题目内容

13.如图所示,某种透明材料制成的直角三棱镜ABC,折射率n=$\sqrt{3}$,∠A=$\frac{π}{6}$,在与BC边相距为d的位置,放置一平行于BC边的竖直光屏,现有一细光束射到棱镜AB面上的P点,入射光线与AB面垂直线CP的夹角为i,PB的长度为d,试求:
①当i=$\frac{π}{3}$且光束从BC面出射时,光屏上的亮斑与P点间的竖直距离;
②当光束不从BC面出射时,i的正弦值应满足的条件.

分析 ①根据折射定律求出光线在P点的折射角,由几何关系和折射定律结合求出光线在BC面上出射时的折射角,最后由几何关系求光屏上的亮斑与P点间的竖直距离.
②当光束恰好不从BC面出射时恰好发生全反射时,入射角等于临界角C,由sinC=$\frac{1}{n}$求出临界角C,结合几何知识求解.

解答 解:①光线在P点发生折射,则有  n=$\frac{sini}{sinr}$
得 sinr=$\frac{sini}{n}$=$\frac{sin60°}{\sqrt{3}}$=$\frac{1}{2}$
可得折射角 r=30°.
设光线在BC面上入射角和折射角分别为i′和r′.
由几何知识得 i′=90°-r-30°=30°
则 i′=r
结合光路可逆原理得  r′=i=60°
所以光屏上的亮斑与P点间的竖直距离 S=dsin30°+dtan60°=$\frac{1+2\sqrt{3}}{2}$d
②当光束恰好不从BC面出射时恰好发生全反射,入射角等于临界角C,由sinC=$\frac{1}{n}$=$\frac{\sqrt{3}}{3}$得:
  C=arcsin$\frac{\sqrt{3}}{3}$
所以当光束不从BC面出射时,i′≥C=arcsin$\frac{\sqrt{3}}{3}$
由几何知识得:r=60°-i′≤60°-arcsin$\frac{\sqrt{3}}{3}$
由n=$\frac{sini}{sinr}$得:sini=nsinr≤$\sqrt{3}$sin(60°-arcsin$\frac{\sqrt{3}}{3}$)
所以 i≤arcsin[$\sqrt{3}$sin(60°-arcsin$\frac{\sqrt{3}}{3}$)]
答:①当i=$\frac{π}{3}$且光束从BC面出射时,光屏上的亮斑与P点间的竖直距离是$\frac{1+2\sqrt{3}}{2}$d;
②当光束不从BC面出射时,i的正弦值应满足的条件是i≤arcsin[$\sqrt{3}$sin(60°-arcsin$\frac{\sqrt{3}}{3}$)].

点评 本题的解题关键是正确作出光路图,要知道当光从光密介质射入光疏介质时要考虑能否发生全反射,根据几何知识和折射定律求解入射角和折射角.

练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网