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交通規(guī)則

  我們都知道,車在馬路上行駛必須遵守一定的交通規(guī)則,這是安全和高效的保障。同樣,光的傳輸也必須遵守光的“交通規(guī)則”。光在空間是沿直線傳播的,耀眼的太陽(yáng)光、五彩斑斕的霓虹燈、激光等都是沿直線傳播的。只要沒有障礙物,光就會(huì)一直地傳下去。

  如果往地上拍打皮球,皮球會(huì)彈起來。如果是筆直地望下拍,球就會(huì)筆直地彈回來。如果在排的時(shí)候有一個(gè)角度,球反彈時(shí)也會(huì)有一個(gè)角度。光和球一樣,也能“反彈”,反彈起來的光就是反射光。當(dāng)一束光線按照一定的角度射向一塊平面鏡時(shí),它就會(huì)從鏡面“反彈”出去,這種“反彈”現(xiàn)象就叫做光的反射,這種反射叫做菲涅爾反射。

光的反射和折射

  光的反射服從反射定理: θ inr,即反射角等于入射角。

  光在反射時(shí),改變了傳播方向。同樣,可以看到,當(dāng)光以一定的角度從某種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí),它的傳播方向也會(huì)改變,在兩種介質(zhì)的分界面上并不沿直線傳播,而是發(fā)生了偏折,光的這種偏折現(xiàn)象叫做折射,F(xiàn)實(shí)生活中存在大量的折射現(xiàn)象。比如雨后的彩虹,它是由于陽(yáng)光在不同折射率的大氣中發(fā)生折射而形成的;又比如裝滿水玻璃杯中的筷子看上去是彎的。怎樣認(rèn)識(shí)光的折射現(xiàn)象呢?這是因?yàn)楣庠诓煌慕橘|(zhì)中的傳播速度是不同的,光在空氣中的速度近似為光在真空中的速度,光在真空的速度是3×108km/s。但是,光在其它媒質(zhì)中傳播時(shí),速度就變慢了。例如,在水中光速就減至2.25×108km/s。光在介質(zhì)中的速度由這種介質(zhì)的折射率決定。不同的介質(zhì)有不同的折射率,光在折射率小的介質(zhì)中跑的快,在折射率大的介質(zhì)中跑得慢。

  光的折射服從折射定律:n1sin θin= n2sinθz。

  即光線從折射率為n1的介質(zhì)以入射角θin射到兩個(gè)介質(zhì)的分界面,并以θz進(jìn)入折射率為n2的介質(zhì)中時(shí)滿足上述關(guān)系。

  勞動(dòng)人民在長(zhǎng)期的生產(chǎn)斗爭(zhēng)中積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。一位吹玻璃的工人觀察到光可以從玻璃棒的一端傳到另一端,而棒的四周沒有光跑出來,這就是全反射現(xiàn)象。玻璃的折射率大于空氣的折射率,合適的光進(jìn)入玻璃棒后,光就在玻璃棒和空氣的交界面上發(fā)生全反射,把光關(guān)在玻璃棒中,因而玻璃棒的四周看不見光。早期的光纖就是基于這一原理,用單一材料制成的,現(xiàn)在一般的塑料光纖也是利用這一原理傳光的。

  全反射定理的內(nèi)容是這樣的:光從波疏媒質(zhì)進(jìn)入波密媒質(zhì),當(dāng)入射角增大到一定的角度時(shí),折射光就會(huì)全部消失。即 θin>=arcsin 。其中θc=arcsin ,稱為臨界角。

  要產(chǎn)生全反射,必須有兩個(gè)條件:第一,光必須從折射率大的介質(zhì)射入折射率小的介質(zhì);其次,入射角必須大于臨界角。二者缺一不可。光從折射率低的介質(zhì)向折射率高的介質(zhì)入射時(shí),是絕對(duì)不會(huì)產(chǎn)生全反射的。

 
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