Question

【題目】如圖所示，有一玻璃磚的截面，其上面的部分是半徑為R的半圓，下面是邊長(zhǎng)為2R的正方形，在玻璃磚的兩側(cè)面距離R處，分別放置和側(cè)面平行的足夠大的光屏，已知玻璃磚的折射率n=2，一束光線按圖示方向從左側(cè)光屏的P點(diǎn)射出，過(guò)M點(diǎn)射入玻璃磚，恰好經(jīng)過(guò)半圓部分的圓心O，且∠MOA=45°．

（1）該光線能從BC面射出玻璃磚嗎？請(qǐng)說(shuō)明判斷依據(jù)．

（2）求光從P點(diǎn)發(fā)出到第一次傳播到光屏的過(guò)程中，光在玻璃磚外的傳播時(shí)間與在玻璃磚內(nèi)的傳播時(shí)間之比．

Answer 1

【答案】（1）不能；（2）

【解析】

（1）根據(jù)折射率求解全反射的臨界角，從而判斷光線在BC邊能否發(fā)生全反射；（2）根據(jù)幾何關(guān)系求解光線在玻璃磚內(nèi)外傳播的距離，然后可求解傳播的時(shí)間之比.

（1）不能；

設(shè)光線發(fā)生全反射的臨界角為C，則sinC=1/n

解得：C=30°

光線在BC邊的入射角為45°，大于臨界角C，在BC面上發(fā)生全反射。

（2）由于光射到玻璃磚的平面上時(shí)的入射角均為i=45°>C=30°，則射到平面上的光線發(fā)生全反射，其光路圖如圖所示。設(shè)光在真空中的傳播速度為c，光在玻璃中的傳播速度為v。

由幾何知識(shí)可得，光在玻璃磚和光屏之間傳播的距離

x1=2（2-1）R，

傳播的時(shí)間t1=x1/c

光在玻璃磚內(nèi)傳播的距離x2=4R+2R，

傳播的時(shí)間t2=x2/v

其中v=c/n

解得：