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光学计算

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1.如图所示,直角三角形ABC为一玻璃三棱镜的横截面其中∠A=30°,直角边BC=a。在截面所在的平面内,一束单色光从AB边的中点O射入棱镜,入射角为i。如果i=45°,光线经折射再反射后垂直BC边射出,不考虑光线沿原路返回的情况。(结果可用根式表示) (i)求玻璃的折射率n (ⅱ)若入射角i在0~90°之间变化时,求从O点折射到AC边上的光线射出的宽度。

2.有一种用于电子显示屏的发光二极管,其管芯的发光区域是直径为D的圆面,P为O点正上方球面上的一点,发光二极管中半球体介质的半径为R,如图所示.

①若介质的折射率n1=

,真空中光速为c,求光从A点沿直线传播到P点的

时间t;

②为使从发光面AB发出的光在球面上都不发生全反射,介质的折射率n应满足什么条件?

3.如图所示,a、b是两条相距为L的不同颜色的平行光线,沿与玻璃砖上表面成30°角入射,已知玻璃砖对单色光a的折射率为

,玻璃砖的厚度为h=(3+

)L,不考虑折射光线

在玻璃砖下表面的反射,玻璃砖下面只有一条出射光线,光在真空中的速度为c。求:

①单色光a在玻璃砖中的传播时间; ②玻璃砖对单色光b的折射率。

4.一根长为L=1.5m的直玻璃棒对一束光的折射率n=

,该光束以跟玻璃棒左端面A成30º的方向射入

玻璃棒,如图所示,已知真空中的光速为c=3×108m/s.

① 试通过计算说明,光线能否从玻璃棒的侧面漏出? ② 若能从侧面漏出,求漏出时的折射角.若不能漏出,求光从左端面A传到右端面B的时间.

5.如图所示,玻璃三棱镜ABC的截面为等腰直角三角形,∠A=∠C=45°,一束单色光线从AB上的O点射入三棱镜,光线与AB边的夹角θ=30°,折射光线恰好通过AC边的中点D.已知该玻璃的折射率

,AB边长为a,光

在真空中的传播速度为c.求:光线从O点到D点的传播时间.

6.如图所示,等边三角形ABC为某透明玻璃三棱镜的截面图,在截面上一束足够强的细光束从AB边中点与AB边成30°入射角由真空射入三棱镜,从BC边射出的光线与BC的夹角为30°。求: (i)玻璃的折射率,并判断在BC边是否发生全反射;

(ii)若边长等于L,光在真空中的传播速度为c,计算折射光在三棱镜中的传播时间。

7.某均匀介质制成的柱形棱镜的横截面如图所示,其中CD是圆心为O,半径为4m的四分之一圆弧,ABOD是矩形。若光线从CD上的某一点沿半径方向入射,进入棱镜后在BC上的O点发生全反射,然后

由AB的M点射出,测得出射光线与法线夹角θ的正弦值为。已知OB=2m,

,真空中的光速为c,sin37°=0.6,cos37°=0.8。求:

(1)光在该介质中的传播速度v;

(2)光线从CD沿半径方向入射,从AB射出时,入射光与OD夹角α的范围.

8.如图所示,一细束平行单色光以i=45°角从空气射向等腰直角棱镜的侧面AB,折射光线射到AC面时恰好无光线射出。求: (1)该棱镜对单色光的折射率;

(2)光束在BC面上的入射角的正弦值。

9.如图所示是一个透明圆柱的横截面,其半径为R,折射率是,AB

是一条直径。今有一束平行光沿AB方向射向圆柱体,若一条入射光线经折射后恰经过B点,则:

(i)这条人射光线到AB的距离是多少?

(ii)这条入射光线在圆柱体中的运动时间是多少?

10.一半径为R的球体放置在水平桌面上,球体由折射率为的透明材料制成现有一東位于过球心O的竖直平面内的光线,从A点射入球体,入射角θ为=60°,折射入球体后再从球面射出,且光线平行于桌面射出,如图所示,求出射光线与桌面的距离。

11.有一个直角三角形的玻璃棱镜ABC,截面如图。∠A=30°,D点是AC边的中点,AC边长为L。一条光线从D点沿平行于AB方向射入棱镜,光线在AB面发生全反射后垂直BC从F点射出。求

①玻璃的折射率n ;

②若光在真空中的速度为c,光线从D点到F点经过的时间t。

12.如图所示,一个半径为R的透明球体放置在水平面上,一束蓝光从A点沿水平方向射入球体后经B点射出,最后

射到水平面上的C点已知为

,该球体对蓝光的折射率

则:(1)它从球面射出时的出射角为多少?

(2)若光在真空中的传播速度为c,那么,请推导出光从A点传播到C点所需时间t的表达式用c,R表示

13.如图所示,三角形ABC为玻璃砖的横截面,∠A=30°,∠C=90°,玻璃砖的折射率是n=

,一束与BC面

成θ=30°角的光线射向BC面的中点O处。已知光在真空中传播速度为c,试求:

①光线射出棱镜时的折射角并作出玻璃砖内完整的光路图;

②若BC边的长度为L,求光从射入玻璃砖到射出过程经历的时间t。

14.如图,ABC为一直角三角形玻璃砖,AB边足够长,∠A=10°。一束单色光从空气中垂直于BC边入射到玻璃砖内,玻璃砖对该单色光的折射率为

。求:

(1)该光束在玻璃砖中经历了几次全反射; (2)该光束第一次射出玻璃砖时的折射角。

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