大家見過光纖燈嗎(如圖1)?它不僅外觀美麗,而且蘊含著豐富的物理學(xué)知識。今天,讓我們一起通過實驗來探索光在光纖中的傳播吧!
1. 準(zhǔn)備材料:激光燈、透明的容器(如量筒、水杯等)、水,如圖2。
2. 打開激光燈,使光束以較小的角度射入水中,觀察光的傳播路徑,如圖3。
3.增大入射角,觀察光的傳播路徑,如圖4。
觀察圖3、圖4可以看出,當(dāng)入射角較小時,我們可以看到量筒右側(cè)空氣中的出射光。此時,只有部分光被反射回水中,大部分光經(jīng)折射再次回到空氣中。而當(dāng)入射角增大到一定程度后,我們在量筒兩側(cè)的空氣中就觀察不到從水中射入空氣中的折射光了,光則全部被反射回量筒內(nèi)的水中,并在量筒壁上發(fā)生多次反射,亮度變化也很小。這是為什么呢?
光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時,傳播方向發(fā)生偏折的現(xiàn)象叫作光的折射。當(dāng)光由光密介質(zhì)斜射入光疏介質(zhì)時(在此實驗中,水相對于空氣是光密介質(zhì)),折射角始終大于入射角,并且折射角會隨著入射角的增大而增大。那么,當(dāng)折射角增大到90°時,入射角繼續(xù)增大,會怎樣呢?這時就會出現(xiàn)奇妙的全反射現(xiàn)象!
光的全反射現(xiàn)象在生活和生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用。光纖通信就是其中之一,其優(yōu)點是容量大,衰減小,抗干擾性強。光纖是光導(dǎo)纖維的簡寫,是一種由玻璃或塑料制成的纖維,由纖芯、包層和涂覆層組成。如圖5所示,載有聲音、圖像以及各種數(shù)字信號的激光從光纖的一端斜射入纖維中后,會在纖芯和包層的分界面發(fā)生多次全反射,并向前傳播,從而不會使信號“溜”出光纖。
(作者單位:江蘇省徐州市開發(fā)區(qū)中學(xué))