初中现象 · 高中 · 折射与全反射

怎样把光留在水里?

平面界面,无吸收,非偏振入射光。让水中的光越来越贴近界面。

问题的来处17世纪 · 斯涅尔定律

光的转弯:问题从哪里来?

光跨过介质界面会改变方向。水中观察、棱镜与光纤可以用同一个角度关系联系起来,但全反射有明确的入射方向条件。

读一段背景,带着问题动手

光跨过介质界面会改变方向。水中观察、棱镜与光纤可以用同一个角度关系联系起来,但全反射有明确的入射方向条件。

光跨过介质界面会改变方向。水中观察、棱镜与光纤可以用同一个角度关系联系起来,但全反射有明确的入射方向条件。 平面界面,无吸收,非偏振入射光。 低折射率进入高折射率,能靠增大入射角全反射吗?

现在,换你来试固定两侧折射率,只增大入射角,比较透射和反射。

故事出处与延伸阅读

光的转弯

P10 / 光与波
今天的问题

跨过临界角后,折射光去了哪里?

独立探索要做什么?

固定两侧折射率,只增大入射角,比较透射和反射。

装置 · 尺寸示意,量值见读数看证据图 ↓
先看一次,再亲手试

从89到0 °逐步改变相对法线入射角;这是条件比较,不是物理时间。暂停后可亲手调整。

尚未开始;也可直接使用装置旁的参数控件。
n₁ = 1.333n₂ = 1折射与反射并存
青色入射光红色反射光蓝色折射光
看这里 · 反射能流比0.0255

折射角 41.7975°;反射比例 0.0255,透射比例 0.9745。

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

折射角
41.7975 °
临界角
48.6066 °
反射能流比
0.0255
透射能流比
0.9745

无吸收平面界面、非偏振光Fresnel能流。箭头方向真实,线条亮度示意;只有高折射率向低折射率才可能全反射。

证据图 参考解随题设重算 · 不计个人完成

启用交互后显示带单位曲线。

换个条件,再想一步

低折射率进入高折射率,能靠增大入射角全反射吗?

先预测,再观察。反例不会替你完成独立任务。

留下两组证据

仅当前页保留最近两组,刷新清除;第三组替换最早一组。保存模型条件与单位;恢复后重算,不恢复任务完成资格。

先留一组,再改变一个条件。

从观察到解释

把证据带回纸上

展开关系与推导

n₁sinθ₁=n₂sinθ₂;n₁>n₂时临界角arcsin(n₂/n₁)。强度由非偏振Fresnel平均计算,R+T=1。

固定哪些量?改变哪个量?列出两组数值,写出关系,再说明一个不能套用的条件。实验支持猜想,一般证明需要理由。

先预测,再用证据解释

把这次发现,留给下次的自己

跨过临界角后,折射光去了哪里?

换个条件,再试一次

低折射率进入高折射率,能靠增大入射角全反射吗?

看哪里?

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

回到装置再试 ↑

仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。

尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。

先修与两种探索深度

先认识折射与全反射涉及的量与单位:入射侧折射率(无量纲)、透射侧折射率(无量纲)、相对法线入射角(°)。初中现象 · 高中为内容层次提示,未核对具体教材。

先看现象:让水中的光越来越贴近界面。

再做定量:保持其他条件,比较相对法线入射角与反射能流比(无量纲),再对照下方关系。

模型、来源与核验边界

n₁sinθ₁=n₂sinθ₂;n₁>n₂时临界角arcsin(n₂/n₁)。强度由非偏振Fresnel平均计算,R+T=1。

对照核验提示:仍能透出:水到空气,30°;留在水里:介质不变,60°。按这些题设自己操作并比较反射能流比,不把参考情景当个人完成。

适用范围:无吸收平面界面、非偏振光Fresnel能流。箭头方向真实,线条亮度示意;只有高折射率向低折射率才可能全反射。

Britannica · Snell’s law(延伸阅读;链接和公式适用性尚需逐项外部复核) ↗

本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。