光射到界面上不是“非折即反”，是把能量分成两份。这个工作台让学生自由更换上下两种介质，一边调角度，一边看两条光线的深浅变化，直到某个角度，折射光干脆消失了。
实验目的
这一页的目标很具体：
- 会读入射角与折射角，并用量角器核对；
- 理解折射和反射同时发生，能量按比例分配；
- 说出全反射的两个条件和临界角的含义；
- 判断哪种介质组合、多大角度会发生全反射。
光从空气射入水：入射角 45° → 折射角 32°。
如何操作
- 拖动橙色圆点或滑块改变入射角。橙＝入射光，红＝折射光，灰＝反射光，线条越深表示分到的能量越多。
- 点“显示量角器”，把角度读数与刻度对上，练习读角。
- 保持“上方＝空气、下方＝水”，把入射角从 0° 加到 85°，注意折射比例慢慢下降、反射比例上升。
- 把上方换成玻璃、下方换成空气（光从密介质射向疏介质），再逐步增大入射角，直到折射光消失。这就是全反射，记下发生的大致角度。
- 把下方换成钻石再试：钻石折射率最大，从钻石射向空气时临界角只有约 24°。
实验现象
预期现象逐条列出，方便课堂核对：
- 空气→水、入射角 45°：折射角约 32°，约 85% 的能量折射进水里，约 15% 被反射。
- 入射角越大，反射越强、折射越弱；接近 90° 掠射时几乎全部被反射，所以傍晚的湖面像一面镜子。
- 玻璃→空气：入射角超过约 42° 时折射光完全消失，光全部返回玻璃内部。
- 空气→玻璃：无论入射角多大都不会发生全反射，总有折射光射出。
实验原理
光射到两种介质的分界面时，一部分反射回原介质，一部分折射进入另一介质，能量按一定比例分配。初中只需掌握定性规律：入射角越大，反射越强。
反射定律：反射角等于入射角，反射光线与入射光线分居法线两侧，三线共面。
折射定律：n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂。当光从光密介质（n₁ 大）射向光疏介质（n₂ 小）时，折射角大于入射角。
入射角增大到某个值时，折射角达到 90°，折射光沿界面消失，此后全部光被反射回原介质。这就是全反射。这个入射角叫临界角 C，满足 sinC = n₂/n₁。
全反射的两个条件缺一不可：①光从光密介质射向光疏介质；②入射角大于或等于临界角。常见数值：玻璃→空气 C ≈ 41.8°，水→空气 C ≈ 48.8°，钻石→空气 C ≈ 24.4°。
钻石的临界角很小，射进去的光要经过多次全反射才能出来，再加上色散，看起来才格外闪亮。
常见误区
- “全反射时还有一点光透出去” —— 理想界面上折射能量为零，光全部返回。
- “临界角是折射角” —— 临界角是让折射角刚好达到 90° 的那个入射角。
- “镜子才能反射光” —— 任何界面都会反射一部分光，玻璃、水面、甚至空气密度突变处都会。
应用与延伸
- 光纤通信：光在纤芯里不断全反射前进，几乎不漏出去，所以能长距离低损耗传输。
- 医用内窥镜、自行车尾灯的反光片、潜望镜和望远镜里的全反射棱镜。
- 海市蜃楼、沙漠里的“水面”是空气分层造成的折射加全反射。
反射掉多少能量
模拟里用线条深浅表示能量比例，具体数值可以算出来。光从空气射向水面时，被反射回去的能量占比随入射角变化如下：
| 入射角 | 反射占比 | 折射占比 |
|---|---|---|
| 0°（垂直入射） | 2.0% | 98.0% |
| 30° | 2.1% | 97.9% |
| 45° | 2.8% | 97.2% |
| 60° | 5.9% | 94.1% |
| 75° | 21% | 79% |
| 85° | 58% | 42% |
| 89° | 90% | 10% |
前三行几乎没变化，这说明站在泳池边低头看，绝大多数光都进了水里，水面不怎么反光；到了傍晚斜着看湖面，入射角接近 90°，九成的光被反射回来，湖面才像镜子。
反过来从玻璃射向空气的情形更有意思：垂直入射时反射 4%，这就是白天透过窗户能看到外面、夜里室内亮室外暗时窗玻璃像镜子的原因，那 4% 的反射光在暗背景下变得显眼了。入射角到 40° 时反射占比升到约 25%，到 41.8°（临界角）附近急剧升到接近 100%，这和模拟里折射光“突然消失”的体验是一致的。
课堂上怎么用这个模拟
先保持空气在上、水在下，让学生一边加大入射角一边看两条光线的深浅，说出“反射在变强”。然后把上下介质对调，再加大角度，让学生自己发现折射光消失的那一刻，并记下角度。最后换成钻石在上，比较临界角有多小，引出“钻石为什么闪”。量角器按钮留给想核对读数的学生。
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