题目
一束光由空气射入某介质,当入射光线和界面的夹角为30°时,折射光线恰好与反射光线垂直,则光在该介质中的传播速度是(光在真空中的传播速度为c)( )A. (c)/(2)B. ((sqrt(3)c))/(3)C. ((sqrt(3)c))/(2)D. sqrt(3)c
一束光由空气射入某介质,当入射光线和界面的夹角为30°时,折射光线恰好与反射光线垂直,则光在该介质中的传播速度是(光在真空中的传播速度为c)( )
A. $\frac{c}{2}$
B. $\frac{{\sqrt{3}c}}{3}$
C. $\frac{{\sqrt{3}c}}{2}$
D. $\sqrt{3}$c
题目解答
答案
B. $\frac{{\sqrt{3}c}}{3}$
解析
考查要点:本题主要考查光的反射定律、折射定律的应用,以及光速与折射率的关系。
解题核心思路:
- 确定入射角:根据入射光线与界面的夹角,结合法线定义,求出入射角。
- 利用垂直条件:通过反射光线与折射光线垂直的条件,建立角度关系式。
- 应用折射定律:结合折射率与光速的关系,最终求解光速。
破题关键点:
- 入射角的计算:入射角是入射光线与法线的夹角,而非界面的夹角。
- 角度关系的转化:反射光线与折射光线垂直时,角度和为90°,需注意方向关系。
步骤1:确定入射角
入射光线与界面的夹角为30°,法线垂直于界面,因此入射角为:
$\theta_1 = 90^\circ - 30^\circ = 60^\circ.$
步骤2:分析反射与折射光线的角度关系
- 反射角:根据反射定律,反射角等于入射角,即反射光线与法线夹角为60°。
- 折射角:设折射角为$\theta_2$,折射光线与法线夹角为$\theta_2$。
- 垂直条件:反射光线与折射光线垂直,说明它们的夹角为90°,即:
$60^\circ + \theta_2 = 90^\circ \implies \theta_2 = 30^\circ.$
步骤3:应用折射定律求折射率
根据折射定律:
$n = \frac{\sin\theta_1}{\sin\theta_2} = \frac{\sin60^\circ}{\sin30^\circ} = \frac{\frac{\sqrt{3}}{2}}{\frac{1}{2}} = \sqrt{3}.$
步骤4:计算光速
光在介质中的传播速度为:
$v = \frac{c}{n} = \frac{c}{\sqrt{3}} = \frac{\sqrt{3}c}{3}.$