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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
如图所示,$—$种透明柱状材料的横截面是由一个直角三角形$OAB$和一个半圆组成的,$∠AOB=30^\circ$,半圆的圆心恰好位于$O$点,$OB$为半圆的一条半径,圆的半径为$R$。一束单色光从$OA$面上的$D$点由空气射入材料中,进入材料后沿直线射到圆周上的$E$点,入射角$\theta=60^\circ$,$DE$∥$AB$,$∠BOE=45^\circ$,已知光在真空中的传播速度为$c$,求:
材料对该单色光的折射率$n$;
材料对该单色光的折射率$n$为$\\sqrt{3}$
"]]由题意可知,光线在$D$点的折射角为
$\alpha=∠AOB=30^\circ$
则材料的折射率为$n = \dfrac{\sin\theta}{\sin\alpha}$
解得:$n = \sqrt{3}$
判断$E$点是否有光线射出,并画出光在该材料中传播的光路图;
没有光从$E$点射出,光路图见解析
"]]由几何关系可知
$\beta=90^\circ﹣∠BOE=90^\circ﹣45^\circ=45^\circ$
设发生全反射的临界角为$C$,则$\sin C = \dfrac{1}{n} = \dfrac{\sqrt{3}}{3}$
因为$\sin\beta = \dfrac{\sqrt{2}}{2}\gt \sin C$
所以$\beta\gt C$
则光线在$E$点发生全反射,没有光射出。
光路图如图所示。
光在材料内传播的时间$t$。
光在材料内传播的时间$t$为$(\\dfrac{\\sqrt{2}}{2} + 2\\sqrt{6})\\dfrac{R}{c}$
"]]光线在$E$、$F$两点分别发生全反射,光线在透明材料区域内的路程为$S = R\cos45{^\circ} \cdot \tan 30{^\circ} + 2R\sin45{^\circ} + \sqrt{2}R = (\dfrac{\sqrt{6}}{6} + 2\sqrt{2})R$
光线在介质中的传播速度为$v = \dfrac{c}{n}$
所以光线在介质中的传播时间为$t = \dfrac{S}{v} = (\dfrac{\sqrt{2}}{2} + 2\sqrt{6})\dfrac{R}{c}$
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