Question

10．為了探究光的反射和折射規(guī)律，小名設計并進行了如圖1所示的實驗：把一束激光從某種玻璃中射向空氣，保持入射點不動，改變入射角（每次增加10°），觀察反射光線和折射光線的變化，并記錄了入射角α、反射角β、折射角γ．實驗過程中小名發(fā)現(xiàn)了一個奇特的現(xiàn)象，當把入射角增大到45°時，發(fā)現(xiàn)折射光線突然消失了，把入射角減小為40⁰時折射光線又出現(xiàn)了．他以為是實驗儀器發(fā)生了什么問題，經檢查儀器一切正常．又試了幾次結果還是一樣，但又有了新的發(fā)現(xiàn)：當折射光線消失后反射光線的亮度比有折射光線時明顯增強．這是怎么一回事呢？小名請教了物理老師，老師告訴他：光從玻璃、水等介質射向空氣，入射角增大時，折射光線離法線越來越遠，而且越來越弱；當入射角增大到某一角度，使折射角達到90°時，折射光線完全消失，發(fā)生這種現(xiàn)象時的入射角叫做臨界角λ．聽了老師的話，小名產生了濃厚的興趣，他還想知道這種玻璃的臨界角是多少，玻璃和水的臨界角相等嗎，于是他重新進行了實驗（從40°開始，入射角每次增加0.2°）．下面是小名的實驗數(shù)據(jù)：
表1 光從玻璃射向空氣時入射角、反射角和折射角的關系（單位：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  光從水射向空氣時入射角、反射角和折射角的關系（單位：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	？

仔細考察小名的探究過程和實驗數(shù)據(jù)，回答下列問題：

（1）請你針對“當入射角增大到某一角度，使折射角達到90°時，折射光線完全消失”這一物理現(xiàn)象，給它一個合適的名字叫光的全反射（全折射/全反射）；
（2）玻璃的臨界角41.8度，水的臨界角48.6度；
（3）光從玻璃射向空氣，入射角增大時（入射角小于臨界角），反射光越來越強（強/弱）；
（4）光從空氣射向玻璃，入射角增大，折射光線不可能（可能/不可能） 完全消失；
（5）如圖2是一塊玻璃三棱鏡（等腰直角），周圍是空氣，一束光垂直于一個直角面射向三棱鏡畫出這束光的光路圖．

Answer 1

分析 （1）光由光密（即光在此介質中的折射率大的）介質射到光疏（即光在此介質中折射率小的）介質的界面時，全部被反射回原介質內的現(xiàn)象，叫做全反射．
（2）由表1光從玻璃射向空氣時入射角與反射角、折射角的關系，可知當入射角為41.8°時，折射光線消失了．
由表2光從水射向空氣時入射角與反射角、折射角的關系，可知當入射角為48.6°時，折射光線消失了．
（3）根據(jù)光的反射和折射規(guī)律可以判斷，當光從小于臨界角向臨界角靠近時，其光線強弱的變化．
（4）根據(jù)折射角和入射角的關系進行分析，即當折射角大于入射角時，并且入射角又等于臨界角時，才會發(fā)生全反射現(xiàn)象．
（5）當光從一種透明介質垂直射入另一種透明介質時，傳播方向不變．當光從其他透明介質斜射入空氣時，折射角大于入射角．據(jù)此畫出光路圖．

解答 解：（1）光從玻璃、水等介質射向空氣并且當入射角增大到某一個值時折射光線突然消失時，
說明光被全部反射回來了，故答案為：全反射．
（2）由表1可以知道，當入射角為41.8°時，折射光線消失了，所以玻璃的臨界角為41.8°，
由表2可以知道，當入射角為48.6°時，折射光線消失了，所以水的臨界角為48.6°．
（3）當入射光線從一種介質斜射入另一種介質時，會發(fā)生折射，同時也發(fā)生反射，所以反射光線要比入射光線暗一些，而當光從小于臨界角向臨界角靠近，當折射光線消失后，發(fā)生了全反射，所以反射光線亮度增強了．
（4）因為光從空氣斜射入玻璃中時，折射角永遠小于入射角，因此折射光線不能完全消失．
（5）光線從空氣進入玻璃時，因是垂直照射，所以方向不變；當從玻璃中斜射入空氣時，折射光線遠離法線，其大致路徑如下圖：

故答案為：（1）全反射；
（2）41.8；48.6；
（3）強；
（4）不可能；
（5）見上圖．

點評 本題主要考查了光的折射現(xiàn)象以及光的全反射現(xiàn)象的實驗，要讀數(shù)實驗的過程，并能總結出相應的結論加以運用．同時還考查了光的折射的光路圖，有一定綜合性．