淺析“光的折射”和“光的全反射”現(xiàn)象

龔 澳

（湖南省長沙縣第一中學(xué) 湖南長沙 410100）

淺析“光的折射”和“光的全反射”現(xiàn)象

龔 澳

（湖南省長沙縣第一中學(xué) 湖南長沙 410100）

光的折射、光的反射以及光的全反射是光在傳播過程中表現(xiàn)出的重要光學(xué)現(xiàn)象，其不僅是高中物理的重點內(nèi)容，同時也是高考熱點之一。因此，我們在學(xué)習(xí)這部分知識時，不僅要理解光在傳播過程中的相關(guān)規(guī)律，還需要掌握相應(yīng)的分析方法，并能運用光的折射和光的全反射知識解決實際問題。

光的折射 光的全反射 現(xiàn)象

光學(xué)現(xiàn)象在我們的生活中是十分常見的，比如色散就是光的折射引起的，而光的全反射是對光的折射現(xiàn)象的進一步延伸，兩者在很多領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。光的折射和光的全反射是光學(xué)中的重點，也是我們在高中物理學(xué)習(xí)中必須掌握的知識。[1]

一、光的折射現(xiàn)象

1. 光的折射現(xiàn)象及折射規(guī)律

在光的折射現(xiàn)象中，會涉及到兩種介質(zhì)，當(dāng)光從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，其傳播方向會發(fā)生改變，這一現(xiàn)象就稱為光的折射現(xiàn)象。光的折射會遵從一定的規(guī)律，即同一平面內(nèi)存在“三線”，包括入射光線、折射光線和法線，前兩者分別處于法線的左側(cè)和右側(cè)。入射角與折射角存在關(guān)系sini=nsinr，其中，i表示入射角，r表示折射角，n表示介質(zhì)的折射率。從該等式中，我們可以看到，入射角的正弦與折射角的正弦呈正比例關(guān)系。此折射規(guī)律反應(yīng)的是介質(zhì)對光的偏折本領(lǐng)的大小。此外，在光的折射現(xiàn)象中，光路是可以沿著原來的方向反射回來的，即光路是可逆的。[2]

2. 生活中常見的光的折射現(xiàn)象

光的折射現(xiàn)象在生活中是非常多的。比如，我們可以看到魚兒在清澈的水里游動，但是我們卻捉不到，這就是因為光的折射，使我們看到的是魚的虛像，當(dāng)我們用手去摸魚時，并沒有真正的碰到魚。又如，將一根筷子放進一碗水中，我們會看到筷子像折斷了一樣，這也是由于光的折射引起的。此外，水池里的水看起來比實際深度要淺；一枚硬幣放在杯底，將杯子移至我們看不到的地方，再往杯里倒水，我們就能看到硬幣；凹透鏡、凸透鏡等等，都是利用了光的折射現(xiàn)象。

3. 光的折射現(xiàn)象的分析方法

比如，彩虹是由于在雨后太陽光射入雨滴發(fā)生色散而形成的，我們可以假設(shè)水滴是呈球形的，下圖中的圓形表示水滴過球心的截面，入射光線通過這個截面，出現(xiàn)四條出射光線，即a、b、c、d，判斷他們分別為紅、藍、黃、紫的哪一種顏色的光。

我們的解題思路如下：根據(jù)相同介質(zhì)對不同色光的折射率不同，可以知道，折射率隨著色光頻率的增高而增大，光的偏折程度便越明顯。因此，由圖可知，a、b、c、d分別代表的是紫光、藍光、黃光和紅光。

二、光的全反射現(xiàn)象

1. 光的全反射現(xiàn)象及需滿足的條件

以光的折射現(xiàn)象為基礎(chǔ)，當(dāng)光從光密介質(zhì)進入光疏介質(zhì)時，會在交界面同時發(fā)生折射現(xiàn)象和反射現(xiàn)象，且反射角始終小于折射角，折射角可以不斷增大，其能夠達到90°。當(dāng)入射角不斷增大，會使折射消失，因此只剩下反射，這樣的現(xiàn)象就叫做光的全反射。其需要滿足兩個條件：第一，光是從光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)的，如果光是從光疏介質(zhì)射向光密介質(zhì)的，則不可能發(fā)生光的全反射現(xiàn)象；第二，要保證入射角的角度足夠大，如果入射角過小，就不會出現(xiàn)光的全反射現(xiàn)象。

2. 生活中常見的光的全反射現(xiàn)象

光的全反射現(xiàn)象是很常見的，比如，我們每天都會用到的鏡子，就是因為鏡子會接收光，并將其全部反射回來，我們才能在鏡子中看到自己的樣子。而如果鏡面是不平的，就會由于入射光線與反射光線始終在法線的兩側(cè)，且與法線成相同大小的角，因此我們在鏡子中看到的像就會是拉伸、扭曲的，我們在生活中看到的哈哈鏡就是利用這樣的原理設(shè)計而成的。又如，汽車的后視鏡為凹面，由于光的全反射，當(dāng)汽車后面的景物印入我們眼中時就是呈縮小狀態(tài)的，所以我們能通過一面小小的鏡子看到很寬區(qū)域的景物。此外，醫(yī)院里的內(nèi)窺鏡、望遠鏡，自行車的尾燈等都利用了光的全反射原理。

3. 光的全反射現(xiàn)象的分析方法

下圖表示一直角棱鏡的橫截面，其中∠bac為直角，∠abc為60°，假設(shè)一束平行的光線從O點射入棱鏡，并垂直于bc面，當(dāng)棱鏡的折射率為用n表示，且不考慮原入射光在bc面的反射光，求光線的射出方向。

我們的分析思路如下：首先我們需要繪制出相應(yīng)的光路圖，如下圖所示：

從圖中我們可以分析出，當(dāng)光束從bc面到ab面上時，入射角用r1表示，其大小應(yīng)為60°，用C表示棱鏡的臨界角，于是我們可以得出由可得C=45°，因此光線在ab面上會發(fā)生全反射，其反射光線將由ac面射出。

結(jié)語

綜上所述，學(xué)習(xí)光的折射現(xiàn)象與光的反射現(xiàn)象，最重要的是要理解其遵循的規(guī)律和應(yīng)滿足的條件，并把握好其內(nèi)涵。在有的現(xiàn)象中，可能會包含多種光學(xué)現(xiàn)象，因此在分析時，要結(jié)合每種光學(xué)現(xiàn)象的規(guī)律，抓住其關(guān)鍵點來分析，否則就可能遺漏某些光學(xué)過程。

[1]楊燕婷,邵溫怡,金戈等.自制光的全反射演示儀[J].物理實驗,2014,(9):20-21,24.

[2]許茂林,韓宏開.“光的全反射”問題的類型及其解答策略[J].中學(xué)物理（高中版）,2014,32(1):81-82.