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一大型游乐场建有一个半球型游泳池,游泳池半径为R,游泳池内注满水。一潜泳者可在水面下方游动,其头罩上带有一单色光源,游泳池水面上的最大发光面积为游泳池面积的$\frac{1}{2}$,求:

一大型游乐场建有一个半球型游泳池,游泳池半径为R,游泳池内注满水。一潜泳者可在水面下方游动,其头罩上带有一单色光源,游泳池水面上的最大发光面积为游泳池面积的$\frac{1}{2}$,求:

(1)设水的折射率为n,当潜泳者头罩上单色光源位于O点正下方的池底时发光面积最大,设发光半径为r,则由题意发光面积$π{r^2}=\frac{{π{R^2}}}{2}$,解得r=$\frac{\sqrt{2}}{2}R$,此时光恰好发生全反射$sinC=\frac{1}{n}$根据几何关系$sinC=\frac{r}{{\sqrt{{R^2}+{r^2}}}}$以上各式联立可解得:$n=\sqrt{3}$(2)发光点在O点正下方池底处以临界角射到水面时,恰好发生全反射,即恰好没有光线射出,此时光路最长,路程为$s=\sqrt{{R^2}+{r^2}}=vt$且$v=\frac{c}{n}$以上各式联立可解得$t=\frac{{3\sqrt{2}R}}{{2c}}$答:(1)池内水的折射率为$\sqrt{3}$;(2)射出水面的光在水中传播的最长时间为$\frac{{3\sqrt{2}R}}{{2c}}$。

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