折射-射入密度-折射率-临界角-斯涅尔定律

  折射殊（或任何电磁波）在射入另一种介质时 "改变传播方向" 的现象。

  当电磁波射入一个不同的介质时,它的速度会改变。并且，因为频率并不改变，所以波长一定要改变,这使得波改变其传播方向（除了当波直射进介质时）：

  留意在脉冲之间的距离改变了，但脉冲的频率没有改变。

注意："直接向前"的方向叫法线,法线与介质的表面成直角。

  射入密度较大的介质
  射入密度较大的介质时，传播方向角度向法线弯曲。

  想象士兵布阵行军：

  从平地走到山坡

在一边的士兵先慢下来，要保持阵型就要改变前进的方向,

但如果方向直接（垂直）指向山，方向就不会改变

  射入密度较小的介质
  射入密度较小的介质时，传播方向角度离开法线弯曲。

  这是射入与射出密度较大的介质的情形：

  射入密度较大的介质，向法线弯曲

  射入密度较小的介质，离开法线弯曲。
  因为电磁波回到原来的介质，方向也变回和原来一样！

  这是真实景象，光线在塑料块里折射。

  塑料比空气密度高，所以进入塑料块时光的方向转向法线，
  离开时转离开法线。
  不同形状的介质有奇妙的效果：

光线折射到球的边缘

  眼睛用折射来把光线聚焦到眼睛后面：

  光线穿过眼球时通过折射聚焦，投影到眼睛后面的视网膜上,对光敏感的细胞偵測到光子，并将其转换为神经上的信号。影像是倒转的，但这对视觉没有影响！

  折射率
  真空里的速度与介质里的速度的比称为折射率：

  其中

  n 是折射率
  c 是真空里的速度
  v 是介质里的速度
  折射率越大，速度越慢！

  例子：水的折射率是 1.333
  所以光在水里的速度比在真空里慢 1.333倍

  真空里的速度：300,000千米每秒
  水里的速度：300,000千米每秒 / 1.333 = 225,000千米每秒

  以下是一些折射率的数值：

介质	速度 百万米每秒	折射率 n
真空	300	1
冰	228	1.31
水	225	1.333
乙醇	220	1.36
玻璃	205	1.46
橄榄油	204	1.47
钻石	123	2.42

  临界角
  当入射角等于或大于某个角度（叫临界角）时，光线的方向会弯曲到指着内面！结果殊线全部向内面反射。

  这个现象称为全内反射：

  例子：水到空气
  从水底向水面看，我们会看到水上从水平到水平（180°）的事物被聚焦到一个大约 96°的圆锥形。

  在这个 96° 的圆锥外面是（深色的）水底的反射：

海军二级潜水员 Ryan Arnold 仰视

  注意水的表面不是完全平坦的，所以有局部涟漪现象。

  来玩玩：

  试试用折射率 1 = 1，折射率 2 = 1.33，"Down"，"Eye" 来模拟从水底向上看。

  斯涅尔定律

  我们怎样计算这些角度？用斯涅尔定律：

n₁ sin(θ₁) = n₂ sin(θ₂)

  这个定律在入射角小于临界角时成立，入射角大于临界角时则是个简单反射：

n1sin(θ1) = n2sin(θ2)		n1sin(θcrit) = n2		θ1 = θ1
		因为 sin(90°)=1		当 θ1 > θcrit

  例子：空气与水的临界角是多大？

  空气的折射率是 1.003，水的折射率是 1.333

  临界角是当 θ₂ 等于 90°

开始：:		n1 sin(θ1) = n2 sin(θ2)
sin(90°) = 1，所以：		n1 sin(θcrit) = n2
重排：		sin(θcrit) = n1n2
重排：		θcrit = sin-1(n1n2 )
代入数值：		θcrit = sin-1(1.0031.333 )
计算：		θcrit = 48.8°

  你也可以把斯涅尔定律写成以下格式（把每边除以 sin(θ₁) 和 n₂）：

n₁n₂ = sin(θ₂)sin(θ₁) 

  （小心：n 的值是 "1 除以 2"，但 sin() 的值是 "2 除以 1".)