4-3折射现象.PDF

第 4 章 幾何光學 177 4-3 折射現象 本章前言提過，光從一介質進入另一不同的 介質時，在兩介質的界面上會發生部分反射和部 分折射的現象。除了入射線的方向與界面垂直之 外，光在透射時，其前進方向會發生偏折，這 是日常生活中常見的現象，例如插入水中的吸管， ▲圖 4-38 由於光的折射 現象，使得吸管看似折 看起來似是折成兩截（圖 4-38 ）。雨後出現的彩 成兩截。 虹、夜晚星光的閃爍等自然現象都和光的折射有 密切的關係。光的折射在生活上應用的例子尤多，例如眼鏡、照相機、 顯微鏡、望遠鏡等。甚至於我們眼睛的視覺作用也與光的折射有關。 1. 司乃耳定律 在圖 4-39(a) 中，光線從空氣射至半圓形玻璃板的圓心時，我們可以 觀察到有部分光線反射，部分光線進入玻璃中。進入玻璃中的光線，並 不沿著原來的方向行進，而有偏折的現象。 像這樣，光從一 種介質進入另一種不 同的介質時，行進方 向發生改變的現象稱 為折射 。圖4-39(b)為 各光線的幾何關係圖 (a) (b) ，光從第一介質傳播 ▲圖 4-39 (a)光從空氣射至半圓形玻璃板的圓心時，其行進 方向並不沿著原來的方向行進，而有偏折的現象。光線從空 進入第二介質，O 為 氣進入玻璃中，其行進方向偏折。(b)入射線、反射線、折 射線和法線的幾何關係圖，入射角θ 等於反射角θ ，而折 1 1 入射點，AO 為入射 射線行進方向與入射線方向不同。 線，ON 為法線，從入射點偏折進入第二介質的光線 OC ，稱為折射線。 θ 為入射角，折射線與法線的夾角稱為折射角 θ 。 1 2 178 高中選修物理(上) 當光從空氣進入水或玻璃中，實驗發現折射角θ2 小於入射角θ1 ，即 折射線偏向法線。反過來，當光從水或玻璃進入空氣，折射線將偏離法 線。若改變入射角θ ，則折射角θ 也會改變。 1621 年荷蘭人司乃耳 1 2 （Willebrord Snell,1580-1626 ）實驗發現，光在折射時遵守折射定律 （law of refraction) ，或稱為司乃耳定律 （Snells law ）。 1. 入射線、折射線和法線均在同一平面上， 表 4-1 一般物質的折射率 介質 折射率 且入射線和折射線分別在法線的兩側。 空氣 1.00029 2. 入射角和折射角的正弦比值為一定值，即 二氧化碳 1.00045 sinθ1 水 1.333 ＝n 4-4 式 s