问题 问答题

如图所示,半圆玻璃砖的半径R=9cm,折射率为n=

3
,直径AB与屏幕垂直并接触于A点.激光a以入射角i=30°射向半圆玻璃砖的圆心O,结果在水平屏幕MN上出现两个光斑.(已知sinC=
1
n
,C为光线从玻璃进入空气发生全反射的临界角)

(1)作出光路图(不考虑光沿原路返回);

(2)求两个光斑之间的距离;

(3)改变入射角,使屏MN上只剩一个光斑,求此光斑离A点的最长距离.

答案

解析:(1)光路图如图所示.

(2)设折射角为r,根据折射定律和光路的可逆性可得:

n=

sinr
sini
=
sinr
sin30°

解得:r=60°,

由几何知识得△OPQ为直角三角形,

所以两个光斑PQ之间的距离为:

PQ=PA+AQ=Rtan30°+Rtan60°=12

3
cm.

(3)入射角增大的过程中,当发生全反射时屏MN上只剩一个光斑,此光斑离A最远时,恰好发生全反射,入射角等于临界角:

i=C,则有:sinC=

1
n

代入数据解得:

Q′A=

R
tanC
=9
2
cm.

答:(1)光路图如右图所示.

(2)两个光斑之间的距离为12

3
cm.

(3)改变入射角,使屏MN上只剩一个光斑,则此光斑离A点的最长距离为9

2
cm.

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