取一个无色透明的酒瓶,直径大约七厘米左右,盛满清水,并且用瓶塞塞紧。再把一支手电筒平放在桌子上,让它发出的光束冲着你。然后在你和手电筒之间放一摞书,书的高度大约五到六厘米。书和手电筒之间的距离大约十厘米左右。然后你象图中画的那样弯下身子,使你的眼睛沿着书的上端水平望去,这时候书摞恰好挡住了手电筒射来的光。保持你的头部不动,把已经准备好的水瓶横放在书和手电筒之间。透过水瓶的顶部就会重新看到手电筒上发光的灯泡。这是因为水的折射使你觉得灯泡升高了。
太阳距离地球大约一亿五千万公里。地球的外围包围着一层厚厚的大气,当太阳光从真空进入大气层的时候,就发生了折射,这和上述实验很类似。大气的折射可以把太阳抬高三十五分那么大的角度。太阳的圆面对地球上的观察者来说,张角恰好是三十五分,所以当你看到太阳圆面的下缘刚刚离开地平线的时候,实际上它的上缘还在地平线以下。
人们常把光波比成水波,因为它们之间有很多相似的地方。图3中我们把
光波画得象水波一样,利用一些横线表示光波在行进中的波纹。当光斜射入玻璃的时候,一个波纹的一边先触及到玻璃的表面,由于光在玻璃里比在空气里前进速度慢,所以波纹的一边就先慢下来了,这个波纹就弯了过来。等到这个波纹全部进入玻璃块中以后,它就又沿着直线前进了。可以看出光线的弯曲只发生在经过界面的一瞬间。
由荷兰数学家
斯涅尔发现,是在光的
折射现象中,确定
折射光线方向的定律。当光由第一
媒质(折射率n1)射入第二媒质(折射率n2)时,在平滑界面上,部分光由第一媒质进入第二媒质后即发生
折射。实验指出:(1)折射光线位于入射光线和界面
法线所决定的平面内;(2)
折射线和入射线分别在法线的两侧;(3)
入射角i的正弦和
折射角i′的正弦的比值,对
折射率一定的两种媒质来说是一个
常数.
浅显的说,就是光由
光速大的
介质中进入光速小的介质中时,折射角小于
入射角;从光速小的介质进入光速大的介质中时,折射角大于入射角。
此定律是
几何光学的基本实验定律。它适用于均匀的各向同性的
媒质。用来控制光路和用来成象的各种光学仪器,其光路结构原理主要是根据
光的折射和
反射定律。此定律也可根据光的
波动概念导出,所以它也可应用于无线电波和
声波等的折射现象。
光线通过两介质的界面折射时,确定
入射光线与折射光线传播方向间关系的定律,几何光学基本定律之一。如图4,入射光线与通过
入射点的界面
法线所构成的平面称为入射面,入射光线和折射光线与法线的夹角分别称为
入射角和折射角,以θi和θt表示。折射定律为:①折射光线在入射面内。②
入射角和折射角的
正弦之比为一常数,用n21表示,即