题目内容

9.一不透明的圆柱形容器内装满折射率n=$\sqrt{2}$的透明液体,容器底部正中央O点处有一点光源S,若容器高为2dm,底边半径为(1+$\sqrt{3}}$)dm,则液面上方有光线射出的面积为多少?若有一平面镜MN与底面成45°角放置,OM=1dm,在容器中央正上方1dm处水平放置一足够长的刻度尺,如图所示,求光源S发出的光线经平面镜反射后,照射到刻度尺的长度.(不考虑容器侧壁和液面的反射)

分析 作出边界光路.当光线沿OM入射到平面镜时,发生反射,光线照射到刻度尺的最右端.当射到平面镜上的光线经折射照射到刻度尺的最左端时,根据对称性,作出平面镜反射的光路.根据反射定律和折射定律以及几何知识求解光线经平面镜反射后,照射到刻度尺的长度.

解答 解:设容器高为H.作图找出发光点S在平面镜中的像点S′,连接SM延长交直尺于H点.由题:光线SM的入射角为45°,根据反射定律可知反射角等于45°,则MH沿竖直方向.
连接S′P,根据对称性得S′M=OM=1dm,则在Rt△PRS′中,$RS′=\sqrt{3}dm$,PR=H+S′M=3dm
由几何知识得:∠r=30°.
根据折射定律可得:$n=\frac{sini}{sinr}$
解得:sini=$\frac{\sqrt{2}}{2}$,i=45°
故刻度尺上被照亮的范围为:$QH=1dm+\sqrt{3}dm=({1+\sqrt{3}})dm$
答:刻度尺上被照亮的范围长为(1+$\sqrt{3}$)dm.

点评 对于范围问题,往往要作出边界光线,研究临界情况,利用几何知识和折射定律、反射定律结合研究,这是常用的思路.

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