折射現象

折射現象是指當光由一種介質（比如水）斜射入第二介質（比如空氣）時，在界面上部份光發生偏離原來路線而與原來路線產生夾角的現象。

基本介紹

• 中文名：折射現象
• 外文名：refraction phenomenon
• 屬性：折射
• 性質：光學現象
• 最早發現時期：公元2世紀

折射定律

定理的發現

最早定量研究折射現象的是公元2世紀希臘人C.托勒密，他測定了光從空氣向水中折射時入射角與折射角的對應關係，雖然實驗結果並不精確，但他是第一個通過實驗定量研究折射規律的人。1621年，荷蘭數學家W.斯涅耳通過實驗精確確定了入射角與折射角的餘割之比為一常數的規律，即 cscθ_i/cscθ_t=常數。故折射定律又稱斯涅耳定律。1637年，法國人R.笛卡兒在《折光學》一書中首次公布了具有現代形式正弦之比的規律。與光的反射定律一樣，最初由實驗確定的折射定律可根據費馬原理、惠更斯原理或光的電磁理論證明之。 上述光的折射定律只適用於由各向同性介質構成的靜止界面。 由荷蘭數學家斯涅爾發現，是在光的折射現象中，確定折射光線方向的定律。當光由第一媒質（折射率n₁）射入第二媒質（折射率n₂）時，在平滑界面上，部分光由第一媒質進入第二媒質後即發生折射。

定理內容

（1）折射光線位於入射光線和界面法線所決定的平面內；

（2）折射線和入射線分別在法線的兩側；

（3）入射角i的正弦和折射角r的正弦的比值，對摺射率一定的兩種媒質來說是一個常數.

光由光速大的介質中進入光速小的介質中時，折射角小於入射角；從光速小的介質進入光速大的介質中時，折射角大於入射角。 此定律是幾何光學的基本實驗定律。

折射形象的規律

折射現象的解釋

光是一種高頻的電磁波。在傳播過程中有兩個垂直於傳播方向的分量：電場分量E和磁場分量B。當電場分量E與傳播過程中的每一個原子發生作用，引起電子極化，即造成電子云和原子荷質心發生相對位移。其結果是一部分能量被吸收，同時光傳播的速度被減慢，方向發生變化，導致折射的發生。在外電場作用下，電介質內部沿電場方向產生感應偶極矩，在電介質表面出現極化電荷的現象叫作電介質的極化。

• 小常識：絕大多數的光學介質屬於近乎無機材料這樣的電介質。
  

電介質在外電場作用下可產生如下3種類型的極化：

1. 原子核外的電子云分布產生畸變，從而產生不等於零的電偶極矩p‘，稱為畸變極化；
   
2. 原來正、負電中心重合的分子，在外電場作用下正、負電中心彼此分離，稱為位移極化；
   
3. 具有固有電偶極矩p₀的分子原來的取向是混亂的，巨觀上電偶極矩總和∑p=0。在外電場作用下，各個電偶極子趨向於一致的排列，從而巨觀電偶極矩不等於零，稱為轉向極化。
   

無極分子的位移極化

意義

折射定律適用於均勻的各向同性的媒質。用來控制光路和用來成象的各種光學儀器，其光路結構原理主要是根據光的折射和反射定律。此定律也可根據光的波動概念導出，所以它也可套用於無線電波和聲波等的折射現象。 折射定律（law of refraction） 或 斯涅爾定律（Snell's law） 的內容如下：光線通過兩介質的界面折射時,確定入射光線與折射光線傳播方向間關係的定律,它是幾何光學基本定律之一。

斯涅爾定律

折射現象