题目内容

【题目】如图所示,过中心线的截面为矩形的圆柱形棒是用折射率n= 的透明材料制成的.圆柱形棒的直径为D=6cm,一光束从左侧端面中心射入圆柱形棒,在柱体内发生多次全反射最终由棒的右侧端面中心射出.若要使折射光在上下侧边恰好发生全反射.sin53°=0.8,cos53°=0.6,则

(1)这束光在左侧端面的入射角的正弦值应为多少?
(2)若要使出射光与入射光平行,棒的长度应该满足什么条件?

【答案】
(1)解:光在柱面上恰好发生全反射时,设临界角为C,则:

sinC=

解得:C=53°

设光从圆柱棒的左侧端面中心射入时入射角为i,折射角为r,

由折射定律有:

=n

由几何关系知:r+C=90°

解得:sini=nsin(90°﹣C)=ncos53°=0.75

答:这束光在左侧端面的入射角的正弦值应为0.75;


(2)由图可知:要想出射光与入射光平行,光必须在上下侧面全反射总次数为偶数次,

设全反射总次数为2k次(k=1、2、3…)

则s=

棒的长度L=2k×2s=16kcm(k=1、2、3…)

答:若要使出射光与入射光平行,棒的长度应该满足16kcm(k=1、2、3…)的条件.


【解析】(1)首先根据临界角和折射率之间的关系,求出临界角,然后再根据折射定律,结合几何关系求出入射角的正弦值。
(2)首先根据题意进行分析,要使出射光与入射光平行发生全反射的次数必须为偶数次,列出数列的通项公式求出长度应满足的条件。
【考点精析】本题主要考查了光的折射的相关知识点,需要掌握光由一种介质射入另一种介质时,在两种介质的界面上将发生光的传播方向改变的现象叫光的折射才能正确解答此题.

练习册系列答案
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①如图所示,将白纸、复写纸固定在竖直放置的木条上,用来记录实验中球m1、球m2与木条的撞击点;
②将木条竖直立在轨道末端右侧并与轨道接触,让入射球m1从 斜轨上A点由静止释放,撞击点为B';
③将木条平移到图中所示位置,入射球m1从 斜轨上A点由静止释放,确定撞击点;
④球m2静止放置在水平槽的末端相撞,将入射球m1从 斜轨上A点由静止释放,球m1和球m2相撞后的撞击点;
⑤测得B'与撞击点N、P、M各点的高度差分别为h1、h2、h3
根据该同学的实验,回答下列问题:
(1)两小球的质量关系为m1m2(填“>”、“=”或“<”)
(2)木条平移后,在不放小球m2时,小球m1从斜轨顶端A点由静止释放,m1的落点在图中的点,把小球m2放在斜轨末端边缘B处,小球m1从斜轨顶端A点由静止开始滚下,使它们发生碰撞,碰后小球m1的落点在图中点
(3)利用实验中测量的数据表示小球m1和小球m2碰撞后的恢复系数为e=点.
(4)若在利用天平测量出两小球的质量分别为m1、m2 , 则满足表示两小球碰撞后动量守恒;若满足表示两小球碰撞前后机械能均守恒.

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