题目内容

13.如图所示,截面为三角形透明介质的三棱镜,三个顶角分别为∠A=60°,∠B=75°,∠C=45°,介质的折射率n=$\sqrt{3}$,现有一束光线沿MN方向射到棱镜的AB面上,入射角的大小i=60°,光在真空中的传播速度c=3×108m/s,求:
①光在棱镜中传播的速率;
②画出此束光线进入棱镜后又射出棱镜的光路图,要求写出必要的计算过程.(不考虑返回到AB和BC面上的光线)

分析 ①光在棱镜中传播的速率应根据公式v=$\frac{c}{n}$求解.
②已知折射率n和入射角的正弦sini,根据折射定律n=$\frac{sini}{sinr}$求出折射角.由公式sinC=$\frac{1}{n}$求得临界角C.由几何知识求出光线射到BC面的入射角,根据入射角与临界角的大小关系,判断光线在BC面上能否发生全反射,再进一步确定此束光线射出棱镜后的方向.

解答 解:①光在棱镜中传播的速率:v=$\frac{c}{n}$=$\frac{3×1{0}^{8}}{\sqrt{3}}$=$\sqrt{3}$×108m/s;
②设此束光从AB面射入棱镜后的折射角为r,由折射定律n=$\frac{sini}{sinr}$得:$\sqrt{3}$=$\frac{sin60°}{sinr}$
解得:r=30°.
显然光线从AB射入棱镜后的折射光线NP平行于底边AC,由图中几何关系可得,光线在BC面上的入射角θ=45°
设临界角为C,则由sinC=$\frac{1}{n}$=$\frac{\sqrt{3}}{3}$,sinθ=$\frac{\sqrt{2}}{2}$
可得 θ>C
故光线在BC面上发生全反射后,根据几何知识和反射定律得知,光线将垂直于底面AC方向由图中Q点射出棱镜.光路如图所示.
答:
①光在棱镜中传播的速率是2.0×108m.
②光路如图所示.

点评 本题是折射定律、光速公式和全反射知识的综合应用.当光从光密介质射入光疏介质时要考虑能否发生全反射.

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