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光的全反射
小慧在做光的折射规律实验时偶然发现:当激光从水中斜射向空气中时,当入射角增大到一定角度时,折射光线会消失,只剩下反射光线(如图甲所示)。这到底是什么原因呢?通过查阅资料,他终于明白了其中的奥妙。
(图甲) (图乙)
当光线从一种介质1(如水)射向另一种介质2(如空气)时,本来应该有一部分光进入介质2,称为折射光,另一部分光反射回介质1,称为反射光(如图乙所示)。但当介质1(如水)的折射率大于介质2(如空气)的折射率,即光从光密介质射向光疏介质时,折射角大于入射角,当入射角增大时,折射角也增大,但折射角先增大到90度,此时折射光消失,只剩下反射光,这种现象称为全反射现象。刚好发生全反射时的入射角叫做临界角。 只有入射角大于或等于临界角时,才会发生全反射现象。
光密介质和光疏介质是相对的。例如,水折射率大于空气,所以相对于空气而言,水就是光密介质;而玻璃的折射率比水大,所以相对于玻璃而言, 水就是光疏介质。介质的折射率小越小,光在其中传播的速度越快。
光纤通信就是利用光的全反射原理。光导纤维在结构上有内芯和外套两种不同介质,光从内芯传播时遇到光纤弯曲处,会发生全反射现象,而保证光线不会泄漏到光纤外。
(1)由全反射的条件可知,当光从空气斜射到水中时 (选填“会”或“不会”)发生全反射现象;若光由水进入空气的临界角是48.5°,则入射光以60°的入射角从水射向空气时 (选填“会”或“不会”)发生全反射现象。
(2)光导纤维的外套相对于内芯介质来说是 (选填“光疏介质”或“光密介质”);外套的折射率 内芯介质(选填“大于”、“等于”或“小于”); 红光在光纤中传播的速度 (同上)紫光。
某小组选用了图甲中光源、水、水槽、可折转的光屏(带刻度)等器材,用于完成探究"光从空气射入水中时的折射规律"。
(1)使用可折转的光屏,是为了观察折射光线和入射光线是否 。
(2)光从空气射入水中,入射点为 点,不断改变入射角,读出刻度盘上对应的折射角,将实验结果画在图丙中,其中1和 、2和 和 分别表示各次入射光线和对应的折射光线的位置。由此可得出,光从空气斜射入水中时,折射角随入射角的增大而 ,且折射角 (选填"大于"、"等于""小于" 入射角;当光从空气垂直射入水中时,折射角等于 度。
如图所示,烧瓶内水沸腾后把烧瓶从火焰上拿开。水会停止沸腾。迅速塞上瓶塞,把烧瓶倒置并向瓶底浇冷水,会看到什么现象?为什么?
如图是静止在水平地面上的拉杆旅行箱的示意图, 是轮子的转轴, 是箱体的重心。以 为支点,画出力 的力臂和箱体所受重力的示意图。
如图所示的是一条经水面反射后的光线,在图中画出其入射光线的准确方向及对应的折射光线的大致方向。
物理知识的应用无处不在,如图所示,甲乙两地相距 千米,两地之间沿直线架设了两条输电线,输电线每千米的电阻是 欧,现输电导线某处发生了短路,为了尽快确定短路位置,及时修复供电,机智的检修员在甲地利用实验室常用的电学仪器,根据伏安法进行了检测,并根据检测数据确定了短路位置距甲地的距离 。
(1)请你在甲处的虚线框内把检测需要的仪器与两条输电线连接起来,组成检测电路。(所需仪器用元件符号表示)
(2)请根据所学过的电学知识,推导求出短路位置距甲地的距离 (用已知量、检测量表示,检测电路导线的电阻忽略不计)
推导过程:(检测量用字母表示,推导过程要有必要的文字说明)