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光的折射与反射

归档日期:07-09       文本归类:反射定律      文章编辑:爱尚语录

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  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。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,

  最早定量研究折射现象的是公元2世纪希腊人C.托勒密,他测定了光从空气向水中折射时入射角与折射角的对应关系,虽然实验结果并不精确,但他是第一个通过实验定量研究折射规律的人。1621年,荷兰数学家W.斯涅耳通过实验精确确定了入射角与折射角的余割之比为一常数的规律,即

  故折射定律又称斯涅耳定律。1637年,法国人R.笛卡儿在《折光学》一书中首次公布了具有现代形式正弦之比的规律。与光的反射定律一样,最初由实验确定的折射定律可根据费马原理、惠更斯原理或光的电磁理论证明之。

  光在光滑界面上反射时确定反射光线与入射光线传播方间关系的定律。几何光学的基本定律之一。如图,入射光线IO与界面在入射点O的法线ON所构成的平面称入射面,入射光线IO与反射光线OR的传播方向可分别用它们与法线ON的夹角θi和θr表示。通常把θi和θr分别称为入射角和反射角。反射定律为:①反射光线与入射光线同在入射面内。②反射角等于入射角,即θi=θr。上述反射定律只适用于各向同性介质的界面,且只解决光线的传播方向问题而不涉及反射时的能量分配问题。光的反射与力学中弹性小球在光滑桌面上的反弹十分相似,I.牛顿曾根据光的微粒说(见光的二象性)证明过反射定律。

  光的反射定律最初是从实验得出,根据费马原理可证明,也可从光的波动观点出发借助于惠更斯原理(见惠更斯-菲涅耳原理)从几何上加以证明,或从电磁场的边界条件出发从理论上证明。

  如果物体表面(反射面)是均匀的,类似镜面一样(称为理想的反射面),那么就是全反射,将遵循下列的反射定律,也称“镜面反射”。

  入射光线、反射光线和折射光线与界面法线在同一平面里,所形成的夹角分别称为入射角、反射角和折射角。

  对于理想的反射面而言,镜面表面亮度取决于视点,观察角度不同,表面亮度也不同。

  当反射面不均匀时,将发生漫反射。其特点是入射光线与反射光线不满足反射定律。

  一个理想的漫射面将入射光线在各个方向做均匀反射,其亮度与视点无关,是个常量。

  一些透明/半透明物体允许光线全部/部分地穿透它们,这种光线称为透射光线。

  当光线从一种介质(比如空气)以某个角度(垂直情形除外)入射到另外一种具有不同光学性质的介质(比如玻璃镜片)中时,其界面方向会改变,就是会产生光线的折射现象。

  光线折射满足下列折射定律:入射角的正弦与折射角的正弦之比与两个角度无关,仅取决于两种不同介质的性质和光的波长,

  任何介质相对于真空的折射率,称为该介质的绝对折射率,简称折射率(Index of refraction)。对于一般光学玻璃,可以近似地认为以空气的折射率来代替绝对折射率。公式中n1和n2分别表示两种介质的折射率。

  当n1 = -n2时,折射定律就是变成反射定律了,所以反射定律可以看成是折射定律的特例。

  可以看出:在折射率较大的介质中,光的速度比较低;在折射率较小的介质中,光的速度比较高。

  作为实验规律,上述几何光学三定律只是在波长λ很小的条件下才近似成立的。在摄影中,用几何光学来描述已经足够精确了。

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