折射

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简介

本教程将重点解释折射的定义，即波或光线在从一种介质穿过另一种介质时发生的偏转。基于物理学概念，本教程将包括对光发生折射原因的解释。此外，本教程还将讨论折射定律以及折射的影响和应用。

什么是折射？

图 1：折射

• 众所周知，光在宇宙中以最快的速度传播。然而，在传播过程中，光会在到达人眼的光学系统之前穿过各种表面，使人们能够正确地看到物体。

• 在这种情况下，人们发现光在穿过空气并遇到任何表面时，会发生弯曲（Merriam-webster，2022）。这种光线弯曲的特定现象被称为光的折射。

折射的原因

图 2：折射的原因

折射的主要原因是光线总是以特定角度遇到表面。

这个折射角总是取决于光线穿过的介质的折射率。另一方面，这种现象通常会导致光速发生微小变化（Bhaduri 等人，2020）。

由于光速或速度发生了变化，光在与任何表面接触后会略微弯曲（Sciencedirect，2022）。

例如，如果考虑光线从空气传播到水中，由于水比空气密度更大，因此光速会降低。

折射定律

为了证明光的折射，物理学提出了两种定律。折射的第一定律指出折射线、入射线和法线都位于同一平面内，该平面位于两种介质的界面处。入射角的正弦与折射角的正弦之比相等（Sciencelearn.org，2022）。这一现象有助于建立公式，表示为 sin i/sin r = 常数。

折射在自然界中的影响

在自然界中，可以观察到多种光折射的影响。例如，雨后彩虹的形成被认为是阳光穿过空气中存在的水滴的自然折射现象（Ramaccia 等人，2020）。

• 在太阳实际到达地平线之前，阳光会穿过地球的大气层，并照射到生物的眼睛。同样，日落后，月球的光线会在到达并照射到人们眼睛的光学系统之前，先穿过地球的大气层发生折射。正是地球不均匀的大气层导致了夜空中闪烁的恒星的模糊视觉。

折射的应用

由于透镜是透明物体，因此透镜能够折射光线。为了利用透镜的这一特性，透镜通常用于相机和双筒望远镜（Sciencedirect.com，2022）。在宇宙学中，为了拍摄遥远宇宙的图像，利用了望远镜中透镜对光的折射作用。

折射率

图 3：折射率

折射率是指通过计算真空中的光速与密度更大的第二介质中的光速的比率而获得的值。折射率的变量通常用字母 n 和 n' 表示，并以此为基础来安排描述性文本和各种方程式（Britannica，2022）。计算折射率的公式表示为 μ = c/v

结论

本教程的主要重点是讨论物理学中的一个概念，即光的折射。本教程包括对光折射定义的解释，以及对折射应用的解释，例如放大和在沙漠中看到海市蜃楼等等。此外，本教程还涵盖了折射定律以及光通常发生折射的原因。折射定律包括以下陈述：在入射点，所有光线（如折射线、入射线和法线）都位于同一平面内。

常见问题

Q1. 波的折射何时发生？

当光波以特定角度从一般光源入射并穿过一种介质的边界进入另一种介质时，就会产生光的折射。在这种情况下，光波的速度通常会发生变化。

Q2. 折射和反射有什么区别？

反射和折射之间主要的区别在于，在反射中，来自一个物体的光线照射到另一个物体上并反射回原物体，而在折射中，光线从一个光谱传播到另一个光谱，并且入射角的方向会发生轻微变化。

Q3. 折射时会发生什么？

由于光的折射，照射到人眼晶状体表面的光线会发生弯曲。这种现象帮助人们看到物体，并常常会让人产生错觉，例如在沙漠等地方产生海市蜃楼。

Q4. 光的折射有哪些例子？

光线在从空气穿过人眼的光学系统时弯曲的过程有助于形成海市蜃楼。铅笔在水中看起来弯曲也是折射的一个例子。

参考文献

期刊

Bhaduri，B.，Yessenov，M. 和 Abouraddy，A. F.（2020）。光时空波包的异常折射。自然光子学，14（7），416-421。检索自：https://arxiv.org

Ramaccia，D.，Toscano，A. 和 Bilotti，F.（2020）。光通过超材料时间平板的传播：反射、折射和特殊情况。光学快报，45（20），5836-5839。检索自：https://arxiv.org

网站

Britannica.com，(2022)。折射率。检索自：https://www.britannica.com [检索于 2022 年 6 月 10 日]

Merriam-webster.com，(2022)。折射。检索自：https://www.merriam-webster.com [检索于 2022 年 6 月 10 日]

Sciencedirect.com，2022。折射 - 概述。检索自：https://www.sciencedirect.com [检索于 2022 年 6 月 10 日]

Sciencelearn.org.nz，(2022)。光的折射。检索自：https://www.sciencelearn.org.nz/resources/ [检索于 2022 年 6 月 10 日]