考点1. 应用折射定律、折射率进行综合分析、计算

 剖析:应用折射定律、折射率进行综合分析、计算时,往往会涉及光的连续折射情况,这类问题一定要较准确地画出光路图,尤其是在连续介质中一定要注意折射率的大小和光路的对应性,然后再从图中找出解答所需要的几何关系(常是三角形的边角关系)。这样才能利用光学规律和数学知识进行求解。另外,有些综合问题还应考虑在不同介质分界面同时存在反射和折射现象。

[例题1] 如图13-3-4所示,一束光线以60°的入射角射到一水平放置的平面镜上,反射后在正上方与平面镜平行的光屏上留下一光点P .现将一块上下两面平行的透明体平放在平面镜上,如图中虚线所示,则进入透明体的光线经平面境反射后再从透明体的上表面射出,打在光屏上的光点P′与原来相比向左平移了3.46cm ,已知透明体对光的折射率为.

(1)作出后来的光路示意图,标出P′ 位置;

(2)透明体的厚度为多大? 

(3)光在透明体里运动的时间多长?

解析:本题考查光的反射和折射.题中有一个难点,就是通过做光路图挖掘几何关系,从而求解透明体的厚度以及光在透明体里运动的时间.做光路图也是解此类题的关键所在.

(1)光路示意图如图所示(注意出射光线平行,各处光线的箭头)

(2)由sinα = n sinβ  β=30°

设透明体的厚度为d ,由题意及光路有

2 d tan60° ―2 d tan30° = △s ,其中△s为光斑的位移.

由此解得d =1.5cm  

(3)光在透明体里运动的速度v =  

光在透明体里运动的路程

∴ 光在透明体里运动时间s = 2×1010 s

13-3-5
 
[变式训练1](2008年高考宁夏卷. 理综.37②))一半径为R的1/4球体放置在水平面上,球体由折射率为的透明材料制成。现有一束位于过球心O的竖直平面内的光线,平行于桌面射到球体表面上,折射入球体后再从竖直表面射出,如图13-3-5所示。已知入射光线与桌面的距离为。求出射角。                          

[解析]设入射光线与1/4球体的交点为C,连接OCOC即为 入射点的法线。因此,图中的角α为入射角。过C点作球体水平表面的垂线,垂足为B。依题意,∠COB=α。又由△OBC知sinα=  设光线在C点的折射角为β

由折射定律得                         

由以上式得                

由几何关系知,光线在球体的竖直表面上的入射角γ(见图26)为30°。由折射定律得         因此,所以

[答案]

考点2. 全反射、折射现象在实际问题中的应用

 剖析: 联系实际的全反射、折射问题通常需要建立一定的物理模型,这样能将一些看似很难解决的实际问题转化成熟悉的情境。所以读懂题意、获取有效信息,是解决这类问题的关键。

[例题2]在一个圆形轻木塞的中心插上一根大头针,然后把它倒放在水面上,调节针插入的深度,使观察者不论在什么位置都刚好不能看到水下的大头针,如图13-3-6所示,量出针露出的长度为d,木塞的半径为r,求水的折射率.

[思路点拨]当调节针插入的深度后,使观察者不论在什么

位置都刚好不能看到水下的大头针时,表明此时A点发出的光线发生了全反射.

如图所示,

A 点发出的光到达B点恰好以临界角C入射,因此sinC=1/n

AOB中tanC=r/d

所以n=

13-3-7
 
[变式训练2](2007年高考海南卷.理综.27)如图13-3-7所示,置于空气中的一不透明容器中盛满某种透明液体。容器底部靠近器壁处有一竖直放置的6.0cm长的线光源。靠近线光源一侧的液面上盖有一遮光板,另一侧有一水平放置的与液面等高的望远镜,用来观察线光源。开始时通过望远镜不能看到线光源的任何一部分。将一光源沿容器底向望远镜一侧平移至某处时,通过望远镜刚好可能看到线光源底端。再将线光源沿同一方向移动8.0cm,刚好可以看到其顶端。求此液体的折射率n。                     

[解析]当线光源上某一点发出的光线射到未被遮光板遮住的液面上时,射到遮光边缘O的那条光线的入射角最小。如图所示

  若线光源底端在A点时,望远镜内刚好可以看到此光源底端,

设过O点液面的法线为OO1,则  

        

其中a为此液体到空气的全反射临界角。由折射定律有

                     

同理,若线光源顶端在B1点时,通过望远镜刚好可以看到此光源顶端,则。设此时线光源底端位于B点。由图中几何关系可得

      

联立②③式得        

[答案]

 0  383896  383904  383910  383914  383920  383922  383926  383932  383934  383940  383946  383950  383952  383956  383962  383964  383970  383974  383976  383980  383982  383986  383988  383990  383991  383992  383994  383995  383996  383998  384000  384004  384006  384010  384012  384016  384022  384024  384030  384034  384036  384040  384046  384052  384054  384060  384064  384066  384072  384076  384082  384090  447090 

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