人教版物理课题研究--光的全反射

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1、光的全反射　　如果你带上一个潜水镜，潜入清澈的水中，从水下向上望去，假如水面是平静的，你会惊讶地发现，水面就象用玻璃做的，而且似乎涂了一层银，象镜子一样闪闪发亮，并且倒映着水中的鱼、草和水底下的石头。　　微风吹来，激起了微微的波纹，这时候在水下看到的就是一个变幻无常的银色波浪。并不是每一个人都能得到潜水的机会，不过，那也不要紧，你可以通过一个实验来观察这美丽的景致。一、水似水银　　取一个盛满水的玻璃杯，把它放在较高的柜子上，透过玻璃杯自下而上地观看水的内表面。你会发现，水面象水银一样闪着银光，简直象镜子一样。是的，这的确是一面镜子。把一支铅笔插入水中，从下面向上看去，就

2、会看到两个笔尖，一个是真正的，一个是水面上的反射像，不过笔尖及其反射像看上去比真的笔尖要大一些，这是由于玻璃杯的侧面使水弯曲成一个放大镜，把笔尖放大了。　　在晚上，把一个台灯放在远处的桌面上，关掉其它的灯。把水杯举起来，从下向上看，就能看到水的内表面象镜面一样映出远处的台灯和周围的东西。　　为什么水的内表面有时象镜子呢？　　我们知道，当光从一种物质射向另一种物质的时候，在它们的界面上会分成两部分，一部分不能穿过界面而被反射回去，这是反射光束；另一部分则透过去，这是折射光束。人们发现，在一定的条件下，透明的界面会变的象镜子一样能把入射光百分之百地反射回来，这是光的全反射现

3、象。上面实验中的现象都是光的全反射。　　下面来做一个实验，看看在什么情况下光能发生全反射。　　准备一支手电筒，再用不透光的硬纸片做一个高十厘米左右的圆筒。圆筒的直径比手电筒的前端直径略微大一点点，以便恰好套在手电筒的前盖上。圆筒的前端加一个纸盖，盖上开一个直径约三毫米的圆孔（如右图所示）。　　再找一个果酱瓶，在瓶内注入三分之一的浓茶水。把一支点燃的蚊香放在液面上方，使液面上方充满了烟雾，然后把蚊香拿出来并盖好瓶盖。　　遮暗你的屋子，把套有圆筒的手电筒放在果酱瓶的下面。让手电筒的灯光通过纸筒上的圆孔射出。这束光线从瓶底射入水内，再从水面射到充满烟雾的空间，光线经过的途径显

4、出一道亮光。　　你用一只手握住玻璃瓶，另一只手拿好手电筒，使水瓶稍微倾斜，这时候入射光也就斜射到茶水的内表面上。在烟雾中你能清晰地看到折射光束，同时在茶水中还可以看到一条微弱的反射光束。　　逐渐改变水瓶的倾斜程度，使光线的入射角不断改变。这样，你就可以看到折射光和反射光的变化情况。　　入射角增大的时候，折射角也增大，但是折射光束的强度在逐渐减弱，而茶水中的反射光束却越来越明亮。水瓶倾斜到一定程度的时候（即入射角增大到一定的程度），你会看到折射光束刚刚冒出水面，沿着水面掠过，这说明折射角已经接近90°。把水瓶再倾斜一点，折射光束就完全消失，而反射光束却变得很亮。我们把这个

5、时候光的入射角叫临界角，从临界角开始，入射角再增大，光线就一点也不能冒出水面，而全部被茶水和空气的交界面反射回来，这就是光的全反射。　　光的全反射现象不只发生在水和空气的交界面上，一般来说，当光从光密媒质（例如水、玻璃等）射向光疏媒质（例如空气）的时候都有可能发生——只要光束以非常倾斜的角度射在它们的交界面上就会发生全反射。实验证明，光从水射向空气的时候，如果入射角大于48.5°就会发生全反射；光从玻璃射向空气的时候，入射角只要大于42°也会发生全反射。光从冷空气层射向热空气层的时候，也可能发生全反射。二、硬币的隐身术　　当同学们到你家里来玩的时候，你可以表演一个小魔术

6、，并且请大家来解释一下这个魔术中的秘密。　　在桌子上放着一枚硬币，取一个玻璃杯，把里面盛满水，然后把玻璃杯压在硬币上，这时候，请同学们从杯子的侧面看去，大家会发现，硬币不见了。谁也没有把它拿走，但是从杯口向下望的时候，硬币还好好的放在那里。　　然后，你趁别人不注意的时候，给玻璃杯底沾上一些水。再请别的同学来重做这个实验。这一回，大家一定会惊奇地发现：这个魔术不灵了，透过玻璃怀的侧壁，同学们总能看到一个闪亮的硬币。假如你不说出这个秘密，恐怕谁也没有办法再使硬币消失。　　利用光的全反射现象可以解释这个有趣的实验。右图画出了光线所走过的曲折道路。光从空气经玻璃怀底进入水里的时

7、候发生了折射，因为是从光疏媒质进入光密媒质，所以折射光线全都向法线方向靠拢。这使得大部分光线以很大的入射角射向杯子的侧壁，因而发生了全反射。反射的光线又折回水中，从怀口射出，因此从怀子的侧面看不到硬币，而由杯口向下望去，硬币还好好地放在那里。　　做这个实验，应该用口比底大的玻璃杯，而不要用上下一般大的玻璃杯。为什么要这样做，你可以根据光的折射定律想一想。　　杯底和硬币之间沾有水以后，情况就变了：硬币射出的光线从水中穿过杯底再进入杯子里的水中。这种情况下，杯底可以看成是一块平板玻璃，它的上下都是水，光线通过它的时候方向不变。这样，硬币射出的