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高中 | 全反射题目答案及解析如下,仅供参考!
选修3-4
第十三章 光
13.2 全反射
全反射
为提升公园水池的观赏效果,工作人员在池底的$P$点处安装了一盏彩灯(彩灯可视为点光源)。已知池深$H=2.0\;\rm m$,$P$点到水池右侧的水平距离为$x_{1}=1.5\;\rm m$。当水池装满水时,距离池边$x_{2}=2.4\;\rm m$的工作人员恰能看到彩灯,工作人员眼部离地的高度为$h=1.8\;\rm m$。已知光在真空中的速度$c=3\times 10^{8}\;\rm m/s$。
求水的折射率$n$;
水的折射率为$\\dfrac{4}{3}$
"]]设彩灯光线从水底射出水面时,入射角为$\alpha$,出射角为$\beta$,由题目所给的信息得
$\sin\alpha$$= \dfrac{x_{1}}{\sqrt{x_{1}^{2} + H^{2}}}$
$\sin\beta$$= \dfrac{x_{2}}{\sqrt{x_{2}^{2} + h^{2}}}$
由折射定律$n$$= \dfrac{\sin\beta}{\sin\alpha}$
解得池水的折射率为$n$$= \dfrac{4}{3}$
求光在水中的速度$v$;
光在水中的速度为$2.25\\times 10^{8}\\;\\rm m/s$
"]]由光速与介质的关系,得$v= \dfrac{c}{n}$
解得$v=2.25\times 10^{8}\;\rm m/s$
如果想让彩灯的光也能从水池左侧的$B$点射出水面,则$B$点与$P$点的水平距离$L$不能超过多少?(结果用根号表示)
$B$点与$P$点的水平距离$L$不能超过$\\dfrac{6\\sqrt{7}}{7}\\;\\rm m$
"]]若彩灯光线恰能从$B$点射出,则彩灯光线在$B$点恰能发生全反射,设临界角为$C$,则
$\sin C$$= \dfrac{1}{n}$
由几何关系得
$\sin C= \dfrac{L}{\sqrt{L^{2} + H^{2}}}$
解得$L= \dfrac{6\sqrt{7}}{7}\;\rm m$
由此可得,$B$点与$P$点得水平距离不能超过$\dfrac{6\sqrt{7}}{7}\;\rm m$
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