题目内容

【题目】如图所示为某种材质制定的特殊形状的玻璃体的横截面,横截面由一个等腰三角形和一个圆形构成,等腰三角形的直角边和圆形的半径相同,均为R.宽度为R的平行单色光垂直于AB边射入玻璃砖,恰好没有光线从AC边射出。已知光在真空中的传播速度为c。求:

(i)光线在直角三棱镜中的传播时间;

(ii)若要让所有光线都不能从玻璃砖的CD边射出,要用不透明吸光材料挡住CD弧部分长度,求吸光材料所挡住的那部分长度l。

【答案】(i)(ii)

【解析】

(i)据题意可知:光在AC边恰好发生全反射,则临界角C=45°,依据sinC=,代入数据可得:

n=

光在玻璃砖中的传播速度:v=,根据几何光学可知,光在直角三棱镜中传播距离:x=R,光在直角三棱镜中传播时间:t=解得:

t=

(ii)光线垂直射入圆形玻璃砖内CD边上可能发生全反射,设光在E点恰好发生全反射如图所示。据几何关系:

∠PEB=C=45°

有光线射出区域为ED弧,所以对应的圆心角为:∠EBD=45°,所以有光线射出区域的弧长为:

s=

所以吸光材料所挡住的那部分长度

l=s=

答:(i)光线在直角三棱镜中的传播时间为(ii)吸光材料所挡住的那部分长度为。

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