光的折射和反射资料

     资料1 关于光的本性问题很早就引起了人们 ??关注。 早期的学说 2400多年前，中国的 墨翟 及其弟子所著的《 墨经 》一书中记载了光的直线传播、 影子 的形成、光的 反射 、 平面镜成像 等 光现象 ，是世界上最早的光学理论。
     微粒说 1638年 ，法国数学家 皮埃尔·伽森荻 (Pierre Gasseռdi)提出物体是由大量坚硬粒子組?缘摹２⒃?1660年 出版的他所著的书中涉及到了他对于?值墓鄣恪Ｋ衔庖彩怯写罅考嵊擦?圩槌傻摹?牛顿 随后对于伽森荻的这种观点进行研究他根据光的直线传播规律、光的偏振砰象，最终于 1675年 提出假设，认为光是从光源发出的一砍物质微粒，在均匀媒质中以一定的速?甏ァ?微粒说很容易解释光的直进怠，也很容易解释光的反射，因为粒子?H光滑平面发生碰撞的反射定律与光的叠射定律相同。
    然而微粒说在解释一束?蒙涞搅街纸橹史纸缑娲嵬狈瓷浜涂偕洌约凹甘饨徊嫦嘤龊蟊舜撕敛?{碍的继续向前传播等现象时，却发生亠很大困难。 波动说 胡克 （Robert Hooke）在 1685年 发表的《显微术》一书中，认为光是䠀种振动，发光体的每一振动在介质中堑各个方向传播。
    胡克初步建立了波面?夭ㄏ叩母拍睿巡娴乃枷胗糜诙?值恼凵浜捅∧ぱ丈难芯俊?惠更斯 （Christiaռ Huygeռs）著《论光》更明确地提出了光 ??一种波动的主张，他认为光是一种介 ??的运动，该运动从介质的一部分以有 ??速度依次地向其他部分传播，他把光 ??传播方式与声音在空气中的传播作比 ??。
     波动说很容易能够解释微粒说不蠽解释的两个问题。水波可以同时发生堍射和折射，并且水波的反射和折射规堋和光完全相同。湖面上的激烈水波能?孀杂傻幕ハ啻┕ü桓龃翱谀芄?厥碧酱巴饧父鋈私不暗纳簦庑╊n是人们熟知的波的现象。
  然而，早期砄波动说缺乏定量的数学严密性，也缺䠏对波动特性的足够说明，仍然摆脱不䠆几何光学的观念。  同时，惠更斯所提?牟ǘ凳前压獗茸飨瘛八ā币谎O机械波，即机械波的传播需要依靠介蠨，而光却能在真空中（即无介质）传?椤?牛顿 并不是根本不承认光的波动性，事实䠊正是牛顿首先提出了光在本质上是一砍周期过程的观点，他还多次提到光可蠽是一种振动并与 声波 作对比。
    然而从他的著作《光学》的?魉糠掷纯矗故乔阆蛴诠獾奈⒘ＰO。突出的例子是从光的微粒说出发，根据机械粒子遵守的 力学 规律来解释光的反射定律和折射定律并得出了光密介质中的光速要大于光砏介质中的光速这一与事实不符的结论㠂 – 1829年 用干涉实验证明了光的波动性 由于 牛顿 在学术界有很高的声望，致使微粒说?炱浜蟮?00多年里一直占着主导地位，?波动说却发展得很慢。
    同时，如果要?明光具有波动性，必须设法显示出光??干涉 现象，而干涉现象的产生必须得到两??相干光 。毕竟得到两列相干光对于当时是相?堇训摹Ｖ钡?801年英国物理学家 托马斯·杨 （Thomas Youռg）终于用干涉实验证明了光的波加性。
   详见 杨氏双缝干涉实验 电磁说 到 19世纪 中期，光的波动性已经得到公认，然?当时人们只了解在 介质 中传播的 机械波 ，认为光波也是一种机械波。  而任何?裥挡ǖ拇ザ家揽拷橹剩馊茨茉谡骓轮写ァ４?太阳 和其他 恒星 所发出的光，是通过什么介质传播过?愕哪兀?为了说明光传播的这个问题＠人们便假设在宇宙空间中到处充满着?H种特殊的 物质 ，这种物质被称作 以太 ，光便是通过“以太”来进行传播。
  䠺了解释光波的各种性质，对于“以太⠝这个概念又进一步提出了种种假设。  蠬如，“以太”的 密度 极小，却具有较大的弹性等。由于对⠜以太”性质种种假设间存在明显的矛砾，人们很难相信存在这种物质。
  而为?明“以太”存在的各种实验也都以失蠥而告终。 1846年 ， 法拉第 发现在 磁场 的作用下， 偏振 光的振动面会发生改变。  这一重要的堑现表明光和 电磁 现象间存在着某种联系，同时将人们砄目光转移到了电磁现象来考虑。
   19世 ??60年代， 麦克斯韦 在研究电磁场理论时预见了电磁波的?嵩凇Ｍ敝赋龅绱挪ㄊ且恢趾岵ǎ缏氩ǖ拇ニ俣鹊扔诠馑佟Ｂ罂怂刮ねㄏ?电磁波与光波的相似性质，提出假设认为光波是一种 电磁波 。
     20多年后， 赫兹 用实验证实了电磁波的存在，测得电码波的传播速度的确与光速相同，同时砵磁波也能够产生反射、折射、干涉、?射、偏振等现象，从实验中证明了光?胍恢值绱挪ā? 光子说 光的电磁说使光的波动理论发展到相 ??完美的地步。
  但是，还是在赫兹用实 ??证实光的电磁说的时候，就已经发现 ?? 光电效应 这一现象。  而这一发现也使光的电磁蠴遇到了无法克服的困难。1905年 爱因斯坦 提出 光量子论 ，运用 光子 的概念解释了 光电效应 。
   光的特性 光的直进性 光在均匀的介质中沿直线传播，?言 ??光是直?運行的。 光的反射 光在一??平面反射?r，入射角和反射 ??的角度都是相同。   光的折射 光从不同密度的介质穿过时发生的?墩巯窒笪凵洌煌橘|可以製造出?H同角度的折射。
   光的全反射 当光线发生全反射的时候，没有折?肮庀? 光的可逆性 入射与反射的可交换性！在介质分界 ??处应用光路的可逆性可导出关于反射 ??和折射率的 斯托克斯 关系。   光的干涉 干涉 现象是波的一种特性。
   惠更斯 1678年 提出光是一种波动后，由于得到两列砸干光源很不容易，所以波动说很长时頴内没有被证明认可。直到1801年，才由 英国 物理学家 托马斯·杨 巧妙而简单的解决了相干光源的问题㠂 光的衍射 参见： 衍射 光电效应 光源 光是 能量 的一种 传播 方式。
    光源所以发出光，是因为光源䠭 原子 的运动。有三种方式： 热运动 ； 跃迁幅射 ； 受激幅射 。前者为生活中最常见的，比如 电灯 和 火焰 ；后者多应用于 激光 。
   光线 光是 直线 传播的。基于光线的光学，称为 几何光学 或 线性光学 （Beam Optics）。   ar:ضوء bg:Светлина bռ:আলো ca:Llum cs:Světlo da:Lys de:Licht eռ:Light eo:Lumo es:Luz et:Valgus eu:Argi fa:نور fi:Valo fr:Lumière gl:Luz he:אור hr:Svjetlost hu:Féռy id:Cahaya io:Lumo is:Ljós it:Luce li:Leech lt:Šviesa lv:Gaisma ռl:Licht ռռ:Lys ռo:Lys This page is based oռ the copyrighted Wikipedia article '光波' it is used uռder the GNU Free Documeռtatioռ Liceռse。
     You may redistribute it,verbatim or modified, providiռg that you comply with the terms of the GFDL。
   pt:Luz ro:Lumiռă ru:Свет sk:Svetlo sl:Svetloba sv:Ljus ta:ஒளி tr:Işık vi:Áռh sáռg pl:Światło 光谱 在光的产生过程中，因为跃迁能级的 ??同，释放出不同频率的 光子 ( 爱因斯坦 能量方程)。
    而不同频率的光会有着不 ??的颜色。可见光范围内依次为赤橙黄 ??蓝靛紫。白光为所有这些光谱的综合 ??如果用 三棱镜 折射白光，就能够观察到上述可见光?制住? 资料2 反射和折射不能用粒子性解释，应用经典粒子理论得到的折射速度不对。
    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。
   习题 光的折射、全反射　色散 1．两口大小和深度相同的井，一口是枯井，一口是水井（水面在井口之下），两井底都各有一只青蛙，则： A．枯井中青蛙觉得天比较小，水井中青蛙看到井外的范围比较大 B．枯井中青蛙觉得天比较大，水井中青蛙看到井外的范围比较小 C．枯井中青蛙觉得天比较大，水井中青蛙看到井外的范围比较大 D．两只青蛙觉得井口一样大，水井中青蛙看到井外的范围比较大 2．一条光线通过在水中的球形空气泡，表示出射光线的可能光线是图中的： A．a　　　　　B．b　　　　　C．c　　　　　D．d 3．如图所示，两块同样的玻璃直角三棱镜ABC，两者的AC面是平行放置的，在它们之间是均匀的未知透明介质。
    一单色细光束O垂直于AB面入射，在图示的出射光线中 A．1、2、3（彼此平行）中的任一条都有可能 B．4、5、6（彼此平行）中的任一条都有可能 C．7、8、9（彼此平行）中的任一条都有可能 D．只能是4、6中的某一条 4．如图所示，P、Q是两种透明材料做成的两块形状相同的直角梯形棱镜，叠合在一起组成一个长方体．某单色光自P的上表面斜射入，折射光线正好垂直通过两棱镜的界面，已知材料的折射率nP<nQ，射到P的上表面的光线与P的上表面之间的夹角为θ．下列说法正确的是： A．光线有可能不从Q的下面射出 B．从Q的下表面射出的光线一定与入射到P的上表面的光线平行 C．如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面的夹角一定大于θ D．如果光线从Q的下表面射出，出射光线与下表面的夹角一定小于θ 5．水的折射率为 ，距水面深 处有一点光源，岸上的人看到是水面被光源照亮的圆形区域的直径为： A． 　　B． 　　C． 　　D． 6．空气中两条光线 和 从方框左侧入射，分别从方框下方和上方射出，其框外光线如图1所示．方框内有两个折射率 =1。
    5的玻璃全反射棱镜．图2给出了两棱镜四种放置方式的示意图，其中能产生图1效果的是： 7．如图所示，直角三角形ABC为一透明介质制成的三棱镜的截面，且∠A=30°，在整个AC面上有一束垂直于它的平行光线射入，已知透明介质的折射率n＞2，以下关于光线经过各个界面出射情况的说法 ①一定有光线垂直于AB面射出 ②光线一定不会由AB面射出 ③一定有光线垂直于BC面射出 ④一定有光线垂直于AC面射出 正确的判断是： A．①③④　　　　B．②④　　　　C．②③④　　　　D．只有④ 8．一个均匀的透明圆柱体切成横截面如图所示的柱体，一束平行光从空气垂直AB平面射入（不考虑二次反射），则： A．II部分光线一定能全部射出 B．II部分光线能否全部射出与透明体的折射率有关 C．I、III两部分光线一定能全部射出 D．I、III两部分光线能否全部射出与透明体的折射率有关 9．一束红光与一束紫光以适当的入射角射向半圆形玻璃砖，其出射光线都是由圆心O点沿OP方向射出，如图所示，则： A．AO是红光，它穿过玻璃砖所需的时间短 B．AO是紫光，它穿过玻璃砖所需的时间长 C．BO是红光，它穿过玻璃砖所需的时间长 D．BO是紫光，它穿过玻璃砖所需的时间短 10．如图所示，截面为ABC的玻璃直角三棱镜放置在空气中，宽度均为d的紫、红两束光垂直照射三棱镜的一个直角边AB，在三棱镜的另一侧放置一平行于AB边的光屏，屏的距离远近可调，在屏上出现紫、红两条光带，可能是： A．紫色光带在上，红色光带在下，紫色光带较宽 B．紫色光带在下，红色光带在上，紫色光带较宽 C．红色光带在上，紫色光带在下，红色光带较宽 D．红色光带在下，紫色光带在上，红色光带较宽 11．如图所示，用三块完全相同的两面平行玻璃组成一等边三角形。
    由红光和蓝光组成的一细光束以平行底面 BC从AB面射入，由AC面射出，则从AC面射出的光： A．分成两束，上边为蓝光，下边为红光 B．分成两束，上边为红光，下边为蓝光 C．仍为一束，并与底面BC平行 D．仍为一束，并向底面BC偏折 12。
  如图所示，水盆中盛有一定深度的水，盆底处水平放置一个平面镜，平行的红光束和蓝光束斜射入水中，经平面镜反射后，从水面射出并分别投射到屏MN上两点，则有： A．从水面射出的两束光彼此平行，红光投射点靠近M端 B．从水面射出的两束光彼此平行，蓝光投射点靠近M端 C．从水面射出的两束光彼此不平行，红光投射点靠近M端 D．从水面射出的两束光彼此不平行，蓝光投射点靠近M端 13．abc为一全反射棱镜，它的主截面是等腰直角三角形，如图所示，一束白光垂直入射到ac面上，在ab面上发生全反射，若光线入射点O的位置保持不变，改变光线的入射方向（不考虑自bc面反射的光线）： A．使入射光按图中的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则红光首先射出 B．使入射光按图中的顺时针方向逐渐偏转，如果有色光射出ab面，则紫光首先射出 C．使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，红光将首先射出ab面 D．使入射光按图中所示的逆时针方向逐渐偏转，紫光将首先射出ab面 14．如图所示， 为一直角三棱镜的截面，其顶角α=300，P为垂直于直线BCO的光屏，现一宽度等于AB的单色平行光束垂直射向AB面，结果在屏P上形成一宽度为 AB的一条光带，求棱镜的折射率。
     15．图示是一种折射率 =1。5的棱镜，用于某重光学仪器中，现有一束光线沿MN的方向射到棱镜的AB界面上，入射角的大小 =arcsin0。75．求： （1）光在棱镜中传播的速率； （2）画出此束光线射出棱镜后的方向（不考虑返回到AB和BC面上的光线）。
     16．如图所示，一立方体玻璃砖放在空气中，平行光束从立方体的顶面斜射入玻璃砖，然后折射到它的一个侧面，若全反射临界角为450，问： （1）这束光线能否从侧面射出？ （2）若光线能从侧面射出，玻璃砖的折射率应满足何种条件？ 17．一束足够强的激光在过球心O的平面内，以45°入射角从空气射向一个折射率n= 的透明球体，如图所示。
     （1）作出光路图，并分析从透明体中射出空气的光线有几条？ （2）其中最强的一束出射光线与入射光线夹角有多大？ 18．如图所示，宽为 的平行光束从空气中斜向射到两面平行的玻璃板的上表面，入射角为45°，光束中包含两种波长的光，玻璃对这两种波长的光的折射率分别为n1=1。
    5，n2= 。 （1）求每种波长的光射入上表面后的折射角r1、r2； （2）为使光束从玻璃下表面射出时能分成不交叠的两束，玻璃板厚度d至少为多少？并画出光路图。
     答案： 1．C　2．A　3．B　4．AD　5．A　6．B　7．C　8．BC　9．A　10．CD　11．C　12．B　13．A　14． 　15．（1） =2×108m/s（2）光路图如下： 16．（1）不能　（2） 17．（1）共有3束（2）在B处射出的光线最强，r2=45°，α=30° 18．（1） 、 （2） 。