题目内容

16.如图所示,AOB是由某种透明物质制成的四分之一圆柱体的横截面(O为圆心).今有一束平行光以45°的入射角射向柱体的OA平面,这些光线中有一部分不能从柱体的AB面上射出.凡射到OB面的光线全部被吸收,也不考虑OA面的反射,已知从O点射向透明物质的光线恰好从AB圆弧面上距离B点三分之一处射出,求
(1)透明物质的折射率;
(2)AB面上能射出光线的部分占AB表面的几分之几?

分析 (1)画出光路图,由几何知识求出折射角,再求折射率.
(2)当光线在AB弧面上发生全反射时,就没有光线从AB弧面射出,根据临界角确定出光线在AB弧面上恰好发生全反射时的入射点,由几何知识求解能从圆柱体AB弧面上射出光线部分的面积.

解答 解:(1)从O点射入的光线,折射角为r,据题得:r=30°
则透明物质的折射率为:n=$\frac{sini}{sinr}$=$\frac{sin45°}{sin30°}$=$\sqrt{2}$
(2)经OA面折射后进入圆柱体的光线均平行,作出光路图如图所示.由光路图可知,入射光线越接近A点,其折射光线在AB弧面上的入射角就越大,越容易发生全反射.
设从某位置P点入射的光线,折射到AB弧面上Q点时,入射角等于临界角C,有:sinC=$\frac{1}{n}$
代入数据解得:C=45°
在△PQO中  α=180°-90°-C-r=15°
所以能射出AB弧面的光线区域对应的圆心角为:β=90°-α-r=45°
所以AB面上能射出光线的部分占AB表面的$\frac{1}{2}$.
答:(1)透明物质的折射率是$\sqrt{2}$.
(2)AB面上能射出光线的部分占AB表面的$\frac{1}{2}$.

点评 正确地画出光路图是解决本题问题的关键,要利用全反射临界角找到临界点,运用折射定律和几何知识进行解答.

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