Question

【题目】如图，是一直角三棱镜的横截面，，，一细光束从BC边的D点折射后，射到AC边的E点，发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交BC于G，D恰好是CG的中点。不计多次反射。

（i）求出射光相对于D点的入射光的偏角；

（ii）为实现上述光路，棱镜折射率的取值应在什么范围？

Answer 1

【答案】（1）δ=60° （2）

【解析】试题分析：（1）根据题意画出光路图，根据几何关系找到出射光线与入射光线之间的夹角；

（2）要保证在E点发生全反射，则在E点的入射角要大于等于临界角C

（ⅰ）光线在BC面上折射，由折射定律有

①

式中，n为棱镜的折射率，i1和r1分别是该光线在BC面上的入射角和折射角。光线在AC面上发生全反射，由反射定律有

i2=r2②

式中i2和r2分别是该光线在AC面上的入射角和反射角。光线在AB面上发生折射，由折射定律有

③

式中i3和r3分别是该光线在AB面上的入射角和折射角。由几何关系得

i2=r2=60°，r1=i3=30°④

F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为

δ=（r1–i1）+（180°–i2–r2）+（r3–i3）⑤

由①②③④⑤式得

δ=60°⑥

（ⅱ）光线在AC面上发生全反射，光线在AB面上不发生全反射，有

⑦

式中C是全反射临界角，满足

⑧

由④⑦⑧式知，棱镜的折射率n的取值范围应为

⑨

故本题答案是：（1）δ=60° （2）