Long Long Ago,有着一个庞大的国家,它的名字叫宇宙。那里有着无数的子民,其中一个庞大的家族叫做“光”。这些子民“光”,并没有受到任何法律的约束,不过要受到三个“定律”的限制,它们是——光的直线传播定律、反射定律、折射定律

光的直线传播定律

我们已经知道,在均匀的媒质中,光的传播路径是一条直线。这是人们从实践中总结出来的,而直线本身的定义也是由光学的观察而产生。在点光源的照射下,物体的影子,相当于用直线所作的几何投影。


图片说明:光的传播

但是,“光”有点狡猾,它并非任何时候都去遵守直线传播定律。由于“光”这个小子有点特殊,它同时具备了粒子和波的性质。当我们硬要“光”通过直径很小的孔时,这个子民显现它的“波”的动性了,不受这个定律的约束。如果以直径$1/{100}$mm的孔作小孔成像时,我们只能看到一个模糊的像。如果直径低于$1/{2000}$mm,就再也成不了像。“光”也就罢工成功了!


图片说明:小孔成像

光的反射定律

在宇宙这个王国里,子民之间总免不了要交往。当“光”遇到了“镜子”,它就必须遵循“反射定律”。事实上,任何可反射光的物体,都可以称之为“镜子”,可见,“光”的人际交往还是挺广的。


图片说明:光的反射

光的反射定律内容为:1.入射光线、反射光线、法线在同一平面内,且入射光线和反射光线分居发现两则;2.反射角等于入射角。在同一条件下,如果光线从原来的反射线入射到界面,光线必定从原来的入射线反射出来,这就是“光的可逆性”。漫反射和镜面反射一样都会严格遵循这个定律,这不过漫反射的界面是由许许多多的法线方向不同的“镜子”组成,所以造成了发生光线的不规则。

不过,不同的“镜子”与“光”的关系并不同。有的要好一些,要的会闹翻了。比如,当光与玻璃相遇时,他们会变得十分友好,96%的光都愿意与玻璃共住,只有4%的光,被玻璃拒绝于门外,反射出去了。而铝这个子民却显得十分不友好,光与它们相遇,则只有不到10%的光愿意与他们交往,其余的90%都被拒绝了。这里面涉及到了一个“反射率”,是反射光强度和入射光强度的比值。也许在这个王国里,不同的物质也有不同的身份,像铝这样的高贵人物,是很多人所不能高攀的。

光的折射定律

这是“光”要遵守的另外一部“定律”,是光“闯天下”的武器。当光从一种均匀介质射入另一中密度不同的均匀介质中时,光的路径会发生偏折。至于偏折多少,怎样偏折,也要看光与介质的友好程度了。


图片说明:光的折射

折射定律指出:1.折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内,折射光线和入射光线分别位于发现两侧;2.入射角的正弦和折射角的正弦比值,等于一定的两种介质来说是一个常数,这常数等于第一介质中与第二介质中的光速之比。


图片说明:实际中光的折射

我们可以举一个例子:光在空气中的传播速度约为$3*10^8 m//s$,而在水中的传播速度约为$2.24*10^8 m//s$,若光从空气中以大约与水平面成45°射入,那么折射角为a,就有

${sin45}/{sin a}={3*10^8}/{2.24*10^8}=1.34$

由此可以推算出,a=31.9°

总结

由此可见,无论在哪里,无论是什么,物质都会受到一定的约束,而这样的约束,正是创造宇宙的根本。


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