反射—折射

我们来谈谈反射和折射。当光线到达两种介质的边界时，会发生两种情况。现在我们都知道,在真空中光速都是一样的,不依赖于什么类型的灯你谈论如果我当光线穿过一个透明的介质如玻璃或水或苯或者之类的,那么它将与介质的相互作用分子的水和让它慢下来。例如，光穿过钻石时的速度要比穿过水时慢得多。所以当光到达两种支持不同光速的介质之间的边界时在边界处会发生一些事情。光线像这样进来，然后分成两束。一部分会被两种介质之间的边界反射一部分会被折射，它会被传输到新的介质中。一部分反射，一部分折射。

为了用数学方法描述反射和折射过程，我们要测量它与表面的夹角我们要测量垂直于边界的这条线。我们画一条法线，在物理和数学中，法线的意思是垂直的。我们画这个垂直法线然后我们衡量所谓的入射角的角度,光线进入的边界使正常,然后我们衡量所谓的反射角度或角度的反射和反射光线的角度使正常。然后还有透射角或者说折射角这是折射光线与法线形成的角度。

几何光学的标准结果是反射角总是等于入射角。这两个角相等，这意味着入射角和反射角的夹角是入射角的两倍因为我得到了入射角加上入射角。折射角和入射角是不一样的除非两种介质中的速度是一样的如果是，那么光就不能分辨出两种介质的不同所以我最好是一种介质。在折射中，这两个角度的差取决于两种速度的差。一般来说，这是由斯涅尔定律给出的，斯涅尔定律是以一位法国物理学家命名的，他在1621年提出了这个定律尽管事实上人们早在600年前就知道这个定律了，历史有时会这么做。不管怎样，斯涅尔定律我将在这里详细讨论，但它取决于介质中的速度。那么我们如何描述在特定介质中的光速呢?

我们把速度定义为真空中的光速除以n, n的好处是它是无量纲的，它只是一个数字没有任何单位。这叫做折射率有时人们叫它折射率。因为它描述了折射，所以我们可以计算出折光角。我喜欢这样想因为我认为这很容易记住而且是完全正确的，它基本上适用于任何情况我喜欢把它比作拥挤的走廊。假设你在学校里行走，如果人群，如果走廊很拥挤那就意味着你不能走得很快，你不能走廊很拥挤。所以当折射率很大的时候我的走廊很拥挤，我就会移动得很慢。所以你可以把折射率看成是告诉你有多少人在走廊里。大的时候，走廊里挤满了人，小的时候走廊里空无一人，现在你移动得更快了。所以我们的类比,我们来谈谈斯涅尔定律的类比,如果走廊拥挤你的背包,你把你的书,你有你的午餐你提的所有这些东西但是你不能分散,跳过了走廊,因为所有这些人。你必须把所有的东西都拉近，然后走得更近，对吧? You're kind of trudging through with all the other people in the hallway.

另一方面，当你进入一个空的走廊时，现在你可以展开，有空间让你展开。让我们用这个类比来讨论在这种情况下会发生什么。好的，我有波进来，然后它像这样弯曲，所以我想知道两个折射率之间的关系，介质1的折射率和介质2的折射率我还想知道速度之间的另一个关系。好吧，我像这样进来，然后看，我已经偏离了常态。所以当你看到有人向外散开时，你会想，这是一个空的走廊。这里更拥挤，所以我们说n1比n2大因为走廊里的人比走廊里的多区域1的速度比区域2的慢。

注意到指标越大，速度越小，所以用这种方式看问题非常非常简单。如果你问一个定性的问题要比用斯涅尔定律来确定角度要简单得多。所以如果你看到一条光线偏离法线，那就意味着它加速了下面这个分数的指数更小。相反地，如果你看到一个物体进来，像这样向法线弯曲它的速度会变慢，它会进入一个更拥挤的走廊把自己拉向法线，折射率很大。好了，现在我们来讨论另一个你们可能没有想到的，非常简单的定性概念。假设我要取入射射线像这样向下移动。我希望这条射线做什么?天啊，我是说它会移开，折射率不会改变如果我像这样下来这个会像这样但如果我一直这样做，看这里有多大的空间。

这里没有空间了，所以在某一点，这条射线会沿着边界走如果我再走远一点，就不会有折射光线了。折射光线是不存在的，我唯一能得到的是反射光，这个性质被称为全内反射它只发生在从一个运动较慢的介质到一个运动较快的介质时。你可以看到这种现象如果你坐在一个5英尺深的池底通过护目镜或类似的东西向上看。你看起来直从水里你会看到,如果你查找一下你会看到一点的水,但当你沿着越来越远,角度,你光与水的表面变得太大时,你突然不再看到你只会看到池的底部,你只能看到折射，因为不可能有折射。你不能到外面去，因为空走廊里的空气太多了，你试图从水里走到空气里去。这就是反射和折射。