题目内容

2.(1)在光学中,折射率是这样定义的,让光线从真空(或空气)射入某介质发生折射,如果入射角是i,折射角是r,则该介质的折射率为n=$\frac{sini}{sinr}$,如图1为某光线通过等腰三角形三棱镜(顶角为2α)的光路图,则该三棱镜的折射率为cotα.
(2)将三棱镜换成如图2所示平行玻璃砖,平行玻璃砖的厚度为d.某光线斜射到玻璃砖的上表面,α=45°,光线从玻璃砖的下表面射出,玻璃对这种光的折射率为$\sqrt{2}$,则出射光线与入射光线的间距x为0.75d.(sin15°=0.65)

分析 (1)先作左边界面的斜面的法线,再作右边斜面的法线,找出空气中的入射角和介质中的折射角,分别求出折射角和入射角的大小,然后再根据折射率的定义即可得出答案.
(2)过O点作法线EF,根据光线从玻璃砖的下表面射出,玻璃对这种光的折射率为$\sqrt{2}$,可求得折射角的度数,然后可知∠BOD的度数,再利用三角函数值表示BD,即为出射光线与入射光线的间距x.

解答 解:(1)先作左边界面的斜面的法线,再作右边斜面的法线,
当光线从左边以α角入射时,此时的入射角i=90°-α,
让光线从右边可逆方向以α角入射求出此时的折射角,发现两入射角相等,这说明了中间光线和两侧的斜边夹角相等,说明和底边平行,即CD∥BC,则当光线从左边以α角入射时,
此时的折射角为r=90°-$\frac{180-2α}{2}$=α.则该三棱镜的折射率为
n=$\frac{sini}{sinr}$=$\frac{90°-α}{α}$=cotα.
(2)由α=45°,光线从玻璃砖的下表面射出,玻璃对这种光的折射率为$\sqrt{2}$,可得,
$\frac{sinα}{sinr}$=$\frac{sin45°}{sinr}$=$\sqrt{2}$,解得sinr=$\frac{1}{2}$,则r=30°.
cosr=$\frac{d}{OB}$=$\frac{\sqrt{3}}{2}$,则OB=$\frac{2\sqrt{3}}{3}$d,
∠BOD=∠EOD-∠r=45°-30°=15°,
则sin15°=$\frac{BD}{OB}$=$\frac{BD}{\frac{2\sqrt{3}}{3}d}$=0.65,
解得BD≈0.75d,
x=BD=0.75d.

故答案为:cotα;0.75d.

点评 此题主要考查光的折射现象及其应用,解答此题的关键是利用折射时光路是可逆的,证明CD∥AB,然后再利用三角形内角和定理求出折射角的大小,然后问题可解,此题对学生的要求比较高,要求学生应具备一定的学科综合能力.

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