Question

為了探究光的反射和折射規律，小名設計并且進行了如圖所示的實驗：把一束激光從某種玻璃中射向空氣，保持入射角不動，改變入射角（每次增加5°），觀察反射光線和折射光線的方向變化，并且記錄入射角α、反射角β、折射角γ．實驗過程中小名發現了一個奇特的現象：當他把入射角增大到45°時發現折射光線突然消失了，把入射角減小為40°時折射光線又出現了．
他以為是實驗儀器發生了什么問題，經檢查，儀器一切正常．又試了幾次，結果還是一樣，但又有了新發現：當折射光線消失后反射光線的亮度比有折射光線是時明顯增強了．這是怎么一回事呢？小名請教了物理教師．老師告訴他：光從玻璃，水等介質射向空氣并且當入射角大于某一個值時確實會發生這種現象，發生這種現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呢？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據．
表1光從玻璃射向空氣時入射角與反射角、折射角的關系

表2光從水射向空氣時入射角與反射角、折射角的關系

仔細考察小名的探究過程和實驗數據，回答下列問題：
（1）請你針對“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”這樣一個物理現象，給它一個合適的名稱．
（2）玻璃和水的臨界角分別是多少？
（3）為什么折射光線消失后反射光線的亮度會增加？
（4）如圖是一塊玻璃三棱鏡，一束光垂直于上述玻璃做的三棱鏡一個直角面射向三棱鏡，畫出這束入射光線的光路圖．這種情況下的三棱鏡相當于什么光學器件？

Answer 1

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42°時，折射光線消失了，所以玻璃的臨界角為42°，
由表2可以知道，當入射角為50°時，折射光線消失了，所以水的臨界角為50°．
（3）當入射光線從一種介質斜射入另一種介質時，會發生折射，同時也發生反射，
所以反射光線要比入射光線暗一些，而當折射光線消失后，發生了全反射，所以反射光線亮度增強了．
（4）當光從空氣垂直射入玻璃時，光線方向不變，在玻璃的另一個面發生全反射．如圖所示：

因此時光線會聚了，因凸透鏡對光線有會聚作用，所以相當于凸透鏡這一光學器件．
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42°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50°時，折射光線消失了．
（3）當入射光線從一種介質斜射入另一種介質時，會發生折射，同時也發生反射．
（4）當光從空氣垂直射入玻璃時，光線方向不變，在玻璃的另一個面發生全反射．
點評：本題主要考查了光的折射現象以及光的全反射現象的實驗．