- 光的折射
- 共2353题
(1)如图,一个三棱镜的截面为等腰直角△ABC,∠A为直角.此截面所在平面内的光线沿平行于BC边的方向射到AB边,进入棱镜后直接射到AC边上,并刚好能发生全反射.该棱镜材料的折射率为______.(填入正确选项前的字母)
A. B.
C.
D.
(2)波源S1和S2振动方向相同,频率均为4Hz,分别置于均匀介质中x轴上的O、A两点处,OA=2m,如图所示.两波源产生的简谐横波沿x轴相向传播,波速为4m/s.己知两波源振动的初始相位相同.求:
(i)简谐横波的波长:
(ii)OA间合振动振幅最小的点的位置.
正确答案
如图所示,根据折射率定义有,sin∠1=nsin∠2,nsin∠3=1,已知∠1=45°∠2+∠3=90°,
联立解得:n=
故选A;
(2)(i)设波长为λ,频率为ν,则v=λν,代入已知数据得:λ=1m;
(ii)以O为坐标原点,设P为OA间任一点,其坐标为x,则两波源到P点的波程差△l=x-(2-x),
0≤x≤2.其中x、△l以m为单位.
合振动振幅最小的点的位置满足△l=(k+)λ,k为整数
则可解得:x=0.25m.0.75m,1.25m,1.75m.
故最小点的位置可以为0.25m,0.75m,1.25m,1.75m.
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
如图所示,某三棱镜的横截面是一个直角三角形,∠A=90°,∠B=30°,棱镜材料的折射率为n。底面BC涂黑,入射光沿平行底边BC的方向射向AB面,经AB面折射,再经AC面折射后出射。求:
(1)出射光线与入射光线的延长线的夹角α。
(2)为使上述入射光线能从AC面出射,折射率n的最大值是多少。
正确答案
解:
(1)
(2)
得
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
而
解得,
。
如图所示,游泳池宽度L=15m,水面离岸边的高度为0.5m,在左岸边一标杆上装有一A灯,A灯距地面高0.5m,在右岸边站立着一个人,E点为人眼的位置,人眼距地面离1.5m,若此人发现A灯经水反射所成的像与左岸水面下某处的B灯经折射后所成的像重合,已知水的折射率为1.3,则B灯在水面下多深处?(B灯在图中未画出)
正确答案
如图所示,设水面为CF,A到水面点C的距离为L1,B灯与水面点C之间的距离为L2,人眼到水面上点F之间的距离为L3,点C、D之间的距离为L4,由A灯光的反射得 =
,
=
得L4=5m.
对B灯光的折射过程,有sini=sin∠CBD=
sinr=sin∠CA′D=
由=
=
,
解得:L2=4.35m.
即B灯在水面下4.35m深处.
答:B灯在水面下4.35 m深处.
(选做题,选修3-4)
如图所示,△ABC为一直角三棱镜的截面,其顶角θ=30°,P为垂直于直线BCD的光屏,现一宽度等于AB的单色平行光束垂直射向AB面,在屏P上形成一条宽度等于的光带,试作出光路图并求棱镜的折射率。
正确答案
解:
平行光束经棱镜折射后的出射光束仍是平行光束,如图所示。图中θ1、θ2为AC面上入射角和折射角,根据折射定律,有nsin θ1=sin θ2
设出射光线与水平方向成 α角,则θ2=θ1+α
由于
所以
而
所以tan α=
可得α=30°,θ2=60°,所以。
如图所示,在坐标系的第一象限内有一横截面为四分之一圆周的柱状玻璃体OPQ,OP=OQ=R,一束单色光垂直OP面射入玻璃体,在OP面上的入射点为A,,此单色光通过玻璃体后沿BD方向射出,且与x轴交于D点,
,求:
(1)该玻璃的折射率是多少?
(2)将OP面上的该单色光至少向上平移多少,它将不能从PQ面直接折射出来。
正确答案
解:(1)在PQ面上的入射角
由几何关系可得θ2=60°
折射率
(2)临界角
从OP面射入玻璃体的光,在PQ面的入射角等于临界角时,刚好发生全反射而不能从PQ面直接射出。设光在OP面的入射点为M,在PQ面的反射点为N
至少向上平移的距离
如图所示,巡查员站立于一空的贮液池边,检查池角处出液口的安全情况,已知池宽为L,照明灯到池底的距离为H,若保持照明光束方向不变,向贮液池中注入某种液体,当液面高为时,池底的光斑距离出液口
。
(1)试求此种液体的折射率。
(2)试求当液面高为时,池底的光斑到出液口的距离。
(3)控制出液口缓慢地排出液体,使液面以vh的速率匀速下降,试求池底的光斑移动的速率vx。
正确答案
解:(1)方法一:由几何关系知:
由折射定律得:
代入,
得:;
(2)方法二:由几何关系知:
液面高度变化,折射角不变,由,
得:
解得:
(3)
【选修3-4选做题】
如图所示,一个横截面为直角三角形的三棱镜,∠A=30°,∠C= 90°。三棱镜材料的折射率是n=,一条与BC面成θ=30°角的光线射向BC面,经过AC边一次反射从AB边射出。求:
(1)求光在三棱镜中的速度;
(2)求从AB边射出的光线与AB边的夹角。
正确答案
解:(1)由折射率公式得
代入数据解得
(2)在BC界面,由折射定律得
得r=30°,光线射到AC界面上的入射角为60°
因为,有C<60°
故光线在AC界面发生全反射再经AB界面折射若出射角为α,则
得α=60°
则出射光线与AB面的夹角β=90°-α=30°
各色光通过玻璃棱镜发生色散时的偏折角度不同,其中紫光的偏折角度比红光的大,这是由于在玻璃中紫光的传播速度___________(填“大于”或“小于”)红光的传播速度,因此,玻璃对紫光的折射率___________(填“大于”或“小于”)玻璃对红光的折射率。
正确答案
小于,大于
如图所示截面为矩形的平行玻璃砖,图中的垂直,一束单色光从上的一点进入玻璃砖后,又从上一点返回空气中,已知入射角α和出射角β。
(1)求玻璃砖的折射率。
(2)若已知n=,0≤α≤π/2,求β的最小值。
正确答案
解:(1)根据题意可知:
解得
(2)当α=90°时,β最小
,
解得β=45°
(选修3-4选做题)
如图所示,两面平行的玻璃砖下表面涂有反射物质,一束与上表面成30°入射的光线,在右端垂直标尺上形成了A、B两个光斑,A、B间距为4 cm,已知此玻璃砖的厚度d=6 cm,试求玻璃砖的折射率n。
正确答案
解:光路图如图所示
光束入射角i=90°-30°=60°
设折射角为r,
由几何关系有:CE·sin30°=AB·sin 60°
且CE=2dtan r
代入数据解得:
半径为R的半圆形玻璃砖截面如图所示,O点为圆心,光线a沿半径方向进入玻璃后恰好在O点发生全反射,光线b平行于光线a,从最高点进入玻璃后折射到MN上的D点,已知光线a与MN的夹角为60°,求:
(1)玻璃的折射率n为多少?
(2)OD的长度是多少?
正确答案
解:(1)临界角C=30°
n=1/sinc=1/sin30°=2
(2)=n
sinr=
OD=Rtanr=
OD=R
如图,一束波长为0的红光,从空气中垂直于直角三棱镜的AB面入射,角A为30°,从AC面射出方向如图所示。则玻璃对红光的折射率、红光在玻璃中的传播速度、红光在玻璃中的波长各是多少?
正确答案
解:作出光路图,标出入射角、折射角,如图所示:
由折射率定义得:n=sin45°/sin30°=1.4
传播速度:v==2.14×108 m/s
红光在玻璃中的波长:=
=
=0.7
0
如图所示,扇形AOB为透明柱状介质的横截面,圆心角∠AOB=60°。一束平行于角平分线OM的单色光由OA射入介质,经OA折射的光线恰平行于OB。
(1)求介质的折射率。
(2)折射光线中恰好射到M点的光线____(填“能”或“不能”)发生全反射。
正确答案
解:依题意作出光路图如图所示
(1)由几何知识可知,入射角i=60°,折射角r=30°
根据折射定律得:
代入数据解得:
(2)不能
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