光波通过透镜为什么会偏折?光的折射的实质是什么?

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/05/08 16:05:38

光的折射

简单的说:在不同的介质中光的速度不一样,传播方向也会发生变化

说的理论一点:费马定理认为光在两点之间传播时,其光程取极值,光程=路径*折射率, 这条定理是几何光学的基础之一

光的折射:光由一种介质(物质)斜射到另一种介质传播方向发生改变这种现象叫光的折射。
惠更斯提出:假定一平面波的波面从左上方落到空气与玻璃(或任何另的两种介质)的界面上。当这列波的波面是在aa′的位置时,它与界面在a点相遇,从该点便发出一球面子波传入玻璃中。随着波面在空气中继续前进,从b点、c点等依次发出其它子波。图中相当于前进着的波面到达dd′位置的情况,这时从d点刚刚正发出玻璃中的子波。为了找到玻璃中波面的位置,我们要作所有子波的包络线,在此情形下,它将是一条直线。如果像图中所假定的那样,认为光在玻璃中的速度小于在空气中的速度(就是玻璃中球面子波的半径小于空

气中相邻波面之间的距离),那么玻璃中的波面就会向下倾斜,折射光就比入射光更接近垂直线了;这正是光从空气进入玻璃时实际发生的情形。要是玻璃中的光速比空气中大,就会发生相反的情况。为了求出入射角i与折射角r之间的关系,可考虑两个有公共斜边的直角三角形bde和bdf。根据正弦函数的定义:

第(1)式除以第(2)式,便得

式中V(空气)和V(玻璃)是光在这两种介质中的速度。这个公式表明,两个正弦函数之比(称为折射率)等于两种介质中的光速之比。即稠密介质(如玻璃)中的光速度小于稀疏介质(如空气)中的光的速度。这正好是修正后的斯涅耳定律。

关于这个问题可以从两个角度回答。
1.根据Maxwell方程组的积分形式以及介质的电磁性质方程,结合两种介质的分界面上电磁场的边值关系,可以得出光的折射定律和菲涅尔公式。前者是nsinI=n'sinI',n和n'分别是第一种介质和第二种介质的折射率,I是入射光线和法线的夹角,I'是折射光线和法线的夹角。由于透镜材料和空气是两种折射率不同的介质,所以I'不等于I,即光会改变方向,发生偏折。
2.根据费马原理,光是沿着光程为极值的路径传播的。这是几何光学的最基本的定律,整个几何光学都是建立在费马原理