光折射 光折射的原理

一、光折射的原理

光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变，从而使光线在不同介质的交界处发生偏折。

1、折射光线位于入射光线和界面法线所决定的平面内。

2、折射线和入射线分别在法线的两侧。

3、入射角i的正弦和折射角i′的正弦的比值，对折射率一定的两种媒质来说是一个常数。

浅显的说，就是光从光速大的介质进入光速小的介质中时，折射角小于入射角；从光速小的介质进入光速大的介质中时，折射角大于入射角。

此定律是几何光学的基本实验定律。它适用于均匀的各向同性的媒质。用来控制光路和用来成像的各种光学仪器，其光路结构原理主要是根据光的折射和反射定律。此定律也可根据光的波动概念导出，所以它也可应用于无线电波和声波等的折射现象。上述光的折射定律只适用于由各向同性介质构成的静止界面。

1、折射光线和入射光线分居法线两侧（法线居中，与界面垂直）

2、折射光线、入射光线、法线在同一平面内。（三线两点一面）

3、折射角的正弦与入射角的正弦之比为常数（折射定律）。当光线从空气斜射入其它介质时，折射角小于入射角。

4、当光线从其他介质斜射入空气时，折射角大于入射角。（以上两条总结为：谁快谁大。即为光线在哪种物质中传播的速度快，那么不管那是折射角还是入射角都是较大的'角，在真空中的角度总是最大的）

5、在相同的条件下，折射角随入射角的增大（减小）而增大（减小）

6、折射光线与法线的夹角，叫折射角。

7、光从空气斜射入水中或其他介质时(真空除外，因为在真空中光不能发生偏折），折射光线向法线方向偏折，折射角小于入射角。

8、光从空气垂直射入水中或其他介质时，传播方向不变。

二、光的折射是什么原因造成的

1、光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变，从而使光线在不同介质的交界处发生偏折。特性:光的折射与光的反射一样都是发生在两种介质的交界处，只是反射光返回原介质中，而折射光线则进入到另一种介质中。由于光在两种不同的物质里传播速度不同，故在两种介质的交界处传播方向发生变化，这就是光的折射。在折射现象中，光路是可逆的。

2、注意:在两种介质的分界处(不过有时没有)，不仅会发生折射，也发生反射，例如在水中，部分光线会反射回去，部分光线会进入水中。反射光线光速与入射光线相同，折射光线光速与入射光线不相同。

3、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。光的折射原理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")。

4、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。

5、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。

三、光的折射是怎么来的

光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变，从而使光线在不同介质的交界处发生偏折。

特性：光的折射与光的反射一样都是发生在两种介质的交界处，只是反射光返回原介质中，而折射光线则进入到另一种介质中。由于光在两种不同的物质里传播速度不同，故在两种介质的交界处传播方向发生变化，这就是光的折射。在折射现象中，光路是可逆的。

注意：在两种介质的分界处（不过有时没有），不仅会发生折射，也发生反射，例如在水中，部分光线会反射回去，部分光线会进入水中。反射光线光速与入射光线相同，折射光线光速与入射光线不相同。

1、折射光线和入射光线分居法线两侧（法线居中，与界面垂直）

2、折射光线、入射光线、法线在同一平面内。（三线两点一面）

3、当光线从空气斜射入其它介质时，角的性质：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）；（在真空中的角总是大的，其次是空气，注：不能在考试填空题中使用）

4、当光线从其他介质斜射入空气时，折射角大于入射角。（以上两条总结为：谁快谁大。即为光线在哪种物质中传播的速度快，那么不管那是折射角还是入射角都是较大的角，在真空中的角度总是最大的）

5、在相同的条件下，折射角随入射角的增大（减小）而增大（减小）

6、折射光线与法线的夹角，叫折射角。

7、光从空气斜射入水中或其他介质时(真空除外，因为在真空中光不能发生偏折），折射光线向法线方向偏折，折射角小于入射角。

8、光从空气垂直射入水中或其他介质时，传播方向不变。

四、光折射时波长发生什么变化

光从一种介质进入另外一种介质发生折射的时候，波长的改变不是因为折射，而是因为介质发生了变化。波，不管是光波还是机械波的频率都只和波源有关，和介质种类没有关系。而波长，则和介质种类和波源都有关。所以，如果光进入了不同的介质，波长会变，频率不会变。

折射率与介质的电磁性质密切相关。根据电磁理论，εr和μr分别为介质的相对电容率和相对磁导率。折射率还与波长有关，称色散现象。折射率数据是对某一特定波长而言的（通常是对钠黄光，波长为5893埃）。

气体折射率还与温度和压强有关。空气折射率对各种波长的光都非常接近于1，例如空气在20℃，760毫米汞高时的折射率为1.00027。在工程光学中常把空气折射率当作1，而其他介质的折射率就是对空气的相对折射率。

动量与波长的关系式p=h/λ推广到一切微观粒子上，指出：具有质量m和速度v的运动粒子也具有波动性，这种波的波长等于普朗克恒量h跟粒子动量mv的比，即λ= h/（mv）。这个关系式后来就叫做德布罗意公式。

量子力学认为自然界所有的粒子，如光子、电子或是原子，都能用一个微分方程，如薛定谔方程来描述。这个方程的解即为波函数，它描述了粒子的状态。

波函数具有叠加性，它们能够像波一样互相干涉。同时，波函数也被解释为描述粒子出现在特定位置的机率幅。这样，粒子性和波动性就统一在同一个解释中。

1、鱼儿在清澈的水里面游动，可以看得很清楚，然而，沿着看见鱼的方向去叉它，却叉不到，有经验的渔民都知道，只有瞄准鱼的下方才能把鱼叉到，鱼叉叉向的是鱼的虚像。而若使用激光枪射鱼，要瞄准所看到的像的下方。

因为光线在水中也会发生折射，从上面看水，玻璃等透明介质中的物体，会感到物体的位置比实际位置高一些，这是光的折射现象引起的，光在水和空气的界面上发生折射，折射光线远离法线方向，人们根据光沿直线传播的经验，逆着折射光线看去就会看到物体上方的虚像。

2、由于光的折射，池水看起来比实际的深度浅，所以当你站在岸边，看见清澈见底，深不过齐腰的水时，千万不要贸然下去，以免因为对水深估计不足，惊慌失措发生危险。

3、把一块厚玻璃放在钢笔的前面，笔杆看起来好像错位了，这种现象也是光的折射引起的。玻璃能将光速减慢35％，当光从空气传播到玻璃中，速度就会变慢，并改变传播的方向笔杆看起来就好像错位了。

5、海市蜃楼也是因为光的折射造成的。

6、一枚硬币放在杯底，把杯子移动到眼睛看不到的地方，往杯里倒水，就能看见硬币，这是因为光的折射。

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