光折射:光的折射的成因

1.光的折射的成因

光波的折射原因光，也是一种波，光波折射的原因可以用著名的唯象理论惠更斯原理解释。传播介质的改变是导致波发生折射的重要原因（具体原因详见词条最后“光波折射的机理”）。如右图，一列平行光波由介质1射向介质2，a，b是这列光波的两条波线（光线），由于未经过介质2前，a，b两波线波速、频率等完全一样，由于与临界面成一定角度，所以当波线a到达临界面上的A点时，波线b刚刚传到B点（图中虚线AB⊥波线b）。当然波线a传到临界面后不会停止传播，它会在A点形成一个子波源，分别向介质1和介质2以圆周式向四周发射波，其波速不变，依然和之前的波线a与波线b的波速等相等，只是以圆周形式向四周发射波。我们假设光波在介质1中的传播速度大于在介质2中的传播速度。若波线b由B点传播到临界面上的B’点所用时间为t，则在t时间内，由于同位于介质1，波速不变，子波源A向介质1中传播的波前与A的距离（即在介质1中的半圆A的半径）就是波线b由B点传到B’的距离（即BB’的长度），形成波的反射。而子波源A向介质2中传播的波前与A的距离（即在介质2中的半圆A的半径）却小于BB’ ，因为波在介质2中的传播速度小于在介质1中的传播速度，相同时间t 内，速度v>v‘，所以路程S>S’，形成波的折射。波线b到达临界面上的B’后，也将会以子波源的形式向四周发射波，所以B’传播的波前可以看作就是B’这个点。根据惠更斯原理，连接B’的波前（即点B’）与A在介质1和介质2中传播的波前（即过B’分别作两个半圆的切线B’M和B’N，切点分别为M，N，图中所示绿色直线）则切线B’M和B’N就是波前的包络面（即折射和反射后所形成的新的波前），所形成两条的新的波线总是垂直于包络面，即AM⊥B’M，AN⊥B’N。则射线AN就是光线a的折射光线，射线AM就是光线a的反射光线。证明：入射角∠4>折射角∠3，即证明AN就是折射光线解：利用平面几何证明即可。在光的反射中已经证明∠BAB’=∠MB’A（由于AM=BB’，所以Rt△BAB’=Rt△MB’A，HL），且∠4=∠BAB’。根据大边对大角，AM>AN，且AB’=AB’，所以∠AB’N<∠MB’A，所以∠4=∠MB’A>∠3=∠AB’N。即入射角∠4>折射角∠3，AN就是折射光线，AM就是反射光线AM。证明：入射角的正弦值与折射角的正弦值的比等于光在两种介质中的速度比：sin∠4/sin∠3=v/v‘再看右图，入射角∠4=∠MB’A，∠3=∠AB’N。所以sin∠MB’A=AM/AB’，sin∠AB’N=AN/AM，所以sin∠MB’A：sin∠AB’N=sin∠4/sin∠3=AM/AN=vt/（v‘t）=v/v’即sin∠4/sin∠3=v/v’因为同一种波进入不同介质，频率f不变，故根据v=λf，有v/v‘=λf/（λ’f）=λ/λ‘光折射的新理论光和物质间的相互作用力使光的运动方向发生改变即折射。近代物理学指出，我们平时所说的光是一种没有静质量、体积非常小、运动速度比较高的物质。光和其它物质有相同的性质。1. 光在宏观领域的折射：在宇宙中，光经过天体附近区域时，光和天体间的相互引力作用使光运动路线向天体方向较显著弯曲（折射）。2．光在微观领域的折射：如图一所示：该图是光折射实况缩小了约10倍图，光在介质内外各有一秒钟的行程，绿色长方体示绝对折射率n=1.5的透明介质，黑线L示法线，红线示光由A点以90度入射角射至点O，经O点折射至B，蓝线示光的余速度V余，黄线Vs示光在介质中平行于界面的速度，Vh示光垂直于界面的速度。光在O点附近和介质间有两种较明显的相互作用力效应。2.1．其中一种相互作用力是“动斥力”作用：无论光以何种角度射入介质都会和介质发生同样大小的“动斥力”相互作用（都须要做同样大小的入射功）,光射入介质后速度都要降低。由图看出光进入介质后平行于界面的速度仅剩下V余=c/n。光进入介质与磁体进入闭合的电磁线圈的过程相似，它们都要和对方发生“动斥力”相互作用，都要做入射功，都要降低入射速度。2.2．光在O点和介质的另一种相互作用力是光和界面间的相互引力：如图二所示：该图是约放大10倍的示意图，OC线距离界面设为h=10m。光原来没有垂直于界面的运动速度，光在介质中垂直于界面的速度Vh是由它们间的相互引力作用产生的。3. 用“光和物质间相互作用力理论”计算光折射的方法比用“光折射定律”计算更快捷。以图三为例，图三是光折射实况缩小约10倍示意图，光在介质内外各有一秒钟的射程，设：光以入射角a=60°射入折射率n=1.5的介质，求光在介质中平行于界面和垂直于界面的速度各是多少？3.1设光在介质中平行于界面的速度为Vs，无须求折射角即可直接求出该值，因为Vs= V余sina=csina/n=sin601.333×10m/sVs =1.155×10m/s。3.2设光在介质中垂直于界面的速度为Vh:Vh=（V- Vs）=1.633×10m/s4. “用光和物质间相互作用力理论”计算光在介质中垂直于界面速度的另一种求法更精确：如图四所示，4.1.求V余垂直于界面的分矢量Vh1Vh1=V余cosa =0.66667×10m/s4.2.求引力作用产生的速度Vh2由引力公式得出光和介质间的平均引力加速度A，A=c(n-1)/2hn=1.111×10m/s由作用距离得平均引力加速度作用的时间T，设H=10mH= Vh1T+AT∫dT解得T=0.8696938455×10sVh2=AT=0.966326495×10m/s4.3.最后求出光垂直于界面的总速度Vh= Vh1+ Vh2=1.63299316167×10m/s通过以上运算我们看到:用“光和物质间相互作用力理论”，计算光折射的数据比用“光的折射定律”计算的更准确。不论在宏观领域观测或是在微观领域观察;不论是在光现象中或是理论计算，均可看出光和物质间的相互作用力是光折射的主要因素。然而，“光和物质间相互作用力理论”的提出要归功于近代物理学广义相对论的深入研究。

2.日常生活中常见的光的折射现象？

鱼离水面的实际位置比你肉眼的看到的距离远。2 、将阳光射过棱镜，会看到红橙黄绿蓝靛紫不同种颜色依次排列。把光束型手电筒打开，让光从水杯的水面上照射进杯子里，5、用一束光从三菱镜的一侧穿过去，不是照射出去的那束光原来的样子，说明光在这个照射过程中发生了折射。光折射的定律：1、折射光线和入射光线分居法线两侧。2、折射光线、入射光线、法线在同一平面内。折射角(折射率大的一方)小于入射角（折射率小的一方）（不能反着说）。

3.光的折射在生活中的应用

是一种因为光的折射和全反射而形成的自然现象，是地球上物体反射的光经大气折射而形成的虚像。其本质是一种光学现象。海市蜃楼的出现与地理位置、地球物理条件以及那些地方在特定时间的气象特点有密切联系。其特点是同一地点重复出现和出现的时间一致。阳光照射在还残余在空气中的水珠发生折射，散射出七彩的光芒。彩虹形状多为弧形，出现在和太阳相对着的方向，从外（半径大的）弧至内弧的颜色依次为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。霓是大气中有时和虹出现的一种光的现象，副虹”3、光通讯光通讯是人类最早应用的通讯方式之一。但由于受到视距﹑大气衰减﹑地形阻挡等诸多因素的限制。英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理，然后用灯从桶上边把水照亮，放光的水从水桶的小孔里流了出来，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了，是由于悬浮在大气中的冰晶把太阳光或月光折射或反射而形成的光学现象，当光线射入卷层云中的冰晶后。经过两次折射，分散成不同方向的各色光，有卷层云时。天空中会飘浮着无数冰晶，在太阳周围同一圈上的冰晶，都能将同一种颜色的光折射到我们的眼睛里形成内红外紫的晕环，5、凸透镜凸透镜是根据光的折射原理制成的。

4.什么是光的折射

光波的折射原因光，光波折射的原因可以用著名的唯象理论惠更斯原理解释。传播介质的改变是导致波发生折射的重要原因（具体原因详见词条最后“光波折射的机理”一列平行光波由介质1射向介质2，b是这列光波的两条波线（光线），b两波线波速、频率等完全一样，所以当波线a到达临界面上的A点时，波线b刚刚传到B点（图中虚线AB⊥波线b）。它会在A点形成一个子波源，分别向介质1和介质2以圆周式向四周发射波，依然和之前的波线a与波线b的波速等相等，只是以圆周形式向四周发射波。我们假设光波在介质1中的传播速度大于在介质2中的传播速度。若波线b由B点传播到临界面上的B’点所用时间为t，波速不变，子波源A向介质1中传播的波前与A的距离（即在介质1中的半圆A的半径）就是波线b由B点传到B’的距离（即BB’的长度），形成波的反射。而子波源A向介质2中传播的波前与A的距离（即在介质2中的半圆A的半径）却小于BB’，因为波在介质2中的传播速度小于在介质1中的传播速度，形成波的折射。波线b到达临界面上的B’后，也将会以子波源的形式向四周发射波，所以B’传播的波前可以看作就是B’这个点。连接B’的波前（即点B’）与A在介质1和介质2中传播的波前（即过B’分别作两个半圆的切线B’M和B’N，切点分别为M，图中所示绿色直线）则切线B’M和B’N就是波前的包络面（即折射和反射后所形成的新的波前），所形成两条的新的波线总是垂直于包络面，即AM⊥B’M，AN⊥B’N。则射线AN就是光线a的折射光线，射线AM就是光线a的反射光线。即证明AN就是折射光线解：利用平面几何证明即可。在光的反射中已经证明∠BAB’=∠MB’A（由于AM=BB’，所以Rt△BAB’=Rt△MB’A，且∠4=∠BAB’。所以∠AB’N<即入射角∠4>折射角∠3，AN就是折射光线，AM就是反射光线AM。入射角的正弦值与折射角的正弦值的比等于光在两种介质中的速度比：sin∠4/sin∠3=v/v‘再看右图，入射角∠4=∠MB’A，∠3=∠AB’N。所以sin∠MB’A=AM/AB’，sin∠AB’N=AN/AM，所以sin∠MB’A：sin∠AB’N=sin∠4/sin∠3=AM/AN=vt/（v‘t）=v/v’即sin∠4/sin∠3=v/v’因为同一种波进入不同介质，频率f不变，故根据v=λf，有v/v‘=λf/（λ’f）=λ/λ‘光折射的新理论光和物质间的相互作用力使光的运动方向发生改变即折射。我们平时所说的光是一种没有静质量、体积非常小、运动速度比较高的物质。光和其它物质有相同的性质。光经过天体附近区域时，光和天体间的相互引力作用使光运动路线向天体方向较显著弯曲（折射）。该图是光折射实况缩小了约10倍图，光在介质内外各有一秒钟的行程。3.2设光在介质中垂直于界面的速度为Vh:用光和物质间相互作用力理论”计算光在介质中垂直于界面速度的另一种求法更精确：4.1.求V余垂直于界面的分矢量Vh1Vh1=V余cosa =0.66667×10m/s4.2.求引力作用产生的速度Vh2由引力公式得出光和介质间的平均引力加速度A，A=c(n-1)/2hn=1.111×10m/s由作用距离得平均引力加速度作用的时间T，设H=10mH= Vh1T+AT∫dT解得T=0.8696938455×10sVh2=AT=0.966326495×10m/s4.3.最后求出光垂直于界面的总速度Vh= Vh1+ Vh2=1.63299316167×10m/s通过以上运算我们看到:计算光折射的数据比用，光的折射定律“计算的更准确”

5.请哪位高人指点一下，光的折射的本质原因是什么？

光从一种介质中进入到另一种介质中，改变原来的传播方向，这种现象是光的折射现象。其发生折射的本质原因是：在不同的介质中传播的时候，由于介质组成的粒子不同。

6.太阳光折射

其实太阳光已经折射了，我们看到太阳的位置比太阳的实际位置要高一些。

7.什么叫光的折射？

光在同一种物质中是沿直线传播的。光如果从两种密度不同的物质中通过，光的传播方向就会发生改变，这种现象叫做光的折射。光从空气进到水里，因为水的密度比空气大，在水和空气分界面发生折射。筷子在水中的部分和在空气中的部分形成了一定的角度，我们看到筷子像折了一样。这种现象是因为光的折射造成的。往一个干净的玻璃杯或瓶子里倒满水。