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        光的折射

        • 來源:光虎



        光的折射光從一種透明介質斜射入另一種透明介質時,傳播方向一般會發生變化,這種現象叫光的折射。


        理解:光的折射與光的反射一樣都是發生在兩種介質的交界處,只是反射光返回原介質中,而折射光則進入到另一種介質中,由于光在在兩種不同的物質里傳播速度不同,故在兩種介質的交界處傳播方向發生變化,這就是光的折射。注意:在兩種介質的交界處,既發生折射,同時也發生反射。反射光光速與入射光相同 ,折射光光速與入射光不同。




        基本定義


        光從一種透明介質(如空氣)斜射入另一種透明介質(如水)時,傳播方向一般會發生變化,這種現象叫光的折射。


        物理意義


        折射(refraction),又名屈折,是一個光學名詞,指光從一種介質進入另一種介質,或者在同一種介質中折射率不同的部分運行時,由于波速的差異,使光的運行方向改變的現象。例如當一條木棒插在水里面時,單用肉眼看會以為木棒進入水中時折曲了,這是光進入水里面時,產生折射,才帶來這種效果。




        光的折射定律


        光從空氣斜射入水或其他介質中時,折射光線與入射光線、法線在同一平面上,折射光和入射光分居法線兩側;折射角小于入射角;入射角增大時,折射角也隨著增大;當光線垂直射向介質表面時,傳播方向不變,在折射中光路可逆。當光從水或其他介質中斜射入空氣時,折射角大于入射角。

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        理解:

        折射規律分三點:(1)三線一面 (2)兩線分居(3)兩角關系分三種情況:①入射光線垂直界面入射時,折射角等于入射角等于0°;②光從空氣斜射入水等介質中時,折射角小于入射角;③光從水等介質斜射入空氣中時,折射角大于入射角(但存在于空氣中的角總是一個大角)。


        在光的折射中光路是可逆的。


        折射率(refractive index)


        定義:光從真空射入介質發生折射時,光在發生折射時入射角與折射角符合斯涅爾定律(Snell's-Law)。入射角i與折射角r的正弦之比n叫做介質的“絕對折射率”,簡稱“折射率”。


        斯涅爾定律是因荷蘭物理學家威理博·斯涅爾而命名,在光學里,光線跟蹤科技應用斯涅爾定律來計算入射角與折射角。在實驗光學與寶石學里,這定律被應用來計算物質的折射率。對于具有負折射率的負折射率超材料(metamaterial),這定律也成立,允許光波因負折射角而朝后折射。



        ?斯涅爾最早發現了光的折射定律,從而使幾何光學的精確計算成為了可能。其中入射光和折射光位于同一個平面上,并且與界面法線的夾角滿足如下關系:

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        其中,分別是兩個介質的折射率,分別是入射光(或折射光)與界面法線的夾角,叫做入射角和折射角。


        1637年,法國人R.笛卡兒在《折光學》一書中首次公布了具有現代形式正弦之比的規律。與光的反射定律一樣,最初由實驗確定的折射定律可根據費馬原理、惠更斯原理或光的電磁理論證明之。(上述光的折射定律只適用于由各向同性介質構成的靜止界面。


        全反射


        光由光密(即光在其中傳播速度較小的)媒質射到光疏(即光在其中傳播速度較大的)媒質的界面時,全部被反射回原媒質內的現象。




        當光射到兩種介質界面,只產生反射而不產生折射的現象.當光由光密介質射向光疏介質時,折射角將大于入射角.當入射角增大到某一數值時,折射角將達到90°,這時在光疏介質中將不出現折射光線,只要入射角大于上述數值時,均不再存在折射現象,這就是全反射.所以產生全反射的條件是:①光必須由光密介質射向光疏介質.②入射角必須大于臨界角。臨界角是折射角為90度時對應的入射角

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        (只有光線從光密介質進入光疏介質且入射角大于臨界角時,才會發生全反射)


        1637年,法國人R.笛卡兒在《折光學》一書中首次公布了具有現代形式正弦之比的規律。與光的反射定律一樣,最初由實驗確定的折射定律可根據費馬原理、惠更斯原理或光的電磁理論證明之。


        上述光的折射定律只適用于由各向同性介質構成的靜止界面。


        相關應用

        1.人們利用折射原理發明了透鏡透鏡有凸透鏡和凹透鏡,細分又有雙凸、平凸、凹凸、雙凹、平凹、凸凹六種。

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        中央部分比邊緣部分厚的叫凸透鏡,中央部分比邊緣部分薄的叫凹透鏡,凸透鏡具有會聚光線的作用,所以也叫“會聚透鏡”、“正透鏡”(可用于近視與老花鏡),凹透鏡具有發散光線的作用,所以也叫“發散透鏡”、“負透鏡”(可用于近視眼鏡)。


        透鏡是組成顯微鏡光學系統的最基本的光學元件,物鏡、目鏡及聚光鏡等部件均由單個和多個透鏡組成。如,放大鏡、望遠鏡、顯微鏡等。


        2.人們還將用光的全反射原理應用在了現代通訊,發明了光纖。

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        光纖上載的不是電信號,而是光信號,這樣使得信號傳輸距離比在電纜上增加許多,節省了成本,擴大了帶寬。



        光纖分為兩層,內層與外層密度不一樣,為形成全反射創造條件;這樣,當光以一定角度入射時,根據全反射原理,可產生全反射,于是,光在光纖中前進所消耗的能量非常小,所以,光信號在光纖中經過很長一段距離才需要用一個中繼器加強強度。




        【來源:網絡】



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