折射

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簡介

本教程將重點解釋折射的定義，即波或光線在從一種介質穿過另一種介質時發生的偏轉。基於物理學概念，本教程將包括對光發生折射原因的解釋。此外，本教程還將討論折射定律以及折射的影響和應用。

什麼是折射？

圖 1：折射

• 眾所周知，光在宇宙中以最快的速度傳播。然而，在傳播過程中，光會在到達人眼的光學系統之前穿過各種表面，使人們能夠正確地看到物體。

• 在這種情況下，人們發現光在穿過空氣並遇到任何表面時，會發生彎曲（Merriam-webster，2022）。這種光線彎曲的特定現象被稱為光的折射。

折射的原因

圖 2：折射的原因

折射的主要原因是光線總是以特定角度遇到表面。

這個折射角總是取決於光線穿過的介質的折射率。另一方面，這種現象通常會導致光速發生微小變化（Bhaduri 等人，2020）。

由於光速或速度發生了變化，光在與任何表面接觸後會略微彎曲（Sciencedirect，2022）。

例如，如果考慮光線從空氣傳播到水中，由於水比空氣密度更大，因此光速會降低。

折射定律

為了證明光的折射，物理學提出了兩種定律。折射的第一定律指出折射線、入射線和法線都位於同一平面內，該平面位於兩種介質的介面處。入射角的正弦與折射角的正弦之比相等（Sciencelearn.org，2022）。這一現象有助於建立公式，表示為 sin i/sin r = 常數。

折射在自然界中的影響

在自然界中，可以觀察到多種光折射的影響。例如，雨後彩虹的形成被認為是陽光穿過空氣中存在的水滴的自然折射現象（Ramaccia 等人，2020）。

• 在太陽實際到達地平線之前，陽光會穿過地球的大氣層，並照射到生物的眼睛。同樣，日落後，月球的光線會在到達並照射到人們眼睛的光學系統之前，先穿過地球的大氣層發生折射。正是地球不均勻的大氣層導致了夜空中閃爍的恆星的模糊視覺。

折射的應用

由於透鏡是透明物體，因此透鏡能夠折射光線。為了利用透鏡的這一特性，透鏡通常用於相機和雙筒望遠鏡（Sciencedirect.com，2022）。在宇宙學中，為了拍攝遙遠宇宙的影像，利用瞭望遠鏡中透鏡對光的折射作用。

折射率

圖 3：折射率

折射率是指透過計算真空中的光速與密度更大的第二介質中的光速的比率而獲得的值。折射率的變數通常用字母 n 和 n' 表示，並以此為基礎來安排描述性文字和各種方程式（Britannica，2022）。計算折射率的公式表示為 μ = c/v

結論

本教程的主要重點是討論物理學中的一個概念，即光的折射。本教程包括對光折射定義的解釋，以及對摺射應用的解釋，例如放大和在沙漠中看到海市蜃樓等等。此外，本教程還涵蓋了折射定律以及光通常發生折射的原因。折射定律包括以下陳述：在入射點，所有光線（如折射線、入射線和法線）都位於同一平面內。

常見問題

Q1. 波的折射何時發生？

當光波以特定角度從一般光源入射並穿過一種介質的邊界進入另一種介質時，就會產生光的折射。在這種情況下，光波的速度通常會發生變化。

Q2. 折射和反射有什麼區別？

反射和折射之間主要的區別在於，在反射中，來自一個物體的光線照射到另一個物體上並反射回原物體，而在折射中，光線從一個光譜傳播到另一個光譜，並且入射角的方向會發生輕微變化。

Q3. 折射時會發生什麼？

由於光的折射，照射到人眼晶狀體表面的光線會發生彎曲。這種現象幫助人們看到物體，並常常會讓人產生錯覺，例如在沙漠等地方產生海市蜃樓。

Q4. 光的折射有哪些例子？

光線在從空氣穿過人眼的光學系統時彎曲的過程有助於形成海市蜃樓。鉛筆在水中看起來彎曲也是折射的一個例子。

參考文獻

期刊

Bhaduri，B.，Yessenov，M. 和 Abouraddy，A. F.（2020）。光時空波包的異常折射。自然光子學，14（7），416-421。檢索自：https://arxiv.org

Ramaccia，D.，Toscano，A. 和 Bilotti，F.（2020）。光透過超材料時間平板的傳播：反射、折射和特殊情況。光學快報，45（20），5836-5839。檢索自：https://arxiv.org

網站

Britannica.com，(2022)。折射率。檢索自：https://www.britannica.com [檢索於 2022 年 6 月 10 日]

Merriam-webster.com，(2022)。折射。檢索自：https://www.merriam-webster.com [檢索於 2022 年 6 月 10 日]

Sciencedirect.com，2022。折射 - 概述。檢索自：https://www.sciencedirect.com [檢索於 2022 年 6 月 10 日]

Sciencelearn.org.nz，(2022)。光的折射。檢索自：https://www.sciencelearn.org.nz/resources/ [檢索於 2022 年 6 月 10 日]