Question

（物理選修3-4）
（1）如圖所示，有三塊等腰直角三角形的透明材料（圖中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）恰好拼成一個(gè)正方形．從E點(diǎn)垂直于邊射入的單色光在F處發(fā)生全反射，在G、H連續(xù)發(fā)生兩次折射后射出．若該單色光在三塊材料的傳播速率依次為v₁、v₂、v₃，下列關(guān)系式中正確的是______：
A．v₃＞v₁＞v₂            B．v₂＞v₃＞v₁
C．v₃＞v₂＞v₁            D．v₁＞v₂＞v₃
（2）一列簡諧橫波在x軸上傳播，在t₁=0和t₂=0.05s時(shí)刻，其波形圖分別為圖中的實(shí)線和虛線所示，求：
（1）這列波可能具有的波速？
（2）當(dāng)波速為280m/s時(shí)，波的傳播方向？

Answer 1

【答案】分析：（1）光從Ⅱ射向Ⅰ時(shí)發(fā)生全反射，則Ⅱ相對Ⅰ是光密介質(zhì)．光從Ⅱ射向Ⅲ發(fā)生折射時(shí)，入射角大于折射角，則Ⅱ相對于Ⅲ是光疏介質(zhì)，則可比較三種介質(zhì)折射率的大�。�由v=比較光在三塊材料的傳播速率的大小．
（2）波可能向x正方向傳播，也可能向x負(fù)方向傳播，根據(jù)波形的平移和波的周期性，寫出波傳播距離的通項(xiàng)，再波傳播的距離與時(shí)間的比值求出波速的通項(xiàng)．
解答：解：
（1）設(shè)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ材料對光折射率分別為n₁、n₂、n₃．
根據(jù)全反射產(chǎn)生的條件可知：光從Ⅱ射向Ⅰ時(shí)發(fā)生了全反射，則n₁＜n₂．由題，光從Ⅱ射向Ⅲ發(fā)生折射時(shí)，入射角大于折射角，則n₂＜n₃．所以n₁＜n₂＜n₃．根據(jù)光在介質(zhì)中的速度公式v=可知，v與n成反比，則v₁＞v₂＞v₃．
故選D．
（2）（1）若波向傳播
      波傳播的距離為s=2+nλ（m）（n=0，1，2，3，^_…）
      波速v===（40+160n）m/s（n=0，1，2，3，^_…）①
         若波向x負(fù)方向傳播
      波傳播的距離為s=6+nλ（m）（n=0，1，2，3，^_…）
      波速v===（120+160n）m/s（n=0，1，2，3，^_…）②
    （2）將v=280m/s代入上述①②兩式，由于n是整數(shù)，符合②式通項(xiàng)．可得：波向x負(fù)方向傳播．
答：（1）D，
    （2）（1）若波向x正方向傳播時(shí)波速v=（40+160n）m/s（n=0，1，2，3，^_…）
             若波向x負(fù)方向傳播時(shí)波速v=（120+160n）m/s（n=0，1，2，3，^_…）
         （2）當(dāng)波速為280m/s時(shí)，波的傳播方向沿x負(fù)方向．
點(diǎn)評：對于全反射，要把握產(chǎn)生的必要條件：光必須從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，則根據(jù)全反射現(xiàn)象可比較兩種介質(zhì)折射率的大小．對于簡諧波，要抓住雙向性和周期性，不能漏解．