为什么钻石看起来特别耀眼呢,是因为折射率大么?还是其他原因.

有很多很多切割面,一束光入射后在钻石内部遇到切面后发生反射,反射光线又再次到达其他切面继续反射……这多次反射又同时伴随着多次折射,如此这般无论在哪个方向,都能有比入射条数多得多的光线到达你眼中,于是钻石从各个角度看起来就都闪闪发光了

好像还会因为折射率大的关系会发生全反射,减少了能量散失

正确的理解应该是，任何折射率大于空气的透明物质，都会发生全反射。根据折射定律，可以推导出，能够产生全反射的光线临界入射角A，满足如下关系：sinA = v(n^2-1)，其中，n 就是透明物质的折射率。

就是说，只要光线入射角小于A，都能够在物质中发生全反射。因为钻石的折射率比玻璃大，所以，根据上式，钻石的临界全反射角就比玻璃大。这样，与玻璃相比，钻石中就会有更多的光线产生全反射。

其实要鉴别一颗钻石的真伪,只需以一个10倍放大镜作辅助就可作数个简单的观测

观察钻石的腰部,若是磨沙状腰围就最适合用此方法,钻石因为比任何冒仿品坚硬,因此不会像冒仿品般出现细条状的纹路,钻石的腰围乃呈颗粒状外观。

同样因为钻石比冒仿品坚硬,冒仿品的刻面稜线往往会比钻石的感觉圆钝,而钻石的刻面稜线必是锐利的。

基于钻石比冒仿品坚硬,冒仿品的刻面稜线常常出现磨损的情况。(

若钻石留有天然面,天然面上有机会发现到钻石独有的『三角形生长纹』。(

若钻石出现崩断口,外观通常皆为阶梯状,而冒仿品则会截然不同地呈弯弧或贝壳状

1 比重测试法：

市面上有一种测量宝石比重的比重液;我们可以用332的比重液拿来测试真假钻石。天然钻石的比重为352,所有天然钻石置于比重水中都会下沉,所以凡是浮在比重水上的宝石,都可肯定它不是钻石。

2 穿透观察法：

钻石具有高折光率,而折光率越高的钻石,光线反射力也越强,相对的透视度较低。可准备一张画有直线的纸张,将要测定的两颗不知名的钻石,正面朝下,压盖在直线上,由该钻石的背部直接以肉眼看下去,如能看到压在钻石下的直线,就肯定不是天然钻石。

3 亲油性法：

钻石对油脂有一种「吸油性」,仿冒钻石则无此特性。将钻石在脸上沾些微量的油脂,用拇指磨擦该钻石,拇指会感到一种胶黏性,不易滑动,而仿冒钻石则会让拇指有滑溜的感觉。

4 呵气试验：

天然钻石传热能力佳,热气散得快。将要测试的钻石靠近嘴巴,轻轻呵气,使被测试的钻石蒙上一层轻雾,此时立即注视该钻石雾气挥发的情形,如为天然钻石,雾气将立即散去,反之雾气会在仿冒钻石上维持一阵子, 才会散去。

5 度量与重量：

1克拉的天然钻石,直径尺寸约为650公厘(065公分),大多数的仿冒钻石在相同1克拉的重量下,其直径尺寸与天然钻石总有颇大的差距。

直观鉴别

透视试验 ——将具有圆钻型切工的宝石擦净，台面朝下，放在一张画有一条线的白纸上，透过宝石观察纸上的线可初步判断宝石是否为钻石。若为标准圆钻型切工的钻石，透过钻石看不到纸上的线(人造钛酸锶、合成金红石同钻石相似没有透视效应)。而绝大部分仿制品由于折射率不同，都有足够的光线漏出亭部刻面，透视观察可以看到纸上的线的一部分。

亮度强弱估测 ——宝石冠部的外反射和经内部全反射折射出光量的能力，称为亮度。将钻石及其仿制品放置于同一光源的同一环境下台面朝上观察，切工精细的标准圆钻型钻石，几乎所有从冠部进入的光线都从冠部反射出来，显示出极强的亮度。而仿制品其折射率和切工均同钻石存在差异，从冠部进入的光线会不同程度地从亭部漏掉，从而使亮度降低。

油性试验 ——用一支油基墨水的特制笔或圆珠笔，在钻石的台面划一条线，则会留下一条不间断直线。而其他的仿制品不具有亲油性，在划线处留下断续的点线。

水滴试验 ——将钻石及仿制品的台面擦干净，各滴一小滴水珠，观察水珠保持的时间和轮廓。在钻石上水珠将很长时间保持球形，而仿制品上的水滴则会在相对短的时间内散开。

哈气试验 ——将待测样品和己知钻石样品一同放在玻璃上，对着它们哈气，观察雾气消失情况。钻石上的雾气很快消失，而仿制品上的雾气要消失的慢。

感觉试验 ——在室温下用舌尖接触钻石及其仿制品时，钻石比仿制品要凉得多。

仪器鉴别

放大检测 ——在放大镜或宝石显微镜下观察。

(一)钻石除极高品质外，一般都含有少量微细矿物包裹体。常见的包裹体有：黑色的石墨、棕色的尖晶石、红色的铬尖晶石、镁铝榴石、无色的撖榄石等30多种。

(二)由于钻石的稀少和珍贵及高硬度，对钻石的切磨是相当讲究的，钻石的切割比例、冠部、亭部角度、都是经过计算得出的。钻石的台面及小刻面是平直的，没有屈曲的现象。棱、角是笔直而锐利的，三条或三条以上的棱严格地交于一点，而仿制品由于硬度低，切工差，棱和角往往是圆滑的。

(三)钻石极高的硬度使它很不易被磨损，即使磨损也局限在个别小刻面的'棱和角。而仿制品由于硬度低，小面棱被磨损后往往比较毛糙。

热导仪测试 ——热导仪可以快速、简便、准确地将钻石及其仿制品区分开，尤其是对于镶嵌钻石首饰的鉴别意义更大。不同的物质对热的传导性不同，钻石的导热性是宝石中最好的(导热率为 1000~2600W/m℃)。将热导仪的探笔头部接触样品，接通电源，依据热电偶上热量传出的速度，由发光二极管显示发亮的数目或液晶屏显示的文字，即可知道钻石的真伪。

反射仪测试 ——反射仪与热导仪的优缺点正好互补，即热导仪上易混淆的宝石可以在反射仪上明显区分，而反射仪上特征相似的宝石则可通过热导仪明显区分。

X射线荧光仪测试 ——X射线在宝石鉴定中的应用相当重要。 X射线属于高能射线，会造成宝石晶格损伤，改变宝石颜色，一般情况下不采用这种鉴定方法。

电子天平或其他衡器 ——用电子天平或其他衡器测试裸钻及仿制品的密度是区分它们十分有效而简易的方法。钻石的密度(3529克/每立方厘米)与绝大多数的仿制品的密度相差较大，仅天然黄玉的密度(356克/每立方厘米)同钻石相似。

1．光疏介质和光密介质

光疏介质：两种介质中折射率较小的介质叫做光疏介质。

光密介质：两种介质中折射率较大的介质叫做光密介质。

很显然，这是一个通过相互比较得出的概念，所以没有绝对的光疏介质和绝对的光密介质。

示例：水和空气比较；水和金刚石比较…

提问1：光线从光疏介质传播到光密介质比较，传播速度会怎样变化？

学生： v疏＞v密

提问2：光线从光疏介质传播到光密介质比较，传播方向有什么规律？

学生： 折射角小于入射角。（反之，折射角大于入射角。）

提问3：光密介质的密度是不是一定比光疏介质大？

学生：查“几种介质的折射率”表格，再做结论。

很显然，光疏和光密是相对光的传播而言，而与物质的密度没有必然联系。

过渡：刚才我们已经总结过了，光线从光密介质传播到光疏介质时，折射角总是大于入射角的，而当入射角增大时，反射角也会同时增大，这时，哪一个角先趋近90°呢？

学生：折射角。

趋近90°后，折射光线又怎样传播呢？

下面看实验演示——

演示：光的全反射实验

提请学生观察：a．反射光和折射光的强度变化；b．折射光的方向变化

提问：在强度方面，斯涅尔的研究是不是得到重现？

学生：是的。

启发：入射角增大到一定的角度后，折射光还存不存在？

2．全反射：：当光从光密介质进入光疏介质时，折射角大于入射角。当入射角增大到某一角度时，折射角等于900，此时，折射光完全消失，入射光全部反回原来的介质中，这种现象叫做全反射。

全反射的物理意义：折射光的能量为零，入射光的能量全部等于反射光。

全反射的数学意义：我们看一种简单的全反射情形——某介质（折射率为n）到真空（或空气）。为了应用已经学过的折射定律，我们先假设它的可逆光路（参看图1）……然后，不难得出

参照=，即sinθ2 = nsinθ1 ，显然，当θ1足够大时，会出现sinθ2＞1，θ2无解。

很显然，θ2有解和无解的临界情形是θ2 = 90°，此时θ1 = arcsin

3．临界角：为了显示这个角的特殊意义，我们给它一个特定的字母C ，并将它称为临界角。

即 C = arcsin

有了临界角C ，我们就不难总结出全反射的条件——

当入射角i≥C时，发生全反射形象，若入射角i＜C时，则不发生全反射，既有反射又有折射形象。

那么，临界角的物理意义又是什么呢？当光线以相同的入射角从不同的介质射入真空（或空气），临界角大的介质容易发生全反射还是临界角小的介质容易发生全反射？

学生：临界角小的。

那么，请同学们查一查“几种介质的折射率”表格，当光线从这些介质中射入真空（或空气），最容易发生全反射的介质是什么？

学生：金刚石。

事实上，钻石的璀璨、神秘的光芒正是由于光线在其中发生多次全反射的结果。此外，玻璃中的气泡显得特别明亮、露珠显得幽暗，这些都是全反射造成的。

过渡：人们研究全反射，除了解释一些物理现象外，还有什么别的价值吗？

二 光导纤维

光导纤维简称光纤，我们常听到的“光纤通信”就是利用的光线在光纤中的全反射原理。光线在光纤中是怎样发生全反射的呢？我们先看一个实验——

演示：光线在“模拟光纤”中的全反射。

提请学生观察：a．玻璃棒周围有没有光线射出；b．从玻璃棒末端射出的光强度和没有插玻璃棒时，光线从小孔射出时的强度。

总结：玻璃棒的侧面几乎没有光线射出；玻璃棒几乎“导出”的小空中所有光的能量。

形成这一现象的原因是什么呢？

师生共同作图分析…见图2。

启发：如果让这根玻璃棒继续弯曲下去——成为很多圈，以上的这种性质会改变吗？

学生：不会。

思考启发：如果将玻璃棒的弯曲程度加大，以上的这种性质会改变吗？

学生：会（在图2中的2处和4处可能不满足全反射的条件…）。

但是，在弯曲程度加大的前提下，同时将玻璃棒做的很细，以上的状况会有所改善吗？

学生：交流、作图…得出结论（会）。

我们都知道玻璃本来是非常坚硬的，但是有一种特制的玻璃丝，却可以做的非常柔软、非常细。现在，我们将这样的多根玻璃纤维捆绑成一束，然后，将首端的光照情况遵循某种规律，如图3，则在纤维束的末端，会出现什么情况？

学生：呈现首端一样的规律。

同学们，这就是光导纤维传递信息的基本原理。

在传递信息的手段中，我们已经学过了机械传送、机械波传递、有限电流传递、无线电波传输等等。现在又出现一个光线传输，光纤传输有什么样的特点呢？

1．一维传输。能流密度不变；

2．作为电磁波，波段特别，抗干扰性强；

光导纤维应用的领域：医疗、通信…

学生：光导纤维的前沿知识阅读…

〖例题〗在水中的鱼看来，水面上和岸上的所有景物，都出现在顶角约为976°的倒立锥面里（如图4所示），为什么？

分析：本题是一个全反射的逆向应用。根据水的折射率，不难求出光线从水射入空气的临界角，而这个临界光路的可逆光路事实上函盖了水面上所有可能入射到水中的光线，所以…

解：水的临界角 C = arcsin= arcsin= 488°

当光线以90°的最大入射角射入水中时，折射角为C ，故所有射入水中的光线的折射角均小于C ，根据空间旋转对称，水面上所有的景物都落在顶角为2C = 976°的锥面内。

三 小结

本节课，我们学习了光的全反射现象及其规律。从物理的角度看，它是能量分配规律形成必然结果，从数学角度看，它是一般的折射定律在特定情形下“无解”的必然。要发生全反射，要满足两个条件：①从光密介质射入光疏介质，②入射角大于或等于临界角。