光的折射是光学中的重要现象,其核心概念和规律如下:
一、基本定义
光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向发生偏折的现象称为光的折射。例如,水中筷子看起来弯曲、天空颜色的变化等都是折射现象的典型表现。
二、发生条件
介质差异:
仅当光从一种介质(如空气)进入另一种介质(如水、玻璃)时才会发生折射。
光线倾斜:
光线需以非垂直角度穿过界面。
三、关键规律
三线定理 - 折射光线、入射光线和法线在同一平面内;
- 两者分居法线两侧。
角度关系
- 光从空气斜射入其他介质时,折射角小于入射角(如光线从空气射入水);
- 光从其他介质斜射入空气时,折射角大于入射角;
- 光垂直射入时,折射角等于入射角(0°)。
可逆性
折射现象中光路是可逆的,即若光线按某路径折射,则可反向传播。
四、应用与现象
日常现象: 筷子在水中弯曲(全反射)、海市蜃楼、天空颜色的变化等; 光学仪器
五、历史背景
斯涅尔定律:17世纪初,斯涅尔通过实验发现折射角与入射角的正弦值成比例,即$\frac{\sin i}{\sin r} = \text{常数}$;
后续完善:笛卡尔用数学语言系统化斯涅尔定律,推动光学理论发展。
六、特殊说明
真空中的光:光在真空中传播时不会发生折射。
通过以上要点,可以全面理解光的折射现象及其规律,为进一步学习光学、物理奠定基础。