题目内容

18.如图所示是一个透明的玻璃圆柱体的横截面,其半径R-20cm,AB是过圆心的一条水平直径.有一激光源S,发射出一条很细的水平激光束,恰好沿玻璃圆柱体顶部过去.现将激光源S沿竖直方向缓慢向下移动h=2.68cm时,水平激光束第一次从B点射出.(光在真空中的传播速度为3×108m/s,$\sqrt{3}$=1.732)试求:
(Ⅰ)玻璃的折射率:
(Ⅱ)经B点反射的光束在玻璃圆柱体中的传播时间(从进入玻璃圆柱体开始计时).

分析 (Ⅰ)作出光路图,由几何知识分析得到入射角等于折射角的2倍,由折射定律求出入射角.即可求得折射率.
(Ⅱ)由数学知识求出光在玻璃中传播的路程,由公式v=$\frac{c}{n}$求出光在玻璃中的速度,即可求得时间.

解答 解:(Ⅰ)光线SC经折射后经过B点,光路如图所示  
由折射定律有:$n=\frac{sinα}{sinβ}$
由几何关系有:α=2β,$sinα=\frac{R-h}{R}=\frac{1.732}{2}$
联立解得 n=$\sqrt{3}$
(Ⅱ)光线SC折射后经B点反射出玻璃的光路如图    
由数学知识得:CB=BD=2Rcosβ=$\sqrt{3}R$
由$v=\frac{c}{n}$得 $v=\sqrt{3}×{10^8}m/s$
光在玻璃中的传播时间为 $t=\frac{{2\sqrt{3}R}}{v}=4×{10^{-9}}s$
答:
(Ⅰ)玻璃的折射率为$\sqrt{3}$.
(Ⅱ)经B点反射的光束在玻璃圆柱体中的传播时间为4×10-9 s.

点评 本题是折射定律与v=$\frac{c}{n}$的综合应用,关键是画出光路图,运用几何知识求解入射角与折射角.

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