题目内容

9.如图,将半径为R的透明半球体放在水平桌面上方,O为球心,直径恰好水平,轴线OO′垂直于水平桌面.位于O点正上方某一高度处的点光源S发出一束与OO′,夹角θ=60°的单色光射向半球体上的A点,光线通过半球体后刚好垂直射到桌面上的B点,已知O′B=$\frac{\sqrt{3}}{2}$R,光在真空中传播速度为c,不考虑半球体内光的反射,求:
(i)透明半球对该单色光的折射率n;
(ii)该光在半球体内传播的时间.

分析 (i)先作出光路图.再由几何关系,求出入射角和折射角,根据折射定律求折射率n.
(ii)由v=$\frac{c}{n}$求出光在半球体内传播的速度,由几何关系求出传播的距离,再求出传播时间.

解答 解:(i)光从光源S射出经半球体到达水平桌面的光路如图.
光由空气射向半球体,由折射定律,有:n=$\frac{sinθ}{sinα}$  
在△OCD中,sin∠COD=$\frac{\sqrt{3}}{2}$得:γ=∠COD=60°
光由半球体射向空气,由折射定律,有:n=$\frac{sinγ}{sinβ}$  
故α=β                         
由几何知识得:α+β=60°
故有:α=β=30°
因此:n=$\frac{sinγ}{sinβ}$=$\sqrt{3}$                             
(ii)光在半球体中传播的速度为:v=$\frac{c}{n}$=$\frac{\sqrt{3}}{3}$c
由几何知识得 2ACcos30°=R,得:AC=$\frac{\sqrt{3}}{3}$R
光在半球体中传播的时间为:t=$\frac{AC}{v}$=$\frac{R}{c}$
答:(i)透明半球对该单色光的折射率n是$\sqrt{3}$;
(ii)该光在半球体内传播的时间是$\frac{R}{c}$.

点评 处理几何光学相关的问题,关键是作出光路图,一定要用直尺准确作图,然后根据几何图形的特点求角或者线段的长度.

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