题目内容

(1)P、Q是一列简谐横波中的质点,相距30m,各自的振动图象如图所示.
①此列波的频率f=______Hz.
②如果P比Q离波源近,且P与Q间距离小于1个波长,那么波长λ=______m.
③如果P比Q离波源远,那么波长λ=______.
(2)如图所示,半圆形玻璃砖的半径为R,光屏PQ置于直径的右端并与直径垂直,一复色光与竖直方向成α=30°角射入玻璃砖的圆心,由于色光中含有两种单色光,故在光屏上出现了两个光斑,玻璃对两种单色光的折射率分别为n1=和n2=,求:
①这两个光斑之间的距离;
②为使光屏上的光斑消失,复色光的入射角至少为多少.

【答案】分析:(1)①从振动图象中读出波的周期,频率等于周期的倒数.
②如果P比Q离波源近,且P与Q间距离小于1个波长,P点在波峰位置时,Q点在平衡位置向下振动,两点之间相隔,根据两点的距离得出波长的大小.
③如果P比Q离波源远,考虑波传播的周期性,两点间的距离x=,n=0,1,2,3…从而求出波长的大小.
(2)①根据折射定律求出两色光从玻璃砖进入空气的折射角,再根据几何关系求出两个光斑之间的距离.
②当两种色光在界面处均发生全反射时光屏上的光斑消失,根据sinC=求出临界角的大小.
解答:解:(1)①质点的振动周期为4s,则波的频率:
f=.
②如果P比Q离波源近,且P与Q间距离小于1个波长,有:

得:λ=40m.
③如果P比Q离波源远,有x=,n=0,1,2,3…,
解得:(n=0,1,2,3…)
故答案为:(1)0.25 (2)40 (3)m(n=0,1,2,3…)
(2)①作出光路如图所示,由折射定律有:
n1=,n2=
代入数据得:= =
解得:β1=45° β2=60°
故:ab=Pb-Pa=Rtan45°-Rtan30°=(1-)R
②当两种色光在界面处均发生全反射时光屏上的光斑消失,折射率越小,临界角越大,当折射率为n2的色光发生全反射时,玻璃对其折射率为n1的色光先一定全反射,故sinC==,即入射角α=C=45°.
答:①两个光斑之间的距离为(1-)R.
    ②为使光屏上的光斑消失,复色光的入射角至少为45°.
点评:解决本题的关键掌握质点的振动和波动的关系,以及掌握光的折射定律和发生全反射的条件.
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