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科学 / 物理 / 06

折射 实验室

光穿过界面为什么会拐弯,拐到头会怎样?

ENGINE / REFRACTION-ENGINE-1斯涅尔定律 1621
界面舞台n₁ 1.00 → n₂ 1.33 · θ₁ 45°
上介质 n₁ 1.00下介质 n₂ 1.33法线入射 45°折射 32.1°
ENGINE REFRACTION-ENGINE-1 / n₁·sinθ₁ = n₂·sinθ₂

探索路线

先猜一猜,再动手。

知道光在均匀介质里走直线,遇到界面会变向。

01

保持空气→水,拖入射角,看折射角靠不靠近法线。

02

对调介质:水→空气,读出临界角。

03

越过临界角一步,见证全反射。

第一步 · 先猜一猜

光从水(n=1.33)射向空气,入射 50°,会?

选一个你现在的预测。

第二步 · 观察当前状态

当前读数

入射角45.0°
n₁(入射侧)1.00
n₂(折射侧)1.33
折射角32.1°
临界角—

发生了什么?

进入更密的介质(n₂ > n₁),光线向法线偏折:45° 变为 32.1°。

记录观察

第三步 · 接受一个挑战

0 / 3
01逼近临界角

在水→空气中,把入射角停在下临界角一格的 48°(折射角 81.3°,尚未全反射)。

提示

临界角 48.8°,一格一格往上加到 48°。

02触发全反射

让光在界面发生全反射(水→空气)。

提示

49° 或更高。

03玻璃的临界角

换成玻璃 n=1.5 射向空气,停在恰好越过临界角的 42°。

提示

asin(1/1.5) ≈ 41.8°,所以 42° 就越线了。

安全与范围模拟光路。真实激光器切勿直射眼睛。

你看到的是

光在不同介质里速度不同,穿过界面时为了"走最快路径"会拐弯——这就是斯涅尔定律 n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂。从密介质射向疏介质时存在一个临界角:超过它,光完全弹回,全内反射。水对空气的临界角是 48.8°(潜水员看天空只剩一个圆锥),钻石的只有 24.4°——所以光在里面弹来弹去很多次才出来,这就是火花。

动手试试水→空气,从 30° 慢慢拉到 50°:41.7° 折射 → 48.8° 临界 → 全反射。换成钻石 2.42:只要 24.4° 就到临界,几乎一碰就全反射。

探索路径 · GUIDED PATHS

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