- 光的折射
- 共2353题
折射率为的玻璃球,被一束光线照射,若入射角i=600求:
(1)入射处反射线与折射线的夹角;
(2)光线从球射入空气的折射角。(要求画出规范的光路图)
正确答案
(1)入射处反射光与折射光的夹角为(2)
本题考查的是光的折射的问题,根据折射定律,折射角为30°,根据反射定律可知反射角为60°,入射处反射光与折射光的夹角为
;再根据折射定律可计算出光线从球射入空气的折射角为60°;
(1)(5分)一列简谐横波沿直线ab传播,ab=2m,a、b两点的振动情况如图所示,下列说法中正确的是 ( )
(2)(10分)如图所示,由某种透明物质制成的直角三棱镜ABC,折射率为n,。一细束光线在纸面内从O点射人棱镜,光线与AB面间的垂线夹角为
,通过观察发现此时无光线从AC面射出,有光线垂直于BC面从棱镜射出。稍稍减小
,则可以观察到AC面有光线从棱镜射出。求:
①该透明物质的折射率n。
②光线与AB面间的夹角。(结果可以用夹角
的三角函数表示)
正确答案
略
(1)AC (2)(10分)
解: ①由题意可知,光线射向AC面的恰好发生全反射反射光线垂直于BC面从棱镜射出,光路图如下图设该透明物质的临界角为C,由几何关系可知
C=θ2=θ1="60° " ① ②
③
②由几何关系r=30°④ 由折射定律 ⑤
⑥
如图所示,一细束红光和一细束蓝光平行射到同一个三棱镜上,经折射后交于光屏上的同一个点M,若用n1和n2分别表示三棱镜对红光和蓝光的折射率,则n1_______n2(填“>”,“<”或“=”);______为红光。
正确答案
<,b
本题考查光的折射及物质的折射率计算的相关知识。
我们知道,光在空气中的传播速度可近似于真空中的传播速度,空气中红光的波长
比蓝光的波长
大,因此由公式
可知,红光的频率
小于蓝光的频率
;光在玻璃中的折射率n为:
,
表示光在真空中的传播速度,
表示光在玻璃中的传播速度,而红光在玻璃中的传播速度
比蓝光在玻璃中的传播速度
大,所以①红光在玻璃中的折射率
小于蓝光在玻璃中的折射率
,即
。②从图中可知b为红光(折射率大的光在玻璃中偏折越厉害)。
如图所示,某三棱镜的截面是一直角三角形,棱镜材料的折射率为n,底面BC涂黑,入射光沿平行于底面BC的方向射向AB而,经AB和AC折射后射出.为了使上述入射光线能从AC面射出,求折射率n的取值范围.
正确答案
画出光路图如图所示.
因为入射光平行于BC面,i=60°
由折射定律有=n,解得sinα=
光折到AC面上时,=n
由几何关系可得:α+β=90°
则sinβ=cosα==
sinr=nsinβ=
要使有光线从AC面射出,应有sinr≤1:即≤1
解得n≤.
答:折射率n的取值范围1<n≤.
(9分)如图所示,一等腰直角三棱镜,放在真空中,.在棱镜侧面
左方有一单色光源S,从S发出的光线SD以60°入射角从AB侧面中点射入三棱镜,当它从侧面AC射出时,出射光线与棱镜侧面AC间的夹角为30°.求此三棱镜的折射率并作出光路图.
正确答案
试题分析:由折射定律,光线在AB面上折射时有:;(2分)
在AC面上出射时,;(1分)
由几何关系, ,
。 (2分)
联立解得:,(2分)
折射率 (2分)
如图所示的装置测定玻璃的折射率,在光具盘的中央固定一个半圆形的玻璃砖,使二者的圆心重合,使一激光束从玻璃圆弧面一侧入射并垂直平面AOB,通过圆心O射出玻璃砖,记下入射光束在光具盘上所对应的位置的刻度. 以圆心O为轴逆时针转动光具盘,同时观察从平面AOB一侧出射光线的变化,出射光线不断向下偏转并越来越暗,直到刚好看不到出射光线为止.记下这时入射光线在光具盘上对应的刻度,光具盘上两次刻度之间的夹角θ就是光束从玻璃射向空气的_______.玻璃折射率的表达式n=_______.
正确答案
临界角;1/sinθ
以圆心O为轴逆时针转动光具盘,这样会使入射角增大,当看不到出射光线时,则会发生全反射,所以光具盘上两次刻度之间的夹角θ就是光束从玻璃射向空气的临界角,玻璃折射率的表达式n
故答案为:临界角;1/sinθ
[物理-选修3-4]
(1)如图1所示,在xOy平面内有一列沿x轴传播的简谐横波,频率为2.5HZ.在t=0时,P点位于平衡位置,且速度方向向下,Q点位于平衡位置下方的最大位移处.则在t=0.35s时,P、Q两质点______
A.位移大小相等,方向相同
B.速度大小相等,方向相同
C.速度大小相等,方向相反
D.加速度大小相等,方向相反
(2)两束平行的细激光束,垂直于半圆柱玻璃的平面射到半圆柱玻璃上,如图2所示.已知其中一条光线沿直线穿过玻璃,它的入射点是O;另一条光线的入射点为A,穿过玻璃后两条光线交于P点.已知玻璃截面的圆半径为R,OA=,OP=
R.求玻璃材料的折射率.
正确答案
(1)由题,频率为f=2.5Hz,则周期为T=0.4s.在t=0时,P点位于平衡位置,且速度方向向下,Q点位于平衡位置下方的最大位移处,画出波形如实线所示.
若波沿x轴正方向,在t=0.35s=T时,波形向右平移
波长,如图虚线所示,由图看出,该时刻两质点的位移大小相等,方向相反,速度大小,方向相同;加速度大小相等,方向相反.
若波沿x轴负方向,同理得到同样的结论.
故选BD.
(2)作出光路如图所示,其中一条光线沿直线穿过玻璃,可知O点为圆心;
另一条光线沿直线进入玻璃,在半圆面上的入射点为B,入射角设为θ1,折射角设为θ2
则sinθ1==
得θ1=300
因OP=R,由几何关系知BP=R,则折射角θ2=600
由折射定律得玻璃的折射率为n==
=
=1.73.
答:玻璃的折射率为1.73.
(8分)【物理—物理3—4】
一足够人的水池内盛有某种透明液体,液体的深度为H,在水池的底部中央放一点光源,其中一条光线以30°入射角射到液体与空气的界面上,它的反射光线与折射光线的夹角为105°,如图.求:
(1)这种液体的折射率;
(2)液体表面亮斑的面积.
正确答案
(1)(2)
(8分)【物理—物理3—4】
解:由图知:入射角折射角
(2)若发生全反射,入射角C应满足
C=45°
亮斑半径
亮斑面积
某种单色光在真空中的波长为λ,速度为c,普朗克恒量为h,现将此单色光以入射角i由真空射入水中,折射角为r,则此光在水中的波长为______,每个光子在水中的能量为______.
正确答案
光的折射率为n= ①
光在水中与真空中频率相同,设为γ.设此光在水中的波长为λ′,速度为v.
由n=,c=λγ,v=λ′γ得,n=
②
由①②联立解得,此光在水中的波长为λ′=;
光子的能量为E=hγ=h
故答案为:,h
(8分)在龟峰山风景区的盘山公路路面上等间距地镶嵌一些玻璃球,当夜间行驶汽车的车灯照上后显得非常醒目,以提醒司机注意安全。若小玻璃球的半径为R=2cm,折射率是,如图所示,今有一束平行光沿直径AB方向照在小玻璃球上,若在距离直径AB为h的C点入射平行光经折射―反射―折射再射出玻璃球时能与原来的方向相反,即实现“逆向反射”,试求C到直径AB距离h的大小.
正确答案
1.732cm
试题分析:光路图如下设C点对应入射角为,折射角为
,
则有(2分)
玻璃小球出射光线与入射光线平行的条件是(2分)
故有: (2分)
故离AB的距离为:=1.732cm(2分)
如图所示,横截面是直角三角形ABC的三棱镜对红光的折射率为n1,对紫光的折射率为n2.一束很细的白光由棱镜的一个侧面AB垂直射入,从另一个侧面AC折射出来.已知棱镜的顶角∠A=30°,AC边平行于光屏MN,且与光屏的距离为L.求在光屏上得到的可见光谱的宽度.
正确答案
本题考查光的色散.光路如图所示.
设射到屏上的红光和紫光偏离O点的距离分别为d1和d2,折射角分别为θ2和θ3,入射角θ1=30°,则由折射定律
(2分)
(2分)
得sinθ2=n1sinθ1=n1 (1分)
sinθ3=n2sinθ1=n2
(1分)
则d1=Ltanθ2=L (1分)
d2=Ltanθ3=L (1分)
则可见光谱的宽度为
d2-d1=L().
略
如图所示为一个透明介质制成的半径为R的球,透明介质的折射率为n,球心为O.透明球内有一点光源S,S距球心O的距离为R/n.试证明:光源S发出的光射到右边球面上,经球面折射后能形成像,并求出像
的位置.
正确答案
如图所示,设入射角为i入射光与主轴的夹角为θ,折射角为r。在三角形PSO中,由三角形关系可知:
如图所示,设入射角为i入射光与主轴的夹角为θ,折射角为r。在三角形PSO中,由三角形关系可知:
如图所示,等腰直角三棱镜放在真空中,斜边BC=d,一束单色光以60°的入射角从AB侧面中点入射,折射后再从AC侧面折射出,已知三棱镜的折射率n=,单色光在真空中的光速为c,求此单色光通过三棱镜的时间。
正确答案
在AB面上单色光发生折射,光路如图 (2分)
由折射定律知 =nα=45°(3分)
故光在棱镜内传播的路径DE应
与BC平行且DE=d
在棱镜内光速v==
(3分)
所以t==
(2分)
(8分)半径为R的半圆柱形玻璃,横截面如图12所示,O为圆心,已知玻璃的折射率为。一束与MN平面成45°的平行光束从空气射到玻璃的半圆柱面上,经玻璃折射后,有部分光能从MN平面上射出,求能从MN射出的光束的宽度为多少?
正确答案
如图所示,进入玻璃中的光线①沿半径方向直达球心位置O,且入射角等于临界角,恰好在O点发生全反射。光线①左侧的光线(如:光线②)经球面折射后,射在MN上的入射角一定大于临界角,在MN上发生全反射,不能射出,光线①右侧的光线经半球面折射后,射到MN面上的入射角均小于临界角,能从MN面上射出,最右边射向半球的光线③与球面相切,入射角°,由折射定律知
得
°
故光线③将垂直MN射出,所以在MN上面射出光束宽度应为
OE=
一棱镜的截面为直角三角形ABC,∠A=30°,斜边AB=8cm.棱镜材料的折射率为n=
.在此截面所在的平面内,一条光线以45°的入射角从AC边的中点M射入棱镜(如图所示)求:
(1)光从棱镜射到空气的临界角;
(2)求光从入射到第一次射出棱镜在棱镜所需的时间.
正确答案
(1)由sinC=得:
光从棱镜射向空气是临界角为45°;
(2)光在玻璃中的速度为:v=
由数学知识得:=
=6
cm
=3
cm
t==6×10-10s
答:(1)光从棱镜射到空气的临界角为45°;
(2)求光从入射到第一次射出棱镜在棱镜所需的时间为6×10-10s.
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