高中 | 全反射 题目答案及解析

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选修3-4

第十三章 光

13.2 全反射

全反射

如图所示,三角形$ABC$是三棱镜的横截面,$AC=BC$$∠C=30^\circ $,三棱镜放在平面镜上,$AC$边紧贴镜面。在纸面内,一光线入射到镜面$O$点,入射角为$\alpha$$O$点离$A$点足够近。已知三棱镜的折射率为$\sqrt{2}$

$\alpha=45^\circ $时,求光线从$AB$边射入棱镜时折射角的正弦值;

[["

$\\dfrac{\\sqrt{6}}{4}$

"]]

作出光路图,如图所示

由几何关系可知$\angle BAC=\dfrac{180{^\circ}-\angle C}{2}=75{^\circ}$$∠1=∠BAC-(90^\circ-\alpha)=30^\circ $

所以在$AB$边的入射角为$∠2=90^\circ-∠1=60^\circ $

由光的折射定律$n=\dfrac{\sin\angle 2}{\sin\angle 3}$

解得光线从$AB$边射入棱镜时折射角的正弦值为$\sin\angle 3=\dfrac{\sqrt{6}}{4}$

若光线从$AB$边折射后直接到达$BC$边,并在$BC$边刚好发生全反射,求此时的$\alpha$

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$60^\\circ $

"]]

根据$\sin C'=\dfrac{1}{n}= \dfrac{\sqrt{2}}{2}$

可得$C'=45^\circ $

$AB$边的折射角为$∠3'=90^\circ-[180^\circ-(75^\circ +90^\circ-45^\circ )]=30^\circ $

根据折射定律可知$AB$边的入射角满足$n=\dfrac{\sin\angle 2'}{\sin\angle 3'}$

解得$∠2'=45^\circ $

根据几何关系可知恰好发生全反射时的入射角为$\alpha'=90^\circ-[∠BAC-(90^\circ-∠2')]=60^\circ $

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