题目内容

【题目】居家学习的某同学设计了一个把阳光导入地下室的简易装置。如图,ABCD为薄壁矩形透明槽装满水后的竖直截面,其中AB=d,AD=2d,平面镜一端靠在A处,与水平底面夹角θ=45°斜放入水槽。太阳光入射到AD面上,其中一细束光线以入射角53°射到水面上的O点,进入水中后,射到平面镜距A点为处。不考虑光的色散现象及水槽壁对光线传播的影响,取水对该束光的折射率,sin53°=,cos53°=。求该束光:

(i)射到平面镜时的入射角;

(ii)第次从水中射出的位置与D点的距离x。

【答案】(i);(ii)

【解析】

(i)光路图如图

设光线进入水面时的折射角为β1,由折射定律可得

①

②

由①②式及代入数据得

③

(ⅱ)设光射到平面镜的O′点,反射后射到水面的D1点,入射角为α3,由几何关系可得

α3=53°

AA1=O′A1

AD1=AA1+AD1=AO′cosθ+O′A1tanα3=④

DD1=AD-AD1=⑤

设光从水中射向空气的临界角为C,则

⑥

得

α3>C⑦

光射到水面上D1点后将发生全反射,反射后到达CD面的C1点,此处入射角为α4

α4=90°-α3=37°⑧

由于α4<C,光线从C1点射出水槽

⑨

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