Question

5．如圖所示是一個(gè)底面半圓放于水平面上的透明半圓柱體，它的高為l，底面半圓的半徑是R，O為底面半圓的圓心，O′為底面半圓的頂點(diǎn)，有一束平行單色光從右邊垂直于半圓柱的豎直面射入，求：
（1）若透明柱體對(duì)該單色光的折射率為n=$\sqrt{3}$，從距O點(diǎn)0.5R處的C點(diǎn)入射的光，與OO′的延長(zhǎng)線(xiàn)的交點(diǎn)離O點(diǎn)的距離；
（2）若透明柱體對(duì)該單色光的折射率為n=$\sqrt{2}$，左側(cè)曲面上有光透出的區(qū)域的面積．

Answer 1

分析 （1）作出光路圖，應(yīng)用折射定律求出入射角大小，然后應(yīng)用幾何知識(shí)求出距離．
（2）應(yīng)用臨界角公式求出臨界角，然后求出面積．

解答 解：（1）光路圖如圖所示：
C點(diǎn)入射的光線(xiàn)在右側(cè)曲面上D點(diǎn)發(fā)生折射，最后與OO′的延長(zhǎng)線(xiàn)交于E點(diǎn)．
設(shè)入射角為i，折射角為r，由幾何關(guān)系得：i=30°    ①
由折射定律得：n=$\frac{sinr}{sini}$   ②
解得：r=60°      ③
所以：∠DEO=30°，三角形DEO為等腰三角形，
由幾何關(guān)系得：OE=$\sqrt{3}$R      ④
②設(shè)光線(xiàn)入射角為θ時(shí)，恰好沒(méi)有光線(xiàn)射出，
由臨界角公式可知：sinθ=$\frac{1}{n}$  ⑤
解得：θ=$\frac{π}{4}$   ⑥
左側(cè)曲面上有光透出的區(qū)域的面積：S=$\frac{πRl}{4}$     ⑦
答：（1）若透明柱體對(duì)該單色光的折射率為n=$\sqrt{3}$，從距O點(diǎn)0.5R處的C點(diǎn)入射的光，與OO′的延長(zhǎng)線(xiàn)的交點(diǎn)離O點(diǎn)的距離為$\sqrt{3}$R；
（2）若透明柱體對(duì)該單色光的折射率為n=$\sqrt{2}$，左側(cè)曲面上有光透出的區(qū)域的面積為$\frac{πRl}{4}$．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道幾何光學(xué)題，分析清楚題意、作出光路圖是解題的關(guān)鍵，應(yīng)用折射定律與臨界角公式可以解題．