Question

9．一不透明的圓柱形容器內(nèi)裝滿折射率n=$\sqrt{2}$的透明液體，容器底部正中央O點處有一點光源S，若容器高為2dm，底邊半徑為（1+$\sqrt{3}}$）dm，則液面上方有光線射出的面積為多少？若有一平面鏡MN與底面成45°角放置，OM=1dm，在容器中央正上方1dm處水平放置一足夠長的刻度尺，如圖所示，求光源S發(fā)出的光線經(jīng)平面鏡反射后，照射到刻度尺的長度．（不考慮容器側(cè)壁和液面的反射）

Answer 1

分析 作出邊界光路．當光線沿OM入射到平面鏡時，發(fā)生反射，光線照射到刻度尺的最右端．當射到平面鏡上的光線經(jīng)折射照射到刻度尺的最左端時，根據(jù)對稱性，作出平面鏡反射的光路．根據(jù)反射定律和折射定律以及幾何知識求解光線經(jīng)平面鏡反射后，照射到刻度尺的長度．

解答 解：設(shè)容器高為H．作圖找出發(fā)光點S在平面鏡中的像點S′，連接SM延長交直尺于H點．由題：光線SM的入射角為45°，根據(jù)反射定律可知反射角等于45°，則MH沿豎直方向．
連接S′P，根據(jù)對稱性得S′M=OM=1dm，則在Rt△PRS′中，$RS′=\sqrt{3}dm$，PR=H+S′M=3dm
由幾何知識得：∠r=30°．
根據(jù)折射定律可得：$n=\frac{sini}{sinr}$
解得：sini=$\frac{\sqrt{2}}{2}$，i=45°
故刻度尺上被照亮的范圍為：$QH=1dm+\sqrt{3}dm=（{1+\sqrt{3}}）dm$
答：刻度尺上被照亮的范圍長為（1+$\sqrt{3}$）dm．

點評 對于范圍問題，往往要作出邊界光線，研究臨界情況，利用幾何知識和折射定律、反射定律結(jié)合研究，這是常用的思路．