有關全反射的三個“魔術”表演

張玉成

(滕州市第一中學 山東 滕州 277500)

全反射是一種有趣的光學現象，鉆石之所以璀璨奪目就是因為光在鉆石內經過多次全反射后達到了極佳的分光效果.本文介紹三個簡易有趣的科學魔術，教師若在課堂表演，可在搞笑逗趣中讓學生深刻了解全反射原理.

1 黑貓變白貓

如圖1所示，上課時教師將一張畫有一只可愛黑貓的卡片放在透明塑料袋中向學生展示.然后教師將透明塑料袋垂直放入水中.從水面向下看，黑貓竟然變成了白貓，如圖2所示.再將塑料袋從水中取出，白貓又變回了黑貓.其實透明塑料袋上畫了一只未著色的貓的框架.教師將畫有黑貓的卡片放入透明塑料袋中，塑料袋上的貓的框架與卡片上的黑貓重合，因此我們只看見黑貓.將塑料袋放入水中，光

圖1 圖2

由袋中空氣進入水中時產生折射.空氣的折射率為1，水的折射率為1.33，因此當光由塑料袋中空氣進入水中時光會向水平方向偏移，如圖3所示.如此光線抵達水面時入射角便會大于臨界角(49°)，產生全反射，無法穿透水面.所以從水面向下看，只看到塑料袋上未著色的貓的框架，看不到卡片上的黑貓，感覺黑貓變成了白貓.

圖3

2 硬幣隱身術

取一枚硬幣放在桌上，硬幣上疊放一只空玻璃燒杯，可以明顯看到杯底的硬幣，如圖4所示.然后往燒杯內注入清水，當從燒杯側面尋找位于杯底的那枚硬幣時，卻發現硬幣不見了.其實硬幣并沒有消失，是由于光的全反射而使硬幣變得不可見了. 如圖5所示來自硬幣的光線從光密媒質——水射入光疏媒質——空氣的分界面時，由于入射角大于臨界角，因此這部分光線就會被分界面全部反射.

圖4 圖5

3 讓光線拐彎的魔罐

已知光線是沿直線傳播的，那么光線能不能“拐彎”呢？下面的“魔術”表演能給你一個答案.如圖6所示.

圖6

實驗材料：易拉罐1個，水，小刀1把，手電筒.

操作步驟：先在易拉罐側壁的下端打個小孔，用手指摁住小孔向易拉罐里灌水.放開手指看到小孔向外噴出彎曲的水柱后，用手電筒從易拉罐口向里照.

奇怪！亮光隨著小孔里流出的水跑出來了，它居然彎曲向下走了，這就是“魔光”.“魔光”是如何產生的呢？表面上看，光好像走著彎路，實際上光是在彎曲的水流內表面上發生了多次的全反射.因為水是光密媒質，空氣是光疏媒質，當入射角大于臨界角時，就會發生全反射.光線經過多次全反射向前傳播，看上去也就是彎曲的了.此實驗又稱丁達爾實驗，是英國物理學家丁達爾1870年在皇家學會講光的全反射原理時所演示的.