何关系得:

折射率

激光在棱镜中传播速度

下一知识点 : 光的干涉、衍射和偏振
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