入射角 - 定義、公式、圖表

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引言

入射角及其測量是光學的一個關鍵概念。當光線照射到諸如牆壁和鏡子之類的表面上時，會反射並散佈到環境中。光學科學研究的是光穿過由一種介質到另一種介質時光的運動及其變化的特性。諸如入射光線、反射光線、折射光線、入射角、折射角、反射、折射率之類的術語明確地說明了光特性，這以多種方式對我們有益。本文將嘗試描述光的反射和折射現象及其相關原理。光傳播的常見介質有空氣、水、玻璃、鑽石等。還將使用標準定律和方程說明上面所述不同材料中光的特性。

什麼是入射角？

當光束落在表面上時，在入射端形成兩個角。光源射線與法線形成的角稱為入射角，反射射線與法線形成的角稱為反射角。在光學物理學中，畫在表面上垂直於表面的虛線稱為法線，您經常會在許多上下文中遇到術語“法線”。根據反射定律，兩個角總是一致的。

光的概念

光是一種能量形式。光本身就像其他形式的能量一樣是無形的，但它使發光物體和非發光物體都可見。一個在漆黑房間裡的物體徹底確立了光對於視覺用途的必要性。

入射角公式

入射角與反射角之間的公式是這兩個角度相等。所以，如果$\mathrm{\theta_i}$是入射角，如果$\mathrm{\theta_r}$是反射角，那麼

$$\mathrm{\theta_i=\theta_r}$$

正常觀察是表面的光線角度。例如，如果光線與表面的角度測量為 20°，則入射角為 90° - 20° = 70°。因此，反射角也是 70°。

入射角和反射角之間是什麼關係？

• 從影像中，我們觀察到入射光線、反射光線和法線。入射光線為 AO，反射光線為 OB，法線為 NO。O 是入射點。

• 標記的“i”是入射角，“r”是反射角。

• 入射角“i”= 反射角“r”

• 入射光線和反射光線在同一點（o）上。

入射角和反射角

根據表面的型別，光線會被吸收、反射或透射。當表面不透明時，光線會被反射。由於這種反射，反射光線與法線形成一個角度，稱為反射角。入射光線與法線形成的角度是入射角。入射光線的一部分，其頻率與材料表面原子電子的頻率相匹配，會被表面吸收，永遠不會釋放為光能。這種吸收的能量轉化為熱能。由於我們在反射上下文中描述的表面不是透明的，而是不透明的，所以光能永遠不會透過表面透射。當光線落在不透明的介質或表面上，只會發生反射和吸收。

入射角和折射角

當來自介質 1 的光束斜射在另一個介質（介質 2）的表面上時，當光束進入介質 2 時，光束的方向發生突然改變。光線要麼在另一介質中遠離法線，要麼在另一介質中向法線彎曲。這些光線稱為折射光線，它們與法線形成一個角度，稱為折射角。入射角與反射中的情況相同。

在上圖中，$\mathrm{n_1}$和$\mathrm{n_2}$是兩個介質的折射率。$\mathrm{\theta_1}$是入射角，$\mathrm{\theta_2}$是折射角。第一介質（空氣）中的光線速度$\mathrm{n_1}$是$\mathrm{v_1}$，第二介質（水）中的速度$\mathrm{n_2}$是$\mathrm{v_2}$。入射角在介質$\mathrm{n_1}$中，折射角在介質$\mathrm{n_2}$中。

入射角和折射角的區別

當交叉表面的介質是透明時會發生折射。只有目標介質的透明表面才能讓光線透過，從而允許折射。例如，如果空氣是光線發出的源介質，而水是光線從空氣介質中折射進去的第二介質，那麼水面就是充當交叉介質，並且是透明的。因此，光線會由於水的折射率而稍微向某個方向彎曲。當光線從一種介質傳到另一種透明介質從而讓光束透過時，科學家會觀察到有細微的差異。這種差異在下面的公式中得到了最好的體現，稱為斯涅耳定律

$$\mathrm{\frac{N_1}{N_2}=\frac{Sin\theta_2}{Sin\theta_1}}$$

考慮一種光，對於特定的兩種介質，入射角正弦與折射角正弦之比將始終等於兩種介質的折射率之比。

結論

在不同介質中的光線引數主題已被詳細討論，並藉助圖表和方程進行說明。斯涅爾定律是光學物理學中的一項重要定律，該定律定義了作為常數的折射率。在反射中，入射角和反射角是相同的，而在折射中，入射角和折射角是不同的，除非兩種介質相同。光的可逆性是一個有趣的現象，其中，如果我們反轉入射和折射路徑，光線遵循與初始模式相同的模式。

常見問題解答

Q1. 在解決實際場景時，為什麼需要計算入射角？

答：測量光線與表面的夾角既容易又準確。觀察到此值後，我們需要從法線 (90 度) 中減去該值以獲得入射角。因此，許多時候，我們將面臨根據觀察到的表面角度計算入射角的情況。

Q2. 空氣的折射率是多少？

答：空氣的折射率為 1.0003。在真空中的折射率恰好為 1。光在空氣中的傳播速度比在真空（空間）中的速度略慢，因此與真空相比，該折射率略高。

Q3. 光的彎曲和光線的傳播速度與折射率有什麼關係？

答：在折射期間，光速會增加，折射率較低的介質目標。在這種情況下，光線會遠離法線彎曲。在折射率較高的介質目標中，情況正好相反。

Q4. 入射角何時等於折射角？

答：當兩種介質的折射率相同，入射角將等於折射角。

Q5. 如何計算透光新介質的折射率？

答：我們知道光速是一個常數。令 c 在新介質中的光束速度為 v。

現在，通常表示為 n 的折射率由公式計算得出

$$\mathrm{n=\frac{
u}{c}}$$