全反射
字数 744 2025-12-13 22:32:10
全反射
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折射的极限情况:当光从光密介质(折射率较大,如玻璃n≈1.5)射向光疏介质(折射率较小,如空气n≈1.0)时,根据折射定律(斯涅尔定律),折射角会大于入射角。随着入射角增大,折射角也会相应增大。
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临界角的定义:当入射角增大到某一特定值时,折射角将达到90°,此时折射光线将沿着两种介质的分界面传播。这个特定的入射角被称为“临界角”,记作 \(\theta_c\)。其值由两种介质的折射率决定,公式为 \(\sin\theta_c = \frac{n_2}{n_1}\) (其中 \(n_1\) 为光密介质折射率,\(n_2\) 为光疏介质折射率,且 \(n_1 > n_2\))。
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全反射现象:当入射角大于临界角时,折射定律在数学上会得到一个大于1的正弦值,这在物理上意味着折射不再发生。实际上,此时光线将全部被反射回原介质(光密介质)中,没有光能量进入光疏介质。这种现象就叫做“全反射”。
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发生条件总结:全反射的发生必须同时满足两个条件:(1)光线从光密介质射向光疏介质;(2)入射角大于临界角。
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应用实例:
- 光纤通信:光纤的核心是折射率较高的玻璃纤芯,外面包裹着折射率较低的包层。光信号以大于临界角的角度入射到纤芯与包层的界面上,从而在纤芯内发生连续的全反射,被限制在纤芯中向前传播,实现低损耗、大容量的信息传输。
- 钻石的闪耀:钻石的切割工艺经过精心设计,使进入钻石内部的光线在多个内表面上多次发生全反射,最终从冠部(顶部)集中射出,从而产生璀璨夺目的“火彩”效果。
- 水下视野:潜水员在水中向上看时,超过一定角度(水对空气的临界角约为48.6°)后,水面会像镜子一样反射水下景象,而看不到水面上的物体,这也是全反射造成的。