题目内容

【题目】如图所示,玻璃球冠的折射率为,其底面镀银,底面的半径是球半径的倍;在过球心O且垂直于底面的平面(纸面)内,有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M点,该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点.求该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角.

【答案】150°

【解析】

试题分析:设球半径为R,球冠地面中心为O′,连接OO′,则OO′⊥AB,令∠OAO′=α

则: ①

即α=30° ②

已知MA⊥AB,所以∠OAM=60° ③

设图中N点为光线在球冠内地面上的反射点,所考虑的光线的光路图如图所示.

设光线在M点的入射角为i,折射角为r,在N点的入射角为i′,反射角为i″,玻璃的折射率为n.

由于△OAM为等边三角形,所以入射角i=60° ④

由折射定律得:sini=nsinr ⑤

代入题给条件,得:r=30° ⑥

作底面在N点的法线NE,由于NE∥MA,所以i′=30° ⑦

由反射定律得:i″=30° ⑧

连接ON,由几何关系可知△MAN≌△MON,则∠MNO=60° ⑨

由⑦⑨式可得∠ENO=30°

所以∠ENO为反射角,ON为反射光线.这一反射光线经球面再次折射后不改变方向.

所以,该光线从球面射出的方向相对于其初始入射方向的偏角为β=180°-∠ENO=150°.

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