题目内容
一玻璃三棱镜,其截面为等腰三角形,顶角θ为锐角,折射率为
。现在横截面内有一光线从其左侧面上半部射入棱镜。不考虑棱镜内部的反射。若保持入射线在过入射点的法线的下方一侧(如图),且要求入射角为任何值的光线都会从棱镜的右侧面射出,则顶角θ可在什么范围内取值?![](http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/201408241350416146948.png)
![](http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824135041552336.png)
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设入射光线经玻璃折射时,入射角为I,折射角为r,射至棱镜右侧面的入射角为
。
根据折射定律有
①
由几何关系得:
②③④
当
时,由①式知
,
有最大值
(如图)
![](http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/2014082413504202026462.png)
由②式得,
③
同时应小于玻璃对空气的全反射临界角,
即![](http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824135042098703.png)
由①②③④式和题给条件可得,棱镜顶角
的取值范围为![](http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824135041661590.png)
![](http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824135041708310.png)
根据折射定律有
![](http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824135041739591.png)
由几何关系得:
![](http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824135041786503.png)
当
![](http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824135041817353.png)
![](http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824135041864363.png)
![](http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824135041708310.png)
![](http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824135041957408.png)
![](http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/2014082413504202026462.png)
由②式得,
![](http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824135042067510.png)
同时应小于玻璃对空气的全反射临界角,
即
![](http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824135042098703.png)
由①②③④式和题给条件可得,棱镜顶角
![](http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824135042129297.png)
![](http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824135041661590.png)
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