一玻璃柱的折射率 n= 3,其横截面为四分之一圆,圆的半径…——2024 高考物理第 16 题答案解析

2024_全国甲卷 (2024·物理)

2024 全国 第 16 题 解答题 区分题
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16.一玻璃柱的折射率 $n=\sqrt{3}$ ,其横截面为四分之一圆,圆的半径为 $R$ ,如图所示。截面所在平面内,一束与 $A B$ 边平行的光线从圆弧入射。入射光线与 $A B$ 边的距离由小变大,距离为 $h$ 时,光线进入柱体后射到 $B C$ 边恰好发生全反射。求此时 $h$ 与 $R$ 的比值。

参考答案$\sqrt{\frac{1}{4-2 \sqrt{2}}}$

完整解析 · 逐步详解

【答案】 $\sqrt{\frac{1}{4-2 \sqrt{2}}}$
【解析】
【详解】如图,画出光路图

可知

$$
\frac{\sin \alpha}{\sin \beta}=n=\sqrt{3}

$$ 设临界角为 $C$ ,得 $$
\sin C=\frac{1}{n}=\frac{\sqrt{3}}{3}, \quad \cos C=\frac{\sqrt{6}}{3}
$$ 根据 $\alpha=\beta+C$ 可得 $$
\frac{\sin (\beta+C)}{\sin \beta}=\sqrt{3}
$$ 解得 $$
\tan \beta=\frac{1}{3-\sqrt{2}}
$$ 故可得 $$
\sin \beta=\frac{1}{\sqrt{12-6 \sqrt{2}}}
$$ 故可知 $$
\frac{h}{R}=\sin \alpha=\sqrt{3} \sin \beta=\sqrt{\frac{1}{4-2 \sqrt{2}}}
$$

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