IB真题：物理HL&SL试题精讲

　　IB物理考试中还会问到有关科学的本质（Nature of Science），比如科学历史发展的本质等问题，很多同学不知道该如何应对这类题目。其实这类问题在考生间起不了太大的区分作用，所以大家可以把它放在最后答，把与题目相关的主题内容或者基本信息都写上，尽力去踩得分点。

　　试题分析

　　很明显，这一道题考查的是全内反射(total internal reflection)或完全反射(complete reflection)。这道题我画了一张这样的图，就很好理解了。

　　为了方便讲解，我将每一束光线分别命名为光线1、2、3、4，将入射角命名为i1和i2，折射角命名为r1和r2。根据题中已知的光路（光线1、2），因为i1>r1，我们可以得出玻璃内的折射率(refractive index)比玻璃外的折射率大，所以当我做一条光折射后的光线4时，r2>i2。

　　我们知道，当光从介质1传播到介质2时，入射的光会同时产生反射(reflection)与折射(refraction)。当光线从折射率(refractive index)较大的介质1（例如水或玻璃）的周围表面返回到折射率较小的介质2（例如空气）中，如果入射角大于某个限制角，称为临界 角(critical angle)，则会出现全内反射(total internal reflection)。

　　全内反射只发生在光线从折射率大的介质传播到折射率小的介质。这是因为，发生全内反射时，折射角大于等于90度，而入射角和与之大小相同的反射角都是小于90度的。IB Physics formula booklet中的公式也可以应证这一道理。　

　　(Copy right: IB)

　　n1sinθ1=n2sinθ2

　　左右两式相等的情况下，n(refractive index)大的介质，角θ就可以小。空气的n是1，水的n是1.3，玻璃的n是1.5。不过只需要记住空气的折射率是1就可以了。

　　了解完所要掌握的背景知识后，我们再来看这道题。怎样能使光线入射后完全在板内传播？换句话说，就是怎样的改变，可以发生全内反射，也就是使光线4处于水平的状态，使折射角r2为90度。

　　所以，要想r2增大至90度，i2就要增大，与i2互余的r1就要减小。r1减小后，i1也要减小，与i1互余的θ就要增大。所以，θ是increase，我们可以排除B、D两个选项。

　　再根据上图变形后的公式，n1sinθ1=n2sinθ2，n1是空气的折射率，θ1是入射角i1，n2是玻璃的折射率，θ2是反射角r1。要想全内反射发生，我们刚刚推导过r1需要减小。那么在保持左右两式相等的条件下，θ2减小，n2就要增大，也就是n是increase。我们由此选出了正确答案A。

　　考点总结

　　这一题考察了对total internal reflection以及Snell's Law的熟悉掌握。

　　难点

　　1. 光的折射与反射其实不难，但是粗心大意就容易找错角。要记住，光线与法线的夹角形成入射角／反射角／折射角，光线与界面形成的夹角什么也不是！（例如本题中的θ就不是入射角）

　　2. 本题中的光穿过界面两次，但是两个界面不像棱镜(prism)的界面那样是平行的，所以入射角不相等（i1≠i2），折射角也不相等（r1≠r2），光线1与光线4不是平行的。

　　3. 我一看到这种增大减小的问题脑袋就晕，容易转不过来，得静下心来仔细想，写写画画，才能选出正确答案。

　　4. 英语不太好的我，读了好几遍题干才分清哪里是玻璃内，哪里是玻璃外……　　

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