求求求!二十六届全国物理竞赛预赛第九题解析!

来源:学生作业帮助网 编辑:六六作业网 时间:2024/04/29 02:12:57
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9.(8分)图示为某一圆形水池的示意图(竖直截面).AB为池中水面的直径,MN为水池底面的直径,O为圆形池底的圆心.已知ON为11.4m ,AM、BN为斜坡,池中水深5.00m,水的折射率为4 / 3.水的透明度极好,不考虑水的吸收.图中a、b、c、d为四个发光点,天空是蓝色的,水面是平的.在池底中心处有一凹槽,一潜水员仰卧其中,他的眼睛位于O处,仰视水面的最大范围的直径为AB.
(i)潜水员仰视时所看到的蓝天图象对他的眼睛所张的视角为
(ii)四个发光点a、b、c、d中,其发出的光能通过全反射到达潜水员眼睛的是
9.答案:
(i)97.20° (ii)c、d
(1)在潜水员看来,池外所有景物发生的光都出现在一个倒立的圆锥里,先求出这个圆锥底面的直径
由题意可得,设圆锥底面半径为r
sin折射角C=1/n = 3/4
所以 折射角C=0.8481=48.59°
r=h×tan折射角C=5×1.1339=5.6695 m
解得圆锥底面的直径D=2r=11.3389 m
蓝天图象对他的眼睛所张的视角α=2arctan(r/5)=97.20°
(2)以潜水员眼睛的位置为圆心,以11.3389 m为半径作圆,与池底交于L(Left),R(Right)两点,从L点左侧 和 R点右侧发出的光经水面反射进入潜水员的眼睛的光线,其入射角都大于临界角C
所以,池底宽度为ML的圆形环带区域以及整个侧壁发出的光都可以通过全反射到达眼睛.
所以,只能选侧壁的 c d 两点

26届的预赛好像很简单哦

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