光的折射( 三 ) _生活百科

V余=c/n 。光进入介质与磁体进入闭合的电磁线圈的过程相似，它们都要和对方发生“动斥力”相互作用，都要做入射功，都要降低入射速度。2.2．光在O点和介质的另一种相互作用力是光和界面间的相互引力：如图二所示：该图是约放大10倍的示意图，OC线距离界面设为h=10m 。光原来没有垂直于界面的运动速度，光在介质中垂直于界面的速度Vh是由它们间的相互引力作用产生的。3.用“光和物质间相互作用力理论”计算光折射的方法比用“光折射定律”计算更快捷。

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以图三为例，图三是光折射实况缩小约10倍示意图，光在介质内外各有一秒钟的射程，设：光以入射角a=60°射入折射率n=1.5的介质，求光在介质中平行于界面和垂直于界面的速度各是多少？3.1设光在介质中平行于界面的速度为Vs，无须求折射角即可直接求出该值，因为Vs= V余sina=csina/n=sin601.333×10m/sVs =1.155×10m/s 。3.2设光在介质中垂直于界面的速度为Vh:Vh=（V- Vs）=1.633×10m/s4.“用光和物质间相互作用力理论”计算光在介质中垂直于界面速度的另一种求法更精确：如图四所示，4.1.求V余垂直于界面的分矢量Vh1Vh1=V余cosa=0.66667×10m/s4.2.求引力作用产生的速度Vh2由引力公式得出光和介质间的平均引力加速度A，A=c(n-1)/2hn=1.111×10m/s由作用距离得平均引力加速度作用的时间T，设H=10mH= Vh1T+AT∫dT解得T=0.8696938455×10sVh2=AT=0.966326495×10m/s4.3.最后求出光垂直于界面的总速度Vh= Vh1+ Vh2=1.63299316167×10m/s通过以上运算我们看到:用“光和物质间相互作用力理论”，计算光折射的数据比用“光的折射定律”计算的更準确。不论在巨观领域观察或是在微观领域观测;不论是在光现象中或是理论计算，均可看出光和物质间的相互作用力是光折射的主要因素。然而，“光和物质间相互作用力理论”的提出要归功于近代物理学中对广义相对论的深入研究。特殊情况全反射光由光密（即光在此介质中的折射率大的）媒质射到光疏（即光在此介质中折射率小的）媒质的界面时，全部被反射回原媒质内的现象。光由光密媒质进入光疏媒质时，要离开法线折射，如图所示。当入射角θ增加到某种情形（图中的e射线）时，折射线延表面进行，即折射角为90°，该入射角C称为临界角。若入射角大于临界角，则无折射，全部光线均反回光密媒质（如图f、g射线），此现象称为全反射。这就是光纤通信的原理。只有在光线从光密介质射入光疏介质时才会产生。

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光从介质射入空气（真空）时，发生全反射的临界角C与介质的折射率n的定量关係是： sinC=1/n 从这个关係式可以看出，介质的折射率越大，发生全反射的临界角越小。水的临界角为48.8°，各种玻璃的临界角为32°～42°，金刚石的临界角为24.4° 。全反射是自然界里常见的现象。例如，水中或玻璃中的气泡，看起来特别明亮，就是因为光从水或玻璃射向气泡时，一部分光在界面上发生了全反射的缘故。全反射套用当镜面的截面为等腰直角三角形时，光垂直于某一直角边射入玻璃，由于光的方向与玻璃面垂直，光线不发生偏折。但在玻璃内部，光射向玻璃与空气的界面时，入射角大于临界角，发生全反射。与平面镜相比，它的反射率高，几乎可达100%；由于反射面不必涂敷任何反光物质，所以反射时失真小。这种稜镜在望远镜等光学仪器中用来改变光的方向，用得十分广泛。当光在玻璃中传播时，如果从玻璃射向空气的入射角大于临界角，光就会发生全反射，于是光在玻璃棒内沿着锯齿形路线传播。这就是光导纤维导光的原理。1966年，33岁的华裔科学家高锟博士提出一个理论：直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来作为光的波导来传输大量信息。43年以后，高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖。光波折射的机理光波是一种特定频段的电磁波。光在传播过程中有两个垂直于传播方向的分量：电场分量和磁场分量。当电场分量与介质中的原子发生相互作用，引起电子极化，即造成电子云和原子荷重心发生相对位移。其结果是一部分能量被吸收，同时光在介质中的速度被减慢，方向发生变化，导致折射的发生。反射和折射不能用粒子性解释，套用经典粒子理论得到的折射速度不同。在经典波动光学之中能有较好的解释。在利用近代理论解释光的折射和反射过程中，也不能理解为粒子碰撞。实际上可以理解为部分光子透射、部分光子反射。但是如果想问是哪个光子反射、哪个光子折射，实际上是办不到的。因为光子只代表电磁场能量分布，其出现多少代表了电磁场的能量大小。在光入射到物质表面时，部分电磁场能量透射，形成折射光，部分电磁场能量反射，因此在折射和反射方向都能探测到光子。