光的折射是指光线在穿过不同介质的界面时,传播方向发生偏折的现象。这种现象的根本原因是光在不同介质中传播速度不同。当光从一种介质进入另一种介质时,由于速度的改变,光线的传播方向会发生偏折。在图中,我们可以看到光线从光疏介质射入光密介质时,折射角小于入射角,光线向法线方向偏折。
折射定律,也称为斯涅尔定律,描述了光线折射的规律。这个定律包含三个要点:第一,折射光线、入射光线和法线位于同一平面内;第二,折射光线和入射光线分别位于法线的两侧;第三,入射角的正弦与折射角的正弦之比等于第二种介质对第一种介质的相对折射率。用数学公式表示为:n₁ sin i = n₂ sin r,其中n₁和n₂分别是两种介质的折射率,i是入射角,r是折射角。
折射方向与介质的折射率密切相关。当光从光疏介质射入光密介质时,也就是从折射率较小的介质进入折射率较大的介质时,折射角小于入射角,光线向法线方向偏折。相反,当光从光密介质射入光疏介质时,也就是从折射率较大的介质进入折射率较小的介质时,折射角大于入射角,光线偏离法线方向。这些规律可以通过斯涅尔定律数学表达式推导出来。
全反射是一种特殊的光学现象,只发生在光从光密介质射向光疏介质时。当入射角小于临界角时,光线会发生折射;但当入射角大于临界角时,光线不再折射进入第二种介质,而是全部反射回光密介质内部,这就是全反射现象。临界角可以通过公式计算:正弦θc等于n₂除以n₁,其中n₁大于n₂。全反射现象在光纤通信和宝石的闪光等方面有重要应用。例如,光纤通信就是利用光在纤维中的全反射,使光信号能够沿着弯曲的光纤传输很长距离而几乎不损失能量。
总结一下光的折射现象:光的折射是指光线在穿过不同介质界面时,传播方向发生偏折的现象,其根本原因是光在不同介质中传播速度不同。折射定律,也称为斯涅尔定律,用数学公式表示为n₁sin i等于n₂sin r。当光从光疏介质射入光密介质时,折射角小于入射角,光线向法线方向偏折;当光从光密介质射入光疏介质时,折射角大于入射角,光线偏离法线方向。特别地,当光从光密介质射向光疏介质,且入射角大于临界角时,会发生全反射现象,光线不再折射而是全部反射回光密介质内部。这些光学现象在我们的日常生活和现代技术中有广泛应用。