高中物理全反射计算题

1966年33岁的华裔科学家高锟首先提出光导纤维传输大量信息的理论，43年后高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖。如图所示，一长为L的直光导纤维，外套的折射率为n₁，内芯的折射率为n₂，一束单色光从图中O₁点进入内芯斜射到内芯与外套的介质分界面M点上恰好发生全反射，O₁O₂为内芯的中轴线，真空中的光速为c。求：

①该单色光在内芯与外套的介质分界面上发生全反射时临界角C的正弦值；
②该单色光在光导纤维中的传播时间。

某种光学元件由两种不同透明物质Ⅰ和透明物质Ⅱ制成，其横截面如图所示，O为AB中点，=30^o，半圆形透明物质Ⅰ的折射率为n₁=，透明物质Ⅱ的折射率为n₂。一束光线在纸面内沿O点方向射入元件，光线与AB面垂线间的夹角为θ，通过观察发现此时从AC面恰好无光线射出，在BC面有光线垂直射出。求：

①该透明物质Ⅱ的折射率n₂；
②光线在透明物质Ⅱ中的传播速度大小；
③光线与AB面垂线间的夹角θ的正弦值。

如图为某种透明材料制成的边长为4cm，横截面为正三角形的三棱镜，将其置于空气中，当一细光束从距离顶点A为1cm的D点垂直于AB面入射时，在AC面上刚好发生全反射，光在真空中的速度c=3×10⁸m/s．求：

①此透明材料的折射率；
②光通过三棱镜的时间．

如图所示，用折射率的玻璃做成内径为R，外径为的半球形空心球壳，一束平行光射向此半球壳的外表面，与中心对称轴平行，试求：

①球壳内部有光线射出的区域？（用与所成夹角表示）
②要使球壳内部没有光线射出，至少用多大面积的遮光板？

如图所示为一透明玻璃半球，在其下面有一平行半球上表面水平放置的光屏。两束关于中心轴OO＇对称的激光束从半球上表面垂直射入玻璃半球，恰能从球面射出。当光屏距半球上表面h₁=40cm时，从球面折射出的两束光线汇聚于光屏与OO＇轴的交点，当光屏距上表面h₂=70cm时，在光屏上形成半径r=40cm的圆形光斑。求该半球形玻璃的折射率。

如图所示，AOBC为某种透明介质的截面图，其中△AOC为直角三角形，∠OAC=53°．BC为半径R=16cm的四分之一圆弧，AB与水平屏幕MN垂直并接触于A点．由红光和紫光两种单色光组成的复色光射向圆心O，在AB分界面上的入射角i=53°，结果在水平屏幕MN上出现两个亮斑．已知该介质对红光和紫光的折射率分别为，，sin53°=0.8；cos53°=0.6．

①判断在AM和AN两处产生亮斑的颜色；
②求两个亮斑间的距离．

国内最长的梅溪湖激光音乐喷泉，采用了世界一流的喷泉、灯光和音响设备，呈现出让人震撼的光与水的万千变化，喷泉的水池中某一彩灯发出的一条光线射到水面的入射角为，从水面上射出时的折射角是。
①求光在水面上发生全反射的临界角；
②在水池中m深处有一彩灯（看做点光源）。求这盏彩灯照亮的水面面积。

图示为一光导纤维(可简化为一长玻璃丝)的示意图，玻璃丝长为L，折射率为n，AB代表端面。已知光在真空中的传播速度为c。

（i）为使光线能从玻璃丝的AB端面传播到另一端面，求光线在端面AB上的入射角应满足的条件；
（ii）求光线从玻璃丝的AB端面传播到另一端面所需的最长时间。

如图所示为用某种透明材料制成的一块柱形棱镜的截面图，圆弧CD为半径为R的四分之一的圆周，圆心为O，光线从AB面上的某点入射，入射角，它进入棱镜后恰好以临界角射在BC面上的O点。

（a）画出光线由AB面进入棱镜且从CD弧面射出的光路图；
（b）求该棱镜的折射率n；
（c）求光线在该棱镜中传播的速度大小（已知光在空气中的传播速度c＝3．0×10⁸m/s）。

如图所示，AOB是截面为扇形的玻璃砖的横截面图，其顶角=83°。今有一束单色光线在横截面内从OA的中点E沿垂直OA的方向射入玻璃砖，一部分光线经AB面反射后恰好未从OB面射出，不考虑多次反射作用。试做出光路图并求玻璃的折射率n。（sin37°=0.6）

如图所示，横截面为圆周的柱状玻璃棱镜，有一束单色光垂直于面点经玻璃砖面折射后与延长线相交于点，已知玻璃砖半径，之间的距离，到的距离.取tan74°＝3.5,sin37°=0.6,cos37°=0.8，求：

①该玻璃砖的折射率．
②该单色光向平移距离至少多远时，它将不能从面直接折射出来．

如图所示，一艘赛艇停在平静的水面上，赛艇前部上端有一标记P，在其正前方A处有一浮标．潜水员从P前方S=4m处开始下潜，当下潜至深度为H=2m的B处时，才能看到赛艇尾端后方水面上的景物，且看到P刚好被浮标挡住．测得PA.BA与竖直方向的夹角分别为53°和37°．忽略赛艇吃水深度，求赛艇的长度L．sin53°＝0.8，cos53°＝0.6．

如图所示，一透明半圆柱体折射率为n=2，半径为R、长为L．一 平行光束从半圆柱体的矩形表面垂直射入，从部分柱面射出．求该部分柱面的面积S．

如图所示，一个立方体玻璃砖的边长为a，折射率n=1.5，立方体中心有一个小气泡．为使从立方体外面各个方向都看不到小气泡，必须在每个面上都贴一张纸片，则每张纸片的最小面积为多少？

直角等腰玻璃三棱镜ABC的截面如图所示， ABC= ACB=45°，一条单色光从腰AB上的D点射入三棱镜，在玻璃内部折射光线为DE，折射角r="30" ,折射光线传播到BC边上的E点。已知该玻璃砖的折射率n=。

(i)求光线的入射角i（图中未标出）
(ii)判断光线能否在E点发生全反射。