有關(guān)全反射的三個(gè)“魔術(shù)”表演

張玉成

(滕州市第一中學(xué) 山東 滕州 277500)

全反射是一種有趣的光學(xué)現(xiàn)象，鉆石之所以璀璨奪目就是因?yàn)楣庠阢@石內(nèi)經(jīng)過(guò)多次全反射后達(dá)到了極佳的分光效果.本文介紹三個(gè)簡(jiǎn)易有趣的科學(xué)魔術(shù)，教師若在課堂表演，可在搞笑逗趣中讓學(xué)生深刻了解全反射原理.

1 黑貓變白貓

如圖1所示，上課時(shí)教師將一張畫(huà)有一只可愛(ài)黑貓的卡片放在透明塑料袋中向?qū)W生展示.然后教師將透明塑料袋垂直放入水中.從水面向下看，黑貓竟然變成了白貓，如圖2所示.再將塑料袋從水中取出，白貓又變回了黑貓.其實(shí)透明塑料袋上畫(huà)了一只未著色的貓的框架.教師將畫(huà)有黑貓的卡片放入透明塑料袋中，塑料袋上的貓的框架與卡片上的黑貓重合，因此我們只看見(jiàn)黑貓.將塑料袋放入水中，光

圖1 圖2

由袋中空氣進(jìn)入水中時(shí)產(chǎn)生折射.空氣的折射率為1，水的折射率為1.33，因此當(dāng)光由塑料袋中空氣進(jìn)入水中時(shí)光會(huì)向水平方向偏移，如圖3所示.如此光線抵達(dá)水面時(shí)入射角便會(huì)大于臨界角(49°)，產(chǎn)生全反射，無(wú)法穿透水面.所以從水面向下看，只看到塑料袋上未著色的貓的框架，看不到卡片上的黑貓，感覺(jué)黑貓變成了白貓.

圖3

2 硬幣隱身術(shù)

取一枚硬幣放在桌上，硬幣上疊放一只空玻璃燒杯，可以明顯看到杯底的硬幣，如圖4所示.然后往燒杯內(nèi)注入清水，當(dāng)從燒杯側(cè)面尋找位于杯底的那枚硬幣時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)硬幣不見(jiàn)了.其實(shí)硬幣并沒(méi)有消失，是由于光的全反射而使硬幣變得不可見(jiàn)了. 如圖5所示來(lái)自硬幣的光線從光密媒質(zhì)——水射入光疏媒質(zhì)——空氣的分界面時(shí)，由于入射角大于臨界角，因此這部分光線就會(huì)被分界面全部反射.

圖4 圖5

3 讓光線拐彎的魔罐

已知光線是沿直線傳播的，那么光線能不能“拐彎”呢？下面的“魔術(shù)”表演能給你一個(gè)答案.如圖6所示.

圖6

實(shí)驗(yàn)材料：易拉罐1個(gè)，水，小刀1把，手電筒.

操作步驟：先在易拉罐側(cè)壁的下端打個(gè)小孔，用手指摁住小孔向易拉罐里灌水.放開(kāi)手指看到小孔向外噴出彎曲的水柱后，用手電筒從易拉罐口向里照.

奇怪！亮光隨著小孔里流出的水跑出來(lái)了，它居然彎曲向下走了，這就是“魔光”.“魔光”是如何產(chǎn)生的呢？表面上看，光好像走著彎路，實(shí)際上光是在彎曲的水流內(nèi)表面上發(fā)生了多次的全反射.因?yàn)樗枪饷苊劫|(zhì)，空氣是光疏媒質(zhì)，當(dāng)入射角大于臨界角時(shí)，就會(huì)發(fā)生全反射.光線經(jīng)過(guò)多次全反射向前傳播，看上去也就是彎曲的了.此實(shí)驗(yàn)又稱丁達(dá)爾實(shí)驗(yàn)，是英國(guó)物理學(xué)家丁達(dá)爾1870年在皇家學(xué)會(huì)講光的全反射原理時(shí)所演示的.