有关全反射的三个“魔术”表演

张玉成

(滕州市第一中学 山东 滕州 277500)

全反射是一种有趣的光学现象，钻石之所以璀璨夺目就是因为光在钻石内经过多次全反射后达到了极佳的分光效果.本文介绍三个简易有趣的科学魔术，教师若在课堂表演，可在搞笑逗趣中让学生深刻了解全反射原理.

1 黑猫变白猫

如图1所示，上课时教师将一张画有一只可爱黑猫的卡片放在透明塑料袋中向学生展示.然后教师将透明塑料袋垂直放入水中.从水面向下看，黑猫竟然变成了白猫，如图2所示.再将塑料袋从水中取出，白猫又变回了黑猫.其实透明塑料袋上画了一只未着色的猫的框架.教师将画有黑猫的卡片放入透明塑料袋中，塑料袋上的猫的框架与卡片上的黑猫重合，因此我们只看见黑猫.将塑料袋放入水中，光

图1 图2

由袋中空气进入水中时产生折射.空气的折射率为1，水的折射率为1.33，因此当光由塑料袋中空气进入水中时光会向水平方向偏移，如图3所示.如此光线抵达水面时入射角便会大于临界角(49°)，产生全反射，无法穿透水面.所以从水面向下看，只看到塑料袋上未着色的猫的框架，看不到卡片上的黑猫，感觉黑猫变成了白猫.

图3

2 硬币隐身术

取一枚硬币放在桌上，硬币上叠放一只空玻璃烧杯，可以明显看到杯底的硬币，如图4所示.然后往烧杯内注入清水，当从烧杯侧面寻找位于杯底的那枚硬币时，却发现硬币不见了.其实硬币并没有消失，是由于光的全反射而使硬币变得不可见了. 如图5所示来自硬币的光线从光密媒质——水射入光疏媒质——空气的分界面时，由于入射角大于临界角，因此这部分光线就会被分界面全部反射.

图4 图5

3 让光线拐弯的魔罐

已知光线是沿直线传播的，那么光线能不能“拐弯”呢？下面的“魔术”表演能给你一个答案.如图6所示.

图6

实验材料：易拉罐1个，水，小刀1把，手电筒.

操作步骤：先在易拉罐侧壁的下端打个小孔，用手指摁住小孔向易拉罐里灌水.放开手指看到小孔向外喷出弯曲的水柱后，用手电筒从易拉罐口向里照.

奇怪！亮光随着小孔里流出的水跑出来了，它居然弯曲向下走了，这就是“魔光”.“魔光”是如何产生的呢？表面上看，光好像走着弯路，实际上光是在弯曲的水流内表面上发生了多次的全反射.因为水是光密媒质，空气是光疏媒质，当入射角大于临界角时，就会发生全反射.光线经过多次全反射向前传播，看上去也就是弯曲的了.此实验又称丁达尔实验，是英国物理学家丁达尔1870年在皇家学会讲光的全反射原理时所演示的.