- 光的折射
- 共2353题
如图13-1-10所示,一束平行单色光的宽度为d,由空气射入某液体中,入射角为45°,已知该液体的折射率为,则光束在液体中传播时的宽度d′=_________.
图13-1-10
正确答案
光束传播的光路图如图20所示,设折射角为r,
图20
由折射定律:,将θ=45°,
代入得r=30°.
由图知:OO′=,同理d′=OO′·cosr=
·cosr=d·cos30°/cos45°=
水面下一单色光源发出的一条光线射到水面的入射角为30°,从水面上射出时的折射角是45°,求:①水的折射率;②光在水面上发生全反射的临界角.
正确答案
①②C=45°
试题分析:①由折射定律得
(2分)
②刚好全反射,有(2分)
得C=45°(1分)
点评:本题难度较小,画出光路图,根据折射定律和全反射关系求解即可
一束光线射到一个玻璃球上,如图19-2-10所示,该玻璃圆球的折射率是,光线的入射角是60°.求该束光线射入玻璃球后第一次从玻璃球射出的方向.
图19-2-10
正确答案
出射光线相对于入射光线的偏角为60°
提升能力
该束光线射入玻璃体后的光路如图所示.
i1=60°,n=
则由
由几何关系可知i2=r1=30°
r1+∠1=60°,i2+∠2=r2
则∠1=30°,∠2=30°
由此可得出射光线相对于入射光线的偏角为∠3=∠1+∠2=60°.
光线以入射角i从空气射向折射率n=的透明介质表面,如图19-2-14.
图19-2-14
(1)当入射角i=45°时,求反射光线与折射光线的夹角θ.
(2)当入射角i为何值时,反射光线与折射光线间的夹角θ=90°?
正确答案
(1)θ=105° (2)i=arctan
(1)如图,设折射角为r,由折射定律:=n
sinr=,得r=30°
而i′=i=45°,所以θ=180°-45°-30°=105°.
(2)此时i′+r=90° sinr=cosi
代入折射定律得tani=
所以i=arctan.
玻璃的折射率是1.50,水晶的折射率是1.55.让一块厚度为1 cm的玻璃片与一块水晶片叠放在一起,当光线垂直射入时,通过它们所用时间相等.则水晶片厚度是___________ cm.
正确答案
0.97
因为t=d/v=nd/c,所以n1d1=n2d2.
半径为r的圆形木板浮在深H的贮水池的水面上,在木板圆心的正上方h高处有一点光源s,求在水池的平底上影圈的半径R是多少?水的折射率为n。
正确答案
点光源s射向圆形木板边缘的光线进入水中后折向水底,在水底以O为圆心,以R为半径的圆形区域是点光源s发射的光线照射不到的影区(如图34)
由,
得
(2分)下图是光线从空气射入水中的示意图。图中是小婷同学画的光的折射光路图。她画得对吗?为什么?
正确答案
小婷同学画得不对。(1分)
因为光线从空气射入水中,入射角大于反射角。(1分)
由图可知,折射光线远离法线了,所以小婷同学画得不对,因为光线从空气射入水中,折射光线向法线偏折,且入射角大于折射角.
本题主要考查的是光的折射现象的光路图.
用折射率为n的透明物质做成内、外半径分别为a、b的空心球,如图所示,球的内表面涂有能完全吸收光的物质.则当一平行光射向此球时,球吸收的光束的横截面积多大(指光束进入空心球前的横截面积)?
正确答案
πn2a2
如图,所括范围内的光线将被球的内表面完全吸收,横截面是一个圆,半径是b·sini;在外表面处发生折射n=,其中sinr=
,所以球吸收的光束的横截面积是π(b·n·
)2=πn2a2.
半圆柱透镜的截面如图所示,圆心为O,半径OA=R.一束光从半径OA的中点垂直于界面射入透镜后,从圆孤面射出时出射光线相对于入射光线偏折了15°角,求透镜的折射率.要使这束光线不能从圆弧面射出,可使透镜从图示位置沿垂直于入射光线方向平移多少?
正确答案
,
入射光穿过半圆柱透镜的光路如图所示,在C点的入射角为30°,折射角
在圆弧面上的全反射临界角A="arc" sin(1/n)=45°.
要使光在圆弧面上发生全反射,可使透镜下移,使得∠OC'B'=45°则下移
要使光在圆弧面上发生全反射,还可使透镜上移,使得∠OC'B'=45°则上
如图所示,MN是一条通过透明球体球心的直线.在真空中波长为λ0=564nm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°.
(1)将光路补充完整,标明相应的入射角i和折射角r;
(2)求透明体的折射率
正确答案
略
如图所示,M是一块平面镜,位于透明液体之中,镜面水平向上放置,一细束光线a竖直向下射来,穿过液体射到平面镜上,现将平面镜绕水平轴在竖直面内顺时针转动角,光线经平面镜反射后在液面处分成两束,这两束光线恰好垂直,求;
(1)求该液体的折射率。
(2)若使光线经平面镜反射后在液面处恰好发生全反射,平面镜由初始水平位置绕水平轴在竖直面内顺时针转过的最小角度(用三角函数表示)。
正确答案
(1)n=(2)sin2θ=
/3
略
(8分)如图所示,光线从空气射向折射率n =的玻璃表面。
(1)当入射角θ1 = 45o时,折射角是多少?
(2)若想要让反射光线和折射光线垂直,入射角要多大?
正确答案
30度(2)
略
已知湖宽40m,湖的A、B两岸各高出水面分别为2m和1m,某人想通过在B岸观
察A岸边的一株树的倒影,测出这树的高度。如果人眼离地高度为1.6m,当人
的观察位置到岸边B的距离超过6.4m时,就看不到树梢的倒影,试作出上述情
况的光路图,并计算树高。
正确答案
7m
根据题意作出人看湖对岸树的光路如图-------------(2分),
由图可知:已知 h=1.6m,BD=6.4m,BF=hB+hA+H=3+H
C’F=40m
∵△BDE∽△C’FB =
,
=
--------------(3分)
解得树高H=7m-----------------(2分)
如图所示,宽为a的平行光束从空气斜射到两面平行的玻璃砖上表面,入射角为,光束中包含两种波长的光,玻璃对这两种波长的光的折射率分别为
=1.5,
,请回答以下问题:
为了使光束从玻璃下表面出射时能分成不相交的两束,玻璃砖的厚度至少为多少?画出光路的示意图.
正确答案
,
[方法一] 如图所示,表示一条单色光线以入射角i入射到两面平行的玻璃砖的上表面,经上表面和下表面两次折射后的光路图.并设玻璃砖对该单色光的折射率为n,玻璃砖的厚度为d.由图可以看出,为出射光线与入射光线间的侧移量.现求解如下:
由平面几何知识可得:
联立以上各式可得:
上式表明,在入射角相同的情况下,不同波长的单色光的侧移量不同.在本题中:
[方法二] 如图所示,作出两束光束经玻璃砖折射的光路图,由图可以看出,当两束光刚好在玻璃砖的下表面被分开时,入射光束边缘上不同波长的两条光线的折射光线相交于玻璃砖下表面的P点.由几何关系可以看出:
联立以上关系式,并代入各量的数据解得:
d=a 光路如图中所示.
同种波长的平行光束经玻璃砖折射后在玻璃砖中的折射光束仍然互相平行;玻璃对不同波长的光的折射率不同,所以若一条光线中包含两种不同波长的光,则这条光线被玻璃折射后不同波长的光的折射角不同,即两种单色光将被分开.本题中,平行光束中包含两种波长的光,则该入射光束经玻璃折射后,将在玻璃中被分成两束平行光束.
金属钠蒸气发出的黄光,频率是5.1×1014 Hz,它以45°的入射角由空气射入玻璃后,折射角是30°,那么它在玻璃中的传播速度和波长如何改变?改变了多少?
正确答案
速度减小值Δv=0.9×108 m/s;
波长减小值Δλ=1.8×10—7 m
本题考查光由一种介质进入另一种介质时频率不变,波速、波长改变.玻璃的折射率:
n=sinθ1/sinθ2=sin45°/sin30°="1.4 " (2分)
光在玻璃中的传播速度
v=c/n=3.0×108/1.4 m/s=2.1×108 m/s (2分)
可见光在玻璃中的传播速度减小,
减小值Δv=0.9×108 m/s (1分)
光在真空中的波长
λ0=c/ν=3.0×108/(5.1×1014) m=5.9×10—7 m (1分)
光在玻璃中的波长:
λ=v/ν=2.1×108/(5.1×1014) m=4.1×10—7 m (2分)
光在玻璃中的波长减小,
减小值Δλ=1.8×10—7 m. (1分)
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