入射角 - 定义、公式、图表

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引言

入射角及其测量是光学的一个关键概念。当光线照射到诸如墙壁和镜子之类的表面上时，会反射并散布到环境中。光学科学研究的是光穿过由一种介质到另一种介质时光的运动及其变化的特性。诸如入射光线、反射光线、折射光线、入射角、折射角、反射、折射率之类的术语明确地说明了光特性，这以多种方式对我们有益。本文将尝试描述光的反射和折射现象及其相关原理。光传播的常见介质有空气、水、玻璃、钻石等。还将使用标准定律和方程说明上面所述不同材料中光的特性。

什么是入射角？

当光束落在表面上时，在入射端形成两个角。光源射线与法线形成的角称为入射角，反射射线与法线形成的角称为反射角。在光学物理学中，画在表面上垂直于表面的虚线称为法线，您经常会在许多上下文中遇到术语“法线”。根据反射定律，两个角总是一致的。

光的概念

光是一种能量形式。光本身就像其他形式的能量一样是无形的，但它使发光物体和非发光物体都可见。一个在漆黑房间里的物体彻底确立了光对于视觉用途的必要性。

入射角公式

入射角与反射角之间的公式是这两个角度相等。所以，如果$\mathrm{\theta_i}$是入射角，如果$\mathrm{\theta_r}$是反射角，那么

$$\mathrm{\theta_i=\theta_r}$$

正常观察是表面的光线角度。例如，如果光线与表面的角度测量为 20°，则入射角为 90° - 20° = 70°。因此，反射角也是 70°。

入射角和反射角之间是什么关系？

• 从图像中，我们观察到入射光线、反射光线和法线。入射光线为 AO，反射光线为 OB，法线为 NO。O 是入射点。

• 标记的“i”是入射角，“r”是反射角。

• 入射角“i”= 反射角“r”

• 入射光线和反射光线在同一点（o）上。

入射角和反射角

根据表面的类型，光线会被吸收、反射或透射。当表面不透明时，光线会被反射。由于这种反射，反射光线与法线形成一个角度，称为反射角。入射光线与法线形成的角度是入射角。入射光线的一部分，其频率与材料表面原子电子的频率相匹配，会被表面吸收，永远不会释放为光能。这种吸收的能量转化为热能。由于我们在反射上下文中描述的表面不是透明的，而是不透明的，所以光能永远不会通过表面透射。当光线落在不透明的介质或表面上，只会发生反射和吸收。

入射角和折射角

当来自介质 1 的光束斜射在另一个介质（介质 2）的表面上时，当光束进入介质 2 时，光束的方向发生突然改变。光线要么在另一介质中远离法线，要么在另一介质中向法线弯曲。这些光线称为折射光线，它们与法线形成一个角度，称为折射角。入射角与反射中的情况相同。

在上图中，$\mathrm{n_1}$和$\mathrm{n_2}$是两个介质的折射率。$\mathrm{\theta_1}$是入射角，$\mathrm{\theta_2}$是折射角。第一介质（空气）中的光线速度$\mathrm{n_1}$是$\mathrm{v_1}$，第二介质（水）中的速度$\mathrm{n_2}$是$\mathrm{v_2}$。入射角在介质$\mathrm{n_1}$中，折射角在介质$\mathrm{n_2}$中。

入射角和折射角的区别

当交叉表面的介质是透明时会发生折射。只有目标介质的透明表面才能让光线通过，从而允许折射。例如，如果空气是光线发出的源介质，而水是光线从空气介质中折射进去的第二介质，那么水面就是充当交叉介质，并且是透明的。因此，光线会由于水的折射率而稍微向某个方向弯曲。当光线从一种介质传到另一种透明介质从而让光束通过时，科学家会观察到有细微的差异。这种差异在下面的公式中得到了最好的体现，称为斯涅耳定律

$$\mathrm{\frac{N_1}{N_2}=\frac{Sin\theta_2}{Sin\theta_1}}$$

考虑一种光，对于特定的两种介质，入射角正弦与折射角正弦之比将始终等于两种介质的折射率之比。

结论

在不同介质中的光线参数主题已被详细讨论，并借助图表和方程进行说明。斯涅尔定律是光学物理学中的一项重要定律，该定律定义了作为常数的折射率。在反射中，入射角和反射角是相同的，而在折射中，入射角和折射角是不同的，除非两种介质相同。光的可逆性是一个有趣的现象，其中，如果我们反转入射和折射路径，光线遵循与初始模式相同的模式。

常见问题解答

Q1. 在解决实际场景时，为什么需要计算入射角？

答：测量光线与表面的夹角既容易又准确。观察到此值后，我们需要从法线 (90 度) 中减去该值以获得入射角。因此，许多时候，我们将面临根据观察到的表面角度计算入射角的情况。

Q2. 空气的折射率是多少？

答：空气的折射率为 1.0003。在真空中的折射率恰好为 1。光在空气中的传播速度比在真空（空间）中的速度略慢，因此与真空相比，该折射率略高。

Q3. 光的弯曲和光线的传播速度与折射率有什么关系？

答：在折射期间，光速会增加，折射率较低的介质目标。在这种情况下，光线会远离法线弯曲。在折射率较高的介质目标中，情况正好相反。

Q4. 入射角何时等于折射角？

答：当两种介质的折射率相同，入射角将等于折射角。

Q5. 如何计算透光新介质的折射率？

答：我们知道光速是一个常数。令 c 在新介质中的光束速度为 v。

现在，通常表示为 n 的折射率由公式计算得出

$$\mathrm{n=\frac{
u}{c}}$$