Question

为了探究光的反射和折射规律，小名设计并且进行了如图所示的实验：把一束激光从某种玻璃中射向空气，保持入射角不动，改变入射角（每次增加5°），观察反射光线和折射光线的方向变化，并且记录入射角α、反射角β、折射角γ．实验过程中小名发现了一个奇特的现象：当他把入射角增大到45°时发现折射光线突然消失了，把入射角减小为40°时折射光线又出现了．
他以为是实验仪器发生了什么问题，经检查，仪器一切正常．又试了几次，结果还是一样，但又有了新发现：当折射光线消失后反射光线的亮度比有折射光线是时明显增强了．这是怎么一回事呢？小名请教了物理教师．老师告诉他：光从玻璃，水等介质射向空气并且当入射角大于某一个值时确实会发生这种现象，发生这种现象时的入射角叫做临界角λ．听了老师的话，小名产生了浓厚的兴趣，他还想知道：这种玻璃的临界角是多少呢？玻璃和水的临界角相等吗？于是他重新进行了实验（从40°开始，入射角每次增加0.2°）．下面是小名的实验数据．
表1光从玻璃射向空气时入射角与反射角、折射角的关系

表2光从水射向空气时入射角与反射角、折射角的关系

仔细考查小名的探究过程和实验数据，回答下列问题：
（1）请你针对“光从玻璃、水等介质射向空气并且当入射角增大到某一个值时折射光线突然消失”这样一个物理现象，给它一个合适的名称．
（2）玻璃和水的临界角分别是多少？
（3）为什么折射光线消失后反射光线的亮度会增加？
（4）如图是一块玻璃三棱镜，一束光垂直于上述玻璃做的三棱镜一个直角面射向三棱镜，画出这束入射光线的光路图．这种情况下的三棱镜相当于什么光学器件？

Answer 1

【答案】分析：（1）光由光密（即光在此介质中的折射率大的）介质射到光疏（即光在此介质中折射率小的）介质的界面时，全部被反射回原介质内的现象，叫做全反射．
（2）由表1光从玻璃射向空气时入射角与反射角、折射角的关系，可知当入射角为42°时，折射光线消失了．
由表2光从水射向空气时入射角与反射角、折射角的关系，可知当入射角为50°时，折射光线消失了．
（3）当入射光线从一种介质斜射入另一种介质时，会发生折射，同时也发生反射．
（4）当光从空气垂直射入玻璃时，光线方向不变，在玻璃的另一个面发生全反射．
解答：解：（1）光从玻璃、水等介质射向空气并且当入射角增大到某一个值时折射光线突然消失时，
说明光被全部反射回来了，故答案为：全反射．
（2）由表1可以知道，当入射角为42°时，折射光线消失了，所以玻璃的临界角为42°，
由表2可以知道，当入射角为50°时，折射光线消失了，所以水的临界角为50°．
（3）当入射光线从一种介质斜射入另一种介质时，会发生折射，同时也发生反射，
所以反射光线要比入射光线暗一些，而当折射光线消失后，发生了全反射，所以反射光线亮度增强了．
（4）当光从空气垂直射入玻璃时，光线方向不变，在玻璃的另一个面发生全反射．如图所示：

因此时光线会聚了，因凸透镜对光线有会聚作用，所以相当于凸透镜这一光学器件．
点评：本题主要考查了光的折射现象以及光的全反射现象的实验．