Question

如图，为某种透明材料做成的三棱镜横截面，其形状是边长为a的等边三角形，现用一束宽度为a的单色平行光束，以垂直于BC面的方向正好入射到该三棱镜的AB及AC面上，结果所有从AB、AC面入射的光线进入后恰好全部直接到达BC面．试求：

（1）该材料对此平行光束的折射率；

（2）这些到达BC面的光线从BC面折射而出后，如果照射到一块平行于BC面的屏上形成光斑，则当屏到BC面的距离d满足什么条件时，此光斑分为两块？

Answer

（1）；

（2）超过a时

【解析】

试题分析：（1）先据题意知从AB、AC面入射的光线进入后恰好全部直接到达BC面，说明从AB面进入三棱镜的折射光线与AC平行，画出光路图，根据对称性和几何关系得到入射角和折射角，即可求得折射率．

（2）画出光路图，如图O为BC中点，在B点附近折射的光线从BC射出后与直线AO交于D，可看出只要光屏放得比D点远，则光斑会分成两块，由几何知识求解．

【解析】
（1）由于对称性，我们考虑从AB面入射的光线，这些光线在棱镜中是平行于AC面的，由对称性不难得出，光线进入AB面时的入射角α和折射角β分别为：

α=60°，β=30°

由折射定律，材料折射率

n====

（2）如图O为BC中点，在B点附近折射的光线从BC射出后与直线AO交于D，可看出只要光屏放得比D点远，则光斑会分成两块．

由几何关系可得：OD=a

所以当光屏到BC距离超过a时，光斑分为两块．

答：

（1）该材料对此平行光束的折射率为；

（2）当光屏到BC距离超过a时，光斑分为两块．

【点评】本题是几何光学问题，作出光路图是解题的关键之处，再运用几何知识求出入射角和折射角，即能很容易解决此类问题．