题目内容

【题目】一玻璃立方体中心有一点状光源。今在立方体的部分表面镀上不透明薄膜,以致从光源发出的光线只经过一次折射不能透出立方体。已知该玻璃的折射率为,求镀膜的面积与立方体表面积之比的最小值。

【答案】

【解析】

试题分析:将题所描述的光现象的立体图转化为平面图,考虑从玻璃立方体中心O发出的一条光线,假设它斜射到玻璃立方体上表面发生折射,如图所示,

根据折射定律有

nsinθ=sinα

式中,n是玻璃的折射率,入射角等于θ,α是折射角

现假设A点是上表面表面积最小的不透明薄膜边缘上的一点由题意,在A点刚好发生全反射,故

设线段OA在立方体上表面的投影长为RA,由几何关系有

式中a为玻璃立方体的边长由①②③式得

由题给数据得

由题意,上表面所镀的面积最小的不透明薄膜应是以RA为半径的圆所求的镀膜面积S′与玻璃立方体的表面积S之比为

由⑤⑥得

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