如图所示,一束截面为圆形(半径R=1m)的平行紫光垂直射向一半径也为R的玻璃半球的平面,经折射后在屏幕S上形成一个圆形亮

如图所示,一束截面为圆形(半径R=1m)的平行紫光垂直射向一半径也为R的玻璃半球的平面,经折射后在屏幕S上形成一个圆形亮区.屏幕S至球心距离为D=(
2
+1)m,不考虑光的干涉和衍射,试问:
①若玻璃半球对紫色光的折射率为n=
2
,请你求出圆形亮区的半径;
②若将题干中紫光改为白光,在屏幕S上形成的圆形亮区的边缘是什么颜色?
ddddddwddddddddd 1年前 已收到1个回答 举报

rlong520 幼苗

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解题思路:(1)光线沿直线从O点穿过玻璃,方向不变.从A点射出玻璃砖的光线方向向右偏折,射到屏幕S上圆形亮区,作出光路图,由光的折射定律结合数学几何知识求出圆形亮区的半径.
(2)当光线从空气垂直射入半圆玻璃砖,光线不发生改变,当入射角小于临界角时,光线才能再从玻璃砖射出,所以平行白光中的折射率不同,导致临界角不同,因此偏折程度不同,从而确定圆形亮区的最外侧的颜色;

①如图,紫光刚要发生全反射时的临界光线射在屏幕S上的点E,E点到亮区中心G的距离r就是所求最大半径.设紫光临界角为C,由全反射的知识:sinC=[1/n]
由几何知识可知:
AB=RsinC=[R/n].
OB=RcosC=R

n2−1
n
BF=ABtanC=
R
n
n2−1
GF=D-(OB+BF)=D-
nR

n2−1
又 [GE/AB]=[GF/FB]
所以有:rm=GE=[GF/FB]AB=D
n2−1-nR,
代入数据得:rm=1m.
②将题干中紫光改为白光,在屏幕S上形成的圆形亮区的边缘是紫色.
因为当平行光从玻璃中射向空气时,由于紫光的折射率最大,临界角最小,所以首先发生全反射,因此出射光线与屏幕的交点最远.故圆形亮区的最外侧是紫光.
答:①圆形亮区的最大半径为1m.
②屏幕S上形成的圆形亮区的最外侧是紫光.

点评:
本题考点: 光的折射定律.

考点点评: 本题考查光的折射.关键是作出光路图,根据几何知识求出入射角与折射角,知道折射率和临界角的关系,了解各种色光的波长和折射率的关系.

1年前

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