许多人都有这个疑问,物理书上的的解释是,光线入水是向法线方向偏折,而人眼看到的水中筷子却是向上偏折,这符合光线折射的原理吗?
要弄清这个问题,先了解一下光的折射是什么所谓光的折射,是指光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向会发生改变,从而使光线在不同介质的交界处发生偏折的现象,这种现象就是光的折射现象。
光作用于任何物体,都会发生折射和反射现象,各种物体由于密度和形象不一样,对光的折射和反射就产生了不一样的角度和变化,正是因为这个道理,人类的眼睛才能够看到各种物体。
还有,可见光是一种复合光,由红橙黄绿青蓝紫等七色组成,不同颜色波长不一样,从红到紫,波段介于约780nm到380nm之间,红色波长最长,紫色波长最短。各种物体在吸收不同波长的光时,吸收率和反射率是不一样的,因此人类就看到了各种物体不同的颜色。这个原理不在本文讨论范围,今天就不多说了。
光的折射率与传播介质光速有关光在不同介质中,传播速度是不一样的,在真空中最快,准确值为:299792458米/秒,空气中其次,约为299552816米/秒。由于这两个速度都接近30万千米/秒,因此,人们一般把真空光速和空气光速都简称为每秒30万公里。
光在冰中的速度为23万千米/秒,在水中的速度为22.5万千米/秒,在酒精中的速度为22万千米/秒,在玻璃中的速度为20万千米/秒。光在不同介质中的折射率是不一样的,遵循与光速成反比的规律,也就是说介质光速越大,折射率越小,而介质光速越小,折射率越大。
折射率计算公式为:n=c/v。这里n为折射率,c为真空光速,v为介质光速。比如按这个公式结算,光在水中的折射率为n=30/22.5≈1.33
光的折射率是以“法线”为标准衡量的。何谓“法线”,就是光线从真空或空气中进入某种介质时,与介质平面垂直的一根想象中的线段(上图)。光线入射水中和我们看到水中筷子,介质都是水,为什么折射率看起来不一样呢?
原来是光线入水和我们看到的水中筷子光线传播方向相反光线入射水中是光线从空气中入射到水中,速度变小,发生折射而向法线(与水面垂直的轴线)靠近,与法线的角度变小,因此看起来是所谓“向下偏折”。
而我们看到的水中筷子,则是筷子的反射光从水中传递到我们的眼睛中,是从速度相对更慢的介质中往速度更快的介质传播,因此与光线入水是反向而行的,这样,折射就会出现远离法线,角度变大的现象,这样,我们看到的筷子就会“向上偏转”了。
现在明白了吧?原来是我们弄错了方向了。光线进入水中和我们看到水中筷子,光线的传播方向正好相反,因此偏折的方向也正好相反。
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