Question

（I）一列沿x軸正向傳播的橫波在某時(shí)刻的波形圖如圖甲所示．a(chǎn)、b、c、d為介質(zhì)中沿波的傳播方向上四個(gè)質(zhì)點(diǎn)的平衡位置，若從該時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)，則圖乙是下面哪個(gè)質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)個(gè)周期后的振動(dòng)圖象：______
A．a(chǎn)處質(zhì)點(diǎn)   B．b處質(zhì)點(diǎn)       C．c處質(zhì)點(diǎn)       D．d處質(zhì)點(diǎn)

（II）如圖所示，用折射率的玻璃做成內(nèi)徑為R、外徑為的半球形空心球殼，一束平行光射向此半球的外表面，與中心對(duì)稱軸OO'平行，試求：
（1）球殼內(nèi)部有光線射出的區(qū)域；
（2）要使球殼內(nèi)部沒(méi)有光線射出，至少用多大的遮光板，如何放置才行？

Answer 1

【答案】分析：（Ⅰ）簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正向傳播，判斷出圖示時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)的速度方向，確定出經(jīng)過(guò)個(gè)周期后各質(zhì)點(diǎn)的狀態(tài)，選擇與振動(dòng)圖象t=0時(shí)刻振動(dòng)情況相符的質(zhì)點(diǎn)．
（Ⅱ）（1）當(dāng)光線射到空心球殼內(nèi)表面發(fā)生全反射時(shí)，則不能從球殼內(nèi)表面射出．根據(jù)折射定律求出臨界角，由數(shù)學(xué)正弦定理求出光線在球殼外表面的折射角，再求出此表面的入射角，根據(jù)幾何知識(shí)求解球殼內(nèi)部有光線射出的區(qū)域．（2）將有光線射出的部分擋住，球殼內(nèi)部將沒(méi)有光線射出，由幾何知識(shí)求出遮光板的半徑．
解答：解：（I）由乙圖看出，t=0時(shí)刻質(zhì)點(diǎn)經(jīng)過(guò)平衡位置向下運(yùn)動(dòng)．簡(jiǎn)諧橫波沿x軸正向傳播，
A、圖示時(shí)刻a點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)個(gè)周期后，a點(diǎn)到達(dá)波谷，位移達(dá)到負(fù)向最大，與乙圖t=0時(shí)刻振動(dòng)情況不符．故A錯(cuò)誤．
B、經(jīng)過(guò)個(gè)周期后，b點(diǎn)到達(dá)平衡位置向下運(yùn)動(dòng)，與乙圖t=0時(shí)刻振動(dòng)情況相符．故B正確．
C、圖示時(shí)刻c點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)個(gè)周期后，a點(diǎn)到達(dá)波峰，位移達(dá)到正向最大，與乙圖t=0時(shí)刻振動(dòng)情況不符．故C錯(cuò)誤．
D、經(jīng)過(guò)個(gè)周期后，b點(diǎn)到達(dá)平衡位置向上運(yùn)動(dòng)，與乙圖t=0時(shí)刻振動(dòng)情況不符．故D錯(cuò)誤．
故選B
（II）（1）設(shè)光線a'a射入外球面，沿ab方向射向內(nèi)球面，
剛好發(fā)生全反射，則 
∴C=45°
在△Oab中，，Ob=R
∴，
即 r=30°，則∠θ=C-r=45°-30°=15°
又∠O'Oa=i，由 ，得
∴i=45°
即∠O'Ob=i+θ=45°+15°=60°
當(dāng)射向外球面的入射光線的入射角小于i=45°時(shí)，這些光線都會(huì)射出內(nèi)球面．因此，以O(shè)O'為中心線，上、下（左、右）各60°的球殼內(nèi)有光線射出．
（2）由圖中可知，，
所以，至少用一個(gè)半徑為R的遮光板，圓心過(guò)OO'軸并垂直該軸放置，才可以擋住射出球殼的全部光線，這時(shí)球殼內(nèi)部將沒(méi)有光線射出．
故答案為：
（Ⅰ）B
（Ⅱ）（1）球殼內(nèi)部有光線射出的區(qū)域?yàn)椋阂設(shè)O'為中心線，上、下（左、右）各60°的圓錐球殼內(nèi)．
（2）一個(gè)半徑為R的遮光板，圓心過(guò)OO'軸并垂直該軸放置，才可以擋住射出球殼的全部光線．
點(diǎn)評(píng)：第1題要能根據(jù)波的傳播方向確定質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向，由振動(dòng)圖象讀出質(zhì)點(diǎn)的速度方向．第2題作出光路圖，充分運(yùn)用數(shù)學(xué)上正弦定理和幾何知識(shí)研究光路．