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光為什麼能發生反射和折射

生活 更新时间:2024-08-28 23:29:02

光為什麼能發生反射和折射(什麼是光的折射)1

許多人都有這個疑問,物理書上的的解釋是,光線入水是向法線方向偏折,而人眼看到的水中筷子卻是向上偏折,這符合光線折射的原理嗎?

要弄清這個問題,先了解一下光的折射是什麼

所謂光的折射,是指光從一種介質斜射入另一種介質時,傳播方向會發生改變,從而使光線在不同介質的交界處發生偏折的現象,這種現象就是光的折射現象。

光為什麼能發生反射和折射(什麼是光的折射)2

光作用于任何物體,都會發生折射和反射現象,各種物體由于密度和形象不一樣,對光的折射和反射就産生了不一樣的角度和變化,正是因為這個道理,人類的眼睛才能夠看到各種物體。

還有,可見光是一種複合光,由紅橙黃綠青藍紫等七色組成,不同顔色波長不一樣,從紅到紫,波段介于約780nm到380nm之間,紅色波長最長,紫色波長最短。各種物體在吸收不同波長的光時,吸收率和反射率是不一樣的,因此人類就看到了各種物體不同的顔色。這個原理不在本文讨論範圍,今天就不多說了。

光的折射率與傳播介質光速有關

光為什麼能發生反射和折射(什麼是光的折射)3

光在不同介質中,傳播速度是不一樣的,在真空中最快,準确值為:299792458米/秒,空氣中其次,約為299552816米/秒。由于這兩個速度都接近30萬千米/秒,因此,人們一般把真空光速和空氣光速都簡稱為每秒30萬公裡。

光在冰中的速度為23萬千米/秒,在水中的速度為22.5萬千米/秒,在酒精中的速度為22萬千米/秒,在玻璃中的速度為20萬千米/秒。光在不同介質中的折射率是不一樣的,遵循與光速成反比的規律,也就是說介質光速越大,折射率越小,而介質光速越小,折射率越大。

光為什麼能發生反射和折射(什麼是光的折射)4

折射率計算公式為:n=c/v。這裡n為折射率,c為真空光速,v為介質光速。比如按這個公式結算,光在水中的折射率為n=30/22.5≈1.33

光的折射率是以“法線”為标準衡量的。何謂“法線”,就是光線從真空或空氣中進入某種介質時,與介質平面垂直的一根想象中的線段(上圖)。光線入射水中和我們看到水中筷子,介質都是水,為什麼折射率看起來不一樣呢?

原來是光線入水和我們看到的水中筷子光線傳播方向相反

光線入射水中是光線從空氣中入射到水中,速度變小,發生折射而向法線(與水面垂直的軸線)靠近,與法線的角度變小,因此看起來是所謂“向下偏折”。

光為什麼能發生反射和折射(什麼是光的折射)5

而我們看到的水中筷子,則是筷子的反射光從水中傳遞到我們的眼睛中,是從速度相對更慢的介質中往速度更快的介質傳播,因此與光線入水是反向而行的,這樣,折射就會出現遠離法線,角度變大的現象,這樣,我們看到的筷子就會“向上偏轉”了。

現在明白了吧?原來是我們弄錯了方向了。光線進入水中和我們看到水中筷子,光線的傳播方向正好相反,因此偏折的方向也正好相反。

歡迎讨論,感謝閱讀。

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