【题目】如图,是一直角三棱镜的横截面,,,一细光束从BC边的D点折射后,射到AC边的E点,发生全反射后经AB边的F点射出.EG垂直于AC交BC于G,D恰好是CG的中点.不计多次反射.
(i)求出射光相对于D点的入射光的偏角;
(ii)为实现上述光路,棱镜折射率的取值应在什么范围?
【答案】(1)60° (2)
【解析】
(i)光线在BC面上折射,作出多次折射后的光路如图所示:
由折射定律有: ①
式中,n为棱镜的折射率,i1和r1分别是该光线在BC面上的入射角和折射角.光线在AC面上发生全反射,由反射定律有i2=r2 ②
式中i2和r2分别是该光线在AC面上的入射角和反射角.光线在AB面上发生折射由折射定律有 ③
式中i3和r3分别是该光线在AB面上的入射角和折射角.
由几何关系得i2=r2=60°,r1=i3=30° ④
F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为δ=(r1–i1)+(180°–i2–r2)+(r3–i3) ⑤
由①②③④⑤式得δ=60°⑥
(ii)光线在AC面上发生全反射,光线在AB面上不发生全反射,有
⑦
式中C是全反射临界角,满足 ⑧
由④⑦⑧式知,棱镜的折射率n的取值范围应为 ⑨
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【题目】如图所示,MN、PQ为足够长的光滑平行金属导轨,两导轨的间距L=0.50m,导轨平面与水平面间夹角θ=37°,N、Q间连接一阻值R=0.40Ω的定值电阻,在导轨所在空间内有垂直于导轨平面向上的匀强磁场,磁感应强度B=0.20T。将一根金属棒垂直于MN、PQ方向置于导轨的ab位置,金属棒与导轨接触的两点间的电阻r=0.10Ω,导轨的电阻可忽略不计。现由静止释放金属棒,金属棒沿导轨向下运动过程中始终与导轨垂直,且与导轨接触良好。当金属棒滑行至cd处时,其速度大小v=4.0m/s,已知重力加速度g=10m/s2,sin37°=0.60,cos37°=0.80。求:
(1)金属棒沿导轨开始下滑时的加速度大小a;
(2)金属棒滑至cd处时电阻R两端的电压大小U;
(3)金属棒滑至cd处时电阻R的电功率大小P。
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【题目】如图所示,质量分别为mA=0.2kg、mB=0.1kg的A、B两物块叠放在竖直轻弹簧上静止(B与弹簧连接,A、B间不粘连),弹簧的劲度k=20N/m。若给A一个竖直向上的拉力F,使A由静止开始以加速度a=2m/s2向上做匀加速运动。已知弹簧弹性势能的表达式为Ep=kx2(k为弹簧的劲度系数,x为弹簧的形变量)。重力加速度g取10m/s2。求:
(1)B上升高度h为多大时A、B恰好分离;
(2)从开始运动到A、B分离,拉力做的功WF;
(3)定性画出B运动到最高点的过程中其加速度a与位移l的关系图像。(以B初态静止的位置为位移零点)
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【题目】(16分)为了研究过山车的原理,某物理小组提出了下列的设想:取一个与水平方向夹角为,长为的倾斜轨道AB,通过微小圆弧与长为的水平轨道BC相连,然后在C处设计一个竖直完整的光滑圆轨道,出口为水平轨道D,如图所示。现将一个小球从距A点高为h="0.9" m的水平台面上以一定的初速度水平弹出,到A点时速度方向恰沿AB方向,并沿倾斜轨道滑下。已知小球与AB和BC间的动摩擦因数均为。取10m/s2,求:
(1)小球初速度的大小;
(2)小球滑过C点时的速率;
(3)要使小球不离开轨道,则竖直圆弧轨道的半径应该满足什么条件。
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【题目】如图所示,水平地面放置A和B两个物块,A的质量m1=2kg,B的质量m2=lkg,物块A、B与地面间的动摩擦因数均为μ=0.5。现对物块A施加一个与水平成37°角的外力F,F=10N,使A由静止开始运动,经过12s物块A刚好运动到物块B处,A物块与B物块碰前瞬间撤掉外力F,A与B碰撞过程没有能量损失,设碰撞时间很短,A、B均可视为质点,g取10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8。求:
(1)计算A与B碰撞前瞬间A的速度大小;
(2)若在B的正前方放置一个弹性挡板,物块B与挡板碰撞时没有能量损失,要保证物块A和B能发生第二次碰撞,弹性挡板距离物块B的距离L不得超过多大?
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【题目】图中虚线所示为静电场中的等势面1、2、3、4,相邻的等势面之间的电势差相等,其中等势面3的电势为0。一带正电的点电荷在静电力的作用下运动,经过a、b点时的动能分别为26eV和5eV。当这一点电荷运动到某一位置,其电势能变为-6eV时,它的动能应为( )
A. 6eV B. 18eV C. 11eV D. 32eV
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【题目】游乐园的小型“摩天轮”上对称站着质量均为m的8位同学,如图所示,“摩天轮”在竖直平面内逆时针匀速转动,若某时刻转到顶点a上的甲同学让一小重物做自由落体运动,并立即通知下面的同学接住,结果重物掉落时正处在c处(如图)的乙同学恰好在第一次到达最低点b处接到,己知“摩天轮”半径为R,重力加速度为g,(不计人和吊篮的大小及重物的质量)。问:
(1)接住前重物下落运动的时间t=?
(2)人和吊篮随“摩天轮”运动的线速度大小v=?
(3)乙同学在最低点处对地板的压力FN=?
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【题目】如图所示,光滑曲面与粗糙平直轨道平滑相接,B为连接点,滑块(视为质点)自距水平轨道高为h的A点,由静止自由滑下,滑至C点速度减为零。BC间距离为L.重力加速度为g,忽略空气阻力,求:
(1)滑块滑至B点的速度大小;
(2)滑块与水平面BC间的动摩擦因数;
(3)若在平直轨道BC间的D点平滑接上一半圆弧形光滑竖直轨道(轨道未画出),,再从A点释放滑块,滑块恰好能沿弧形轨道内侧滑至最高点.不考虑滑块骨入半圆弧形光滑轨道时碰撞损失的能量,半圆弧的半径应多大?
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【题目】如图所示,ABCD是一个地面和轨道均光滑的过山车轨道模型,现对静止在A处的滑块施加一个水平向右的推力F,使它从A点开始做匀加速直线运动,当它水平滑行2.5 m时到达B点,此时撤去推力F、滑块滑入半径为0.5 m且内壁光滑的竖直固定圆轨道,并恰好通过最高点C,当滑块滑过水平BD部分后,又滑上静止在D处,且与ABD等高的长木板上,已知滑块与长木板的质量分别为0.2 kg、0.1 kg,滑块与长木板、长木板与水平地面间的动摩擦因数分别为0.3、 ,它们之间的最大静摩擦力均等于各自滑动摩擦力,取g=10 m/s2,求:
(1)水平推力F的大小;
(2)滑块到达D点的速度大小;
(3)木板至少为多长时,滑块才能不从木板上掉下来?在该情况下,木板在水平地面上最终滑行的总位移为多少?
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