Question

10．为了探究光的反射和折射规律，小名设计并进行了如图1所示的实验：把一束激光从某种玻璃中射向空气，保持入射点不动，改变入射角（每次增加10°），观察反射光线和折射光线的变化，并记录了入射角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40⁰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，但又有了新的发现：当折射光线消失后反射光线的亮度比有折射光线时明显增强．这是怎么一回事呢？小名请教了物理老师，老师告诉他：光从玻璃、水等介质射向空气，入射角增大时，折射光线离法线越来越远，而且越来越弱；当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光线完全消失，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，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、反射角和折射角的关系（单位：度）

α/度	0	10	20	30	40	…	41	41.2	41.4	41.6	41.8	42
β度	0	10	20	30	40	…	42	41.2	41.4	41.6	41.8	42
γ度	0	15.2	30.9	48.6	74.6	…	79.8	81.1	82.7	84.8	90	？

表2  光从水射向空气时入射角、反射角和折射角的关系（单位：度）

α/度	0	10	20	30	40	…	45	…	48.2	48.4	48.6	50
β度	0	10	20	30	40	…	45	…	48.2	48.4	48.6	50
γ度	0	13.4	27.0	41.7	58.7	…	70.1	…	82.7	84.0	90	？

仔细考察小名的探究过程和实验数据，回答下列问题：

（1）请你针对“当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光线完全消失”这一物理现象，给它一个合适的名字叫光的全反射（全折射/全反射）；
（2）玻璃的临界角41.8度，水的临界角48.6度；
（3）光从玻璃射向空气，入射角增大时（入射角小于临界角），反射光越来越强（强/弱）；
（4）光从空气射向玻璃，入射角增大，折射光线不可能（可能/不可能） 完全消失；
（5）如图2是一块玻璃三棱镜（等腰直角），周围是空气，一束光垂直于一个直角面射向三棱镜画出这束光的光路图．

Answer 1

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41.8°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48.6°时，折射光线消失了．
（3）根据光的反射和折射规律可以判断，当光从小于临界角向临界角靠近时，其光线强弱的变化．
（4）根据折射角和入射角的关系进行分析，即当折射角大于入射角时，并且入射角又等于临界角时，才会发生全反射现象．
（5）当光从一种透明介质垂直射入另一种透明介质时，传播方向不变．当光从其他透明介质斜射入空气时，折射角大于入射角．据此画出光路图．

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41.8°时，折射光线消失了，所以玻璃的临界角为41.8°，
由表2可以知道，当入射角为48.6°时，折射光线消失了，所以水的临界角为48.6°．
（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，而当光从小于临界角向临界角靠近，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）因为光从空气斜射入玻璃中时，折射角永远小于入射角，因此折射光线不能完全消失．
（5）光线从空气进入玻璃时，因是垂直照射，所以方向不变；当从玻璃中斜射入空气时，折射光线远离法线，其大致路径如下图：

故答案为：（1）全反射；
（2）41.8；48.6；
（3）强；
（4）不可能；
（5）见上图．

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，要读数实验的过程，并能总结出相应的结论加以运用．同时还考查了光的折射的光路图，有一定综合性．