📜  弯曲表面的光折射

📅  最后修改于: 2022-05-13 01:56:14.271000             🧑  作者: Mango

弯曲表面的光折射

当介质发生变化时,速度和波长会发生变化,但频率保持不变。光速在特定介质中保持不变。光似乎在透明介质中沿着直线路径传播。但是当它从一种透明介质传播到另一种时会发生什么,答案就是折射。

考虑部分浸入水中的铅笔的明显位移。从浸没在水中的铅笔部分照射到你的光似乎是从与水面上方不同的方向发出的。因此,铅笔似乎在界面处移动。由此,我们可以说光在所有介质中的传播方向并不相同,因此当从一种介质倾斜地传播到另一种介质时,光在第二种介质中的传播方向会发生变化。这种现象称为光的折射。

折射定律

  • 折射第一定律:入射光线和折射光线在入射点的法线的相对两侧,并且三者都在同一个平面上。
  • 折射第二定律:对于给定的一对介质,入射角的正弦与折射角的正弦之比是恒定的。 (该常数称为第二介质相对于第一介质的折射率)。它写成,

曲面的折射

曲面折射

考虑将介质 1 和介质 2 分开的球面的 APB。令 μ 1表示介质 1 的折射率,μ 2表示介质 2 的折射率 (μ 2 > μ 1 ) 其中 C 是曲率中心,R 是曲率半径,i 是入射角.

现在,考虑介质中的对象“O”- 1. 入射光线 OP 与 PI 一起通过介质 2 不受影响。考虑第二条光线 OD,它入射到表面上并在点 D 处形成入射角“i”。折射后,它向法线 CD 弯曲并在点 I 处与轴相交。因此,点 I 是点对象O的真实表示。因此,OP表示对象到表面的距离,PI表示图像到表面的距离,PC表示曲率半径(因为C是曲率中心)。

该表达式是针对真实图像获得的,但同样适用于虚拟图像和任何一对折射介质。在使用上述表达式时,量 v、u、R 将与其适当的符号一起使用(根据新的符号笛卡尔系统)。

折射在曲面上的应用

  • 透镜用于折射以生成图片,类似于放大。
  • 门上的窥视孔,实验室使用的放大镜。
  • 折射的另一种用途是 VIBGYOR,它是白光在穿过玻璃棱镜时被分成颜色光谱的方式。
  • 为了矫正人眼的屈光缺陷,使用了屈光凹凸眼镜。
  • 海市蜃楼或星星的闪烁是大气折射的一个突出例子。

示例问题

问题1:一束光线以70°的入射角入射到水面上。当光线进入水中时,光线会从 25° 向法线方向偏离。计算水的折射率。

解决方案:

问题 2:曲率半径为 5 厘米的球面将水和玻璃隔开。一个物体放置在距离表面 50 厘米的水中的主轴上。如果表面是,则找到图像的位置,

  • 凹和
  • 凸的。

(水的折射率为 4/3,玻璃的折射率为 1.5)。

解决方案:

问题 3:凸面将折射率为 1.3 和 1.5 的两种介质分开。如果曲率半径为 20 厘米,物体距离折射面 260 厘米,则计算图像到折射面的距离。

解决方案:

问题4:空气中的点状物体位于距其极点15cm的凸玻璃表面的主轴上,玻璃的折射率为1.5球面的曲率半径为30cm。找到图像的位置并说明其性质。

解决方案:

问题 5:一个点物体被放置在距离一个半径为 2 厘米、折射率为 1.6 的玻璃球中心 8 厘米处。画出射线图并从截然相反的位置观察时找到图像。

解决方案: