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全反射

## 全反射

对于折射率不同的两种介质, 我们把折射率较小的称为光疏介质 (optically thinner medium), 折射率较大的称为光密介质 (optically denser medium)。光疏介质与光密介质是相对的, 例如水、水晶和金刚石三种物质相比较, 水晶对水来说是光密介质, 对金刚石来说则是光疏介质。根据折射定律, 光由光疏介质射入光密介质 (例如由空气射入水)时, 折射角小于入射角; 光由光密介质射入光疏介质 (例如由水射人空气 ) 时, 折射角大于入射角。

光由光密介质进人光疏介质时, 如果人射角不断增大,使折射角增大到 $90^{\circ}$ 时, 会出现什么现象?

如图 4.2-1，让光沿着半圆形玻璃砖的半径射到它的平直的边上，在这个边与空气的界面上会发生反射和折射。逐渐增大入射角，观察反射光线和折射光线的变化。

![图片](/uploads/2024-01/image_20240108739a294.png)

当光从光密介质射人光疏介质时, 同时发生折射和反射。如果人射角逐渐增大, 折射光离法线会越来越远, 而且越来越弱, 反射光却越来越强。当人射角增大到某一角度, 使折射角达到 $90^{\circ}$ 时, 折射光完全消失, 只剩下反射光, 这种现象叫作全反射 (total reflection), 这时的人射角叫作临界角 ( critical angle)。

当光从光密介质射人光疏介质时, 如果人射角等于或大于临界角, 就会发生全反射现象。
![图片](/uploads/2024-01/image_20240108bf02fbc.png)

光从介质射人空气 (真空) 时, 发生全反射的临界角 $C$ 与介质的折射率 $n$ 的关系是

$$
\sin C=\frac{1}{n}
$$

从这个关系式可以看出, 介质的折射率越大, 发生全反射的临界角越小。水的临界角为 $48.8^{\circ}$, 各种玻璃的临界角为 $32^{\circ} \sim 42^{\circ}$, 金刚石的临界角为 $24.4^{\circ}$ 。

科研和技术中常常通过测量临界角来测定材料的折射率。

全反射是自然界中常见的现象。例如, 水中或玻璃中的气泡, 看起来特别明亮, 就是因为光从水或玻璃射向气泡时, 一部分光在界面上发生了全反射的缘故。

## 临界角
光从光密介质射入光疏介质，当折射角达到 $90^{\circ}$ 时，折射光完全消

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