高中 | 全反射 题目答案及解析

稿件来源:高途

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选修3-4

第十三章 光

13.2 全反射

全反射

人类对光的本质的认识经历了一个漫长的过程。

下图为激光通过狭缝后在光屏上产生的图样。则狭缝形状和放置方向为$(\qquad)$

["

","

","

","

"]
[["A"]]

该衍射图样为单缝衍射图样,因图样在竖直方向,可知单缝为竖直方向;

故选:$\rm A$

下列激光的应用中利用了激光的哪些特性(不定项选择)

①全息照片的拍摄               

$\rm A$.方向性好      $\rm B$.相干性好      $\rm C$.单色性好      $\rm D$.亮度高

②用激光做“手术刀”                 

$\rm A$.方向性好      $\rm B$.相干性好      $\rm C$.单色性好      $\rm D$.亮度高

[["$\\rm B$","$\\rm AD$"]]

①全息照片的拍摄利用了激光相干性好的特点,故选:$\rm B$

②用激光做“手术刀”是利用激光的方向性好、亮度高的特点,故选:$\rm AD$

当光线通过人眼中的瞳孔时,点光源在视网膜上形成的光斑大小限制了我们眼睛能够分辨的最小细节。光学仪器(包括人眼)的最小分辨角$\theta ≈ 1.22\lambda/D$,其中$\lambda$是光波长,$D$是仪器孔径,已知人眼的最小分辨角约为$2.9 \times 10^{-4}\;\rm rad$,根据下图中的电磁波谱,可估算人眼瞳孔直径约为$(\qquad)$

["

$10^{-4}\\;\\rm m$

","

$10^{-3}\\;\\rm m$

","

$10^{-2}\\;\\rm m$

","

$10^{-1}\\;\\rm m$

"]
[["B"]]

根据$\theta ≈ 1.22\lambda/D$,其中$\theta=2.9 \times 10^{-4}\;\rm rad$,若可见光的波长取$\lambda=500\;\rm nm=5 \times 10^{-7}\;\rm m$,可得人眼瞳孔直径约为$D=\dfrac{1.22\lambda}{\theta}=\dfrac{1.22 \times 5 \times 10^{- 7}}{2.9 \times 10^{- 4}}\;\rm {m}=2.1 \times 10^{- 3}\;\rm{m}$

故选:$\rm B$

如图($1$),放置于$O$点的光源发出一束光照射在矩形透明介质砖$abcd$上,$O$$a$$b$三点在同一直线上。当光线与$Oa$的夹角$\theta$$53.0^\circ $时,光线从介质砖上$c$点射出。已知$Oa=6.0\;\rm cm$$ab=3.0\;\rm cm$$ad=10.0\;\rm cm$。($\sin53^\circ =0.8$$\cos53^\circ =0.6$

①介质砖的折射率$n=$                 

②如图($2$),光源从$ab$面中点$O'$入射,光线与$ab$面的夹角$\beta$$60^\circ $。讨论当介质砖的折射率$n$满足什么条件时,光线只能从$cd$面出射                 。(计算)

[["$\\dfrac{2\\sqrt{13}}{5}$","$n \\geqslant \\dfrac{\\sqrt{5}}{2}$"]]

①光线射到$ad$面上的入射较为$i=53^\circ $,入射点到$d$点的距离为$10\;\rm cm-6\;\rm cm\times \tan53^\circ=2\;\rm cm$折射角的正弦$\sin r=\dfrac{2}{\sqrt{2^{2}+3^{2}}}=\dfrac{2}{\sqrt{13}}$

可得折射率$n=\dfrac{\sin i}{\sin r}=\dfrac{\sin 53^\circ}{\sin r}=\dfrac{2\sqrt{13}}{5}$

②若光线只能从$cd$射出,则光线在侧面发生全反射,若光线在侧面恰能发生全反射,可知$\sin C=\dfrac{1}{n}$

$n=\dfrac{\sin(90^\circ-\beta)}{\sin(90^\circ-C)}$

则折射率$n=\dfrac{\sqrt{5}}{2}$

即当介质砖的折射率$n$满足$n \geqslant \dfrac{\sqrt{5}}{2}$时,光线只能从$cd$面出射。

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