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xinkaifish

木虫 (职业作家)

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[求助] 这种“光在介质中的折射率”的说法对吗？【有效期至2008年9月27日】

在一个学术会议上听到这种说法，谁有关于这方面的知识能指教一下吗？如果有相关的文献或书籍希望能告知我，不胜感激。

图中有矩形和圆形两个区域，矩形区域的折射率n2高于圆形区域的折射率n1。

如果光子的波长小于圆形区域的半径，那么是否可以得出这样的结论：由于光子在A处的响应光场在圆形区域之内，所以折射率为n1；而在B处，折射率为n2；在C处折射率n3应该介于n1与n2之间。

如果正确，就是说：光子对折射率的响应距离应该是一个波长？

PS：我现在的理解

从光子论方面来考虑，光在不同的介质中光速不同是由于不同介质的分子、原子、电子等实物粒子在单位时间内吸收光子、发出光子的次数不同。另一方面，光波波长越短，光子在相同的路程内与介质中的粒子作用次数越多，光速越慢，意即此种介质的折射率越高。

光子在不同介质中被吸收、发出的可能性不同，在两种介质的界面上，光子集合的运动路线会向着吸收、发出光子的可能性大的地方运动，光线会发生弯曲。通常在界面的一个波长内发生弯曲。（从这里看，光子对介质折射率的响应或感知范围似乎是一个波长，这点我现在也不敢确定）。

如果光子对介质折射率的响应或感知范围是一个波长，那么，在光子的波长小于圆形区域半径的情况下，光子的吸收和发出主要取决于折射率为n1的介质；而在在C处，光子的吸收和发出主要取决于折射率为n2的介质。

C点处于界面上，既不算在圆内，也不是在圆外，因此此处光子的吸收和发出既取决于折射率为n1的介质，也取决于折射率为n2的介质。

综上所述，对包括两种介质的总的矩形区域来看，有效折射率其实是介于n1和n2之间的一个数值。

[ Last edited by xinkaifish on 2008-9-5 at 00:45 ]

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1楼 2008-09-04 06:47:23

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miaomiaowang

金虫 (著名写手)

爱笑的苗苗

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★ ★
xinkaifish(金币+1,VIP+0):这是从光的波动性来理解，我的问题似乎应该从粒子性来理解吧？
xinkaifish(金币+1,VIP+0):确切地说是光子论，而不是光的粒子性

不论入射角或折射角怎样变化，介质的折射率都不变。
对给定的入射角，折射率决定了折射角。而不是反过来。

要透彻理解折射率的决定因素，至少需要大学物理本科知识。但也可以介绍一下：

介质折射率 = 根号下（介质介电常数*介质磁导率）。
对于大多数物质，磁导率约为1。因此介质介电常数越大，光在其中折射率越大。
1．在两种介质的分界面上入射光线、反射光线、折射光线的能量分配．(某种玻璃与空气的界面上)
入射角 (入射光线能量为100％) 反射光线能量折射光线能量
0° 100％ 4.7％ 95.3％
30° 100％ 4.9％ 95.1％
60° 100％ 9.8％ 90.2％
80° 100％ 39％ 61％
90° 100％ 100％ 0％

我们可以得出结论：随入射角的增大，反射光线的能量比例逐渐增加，而折射光线的能量比例逐渐减小．
2．经历了近1500年才得到完善的定律．
(1)历史发展：公元2世纪古希腊天文学家托勒密通过实验得到：
A．折射光线跟入射光线和法线在同一平面内；
B．折射光线和入射光线分居在法线的两侧；
C．折射角正比于入射角．
德国物理学家开普勒也做了研究．
(2)折射定律：最终在1621年，由荷兰数学家斯涅耳找到了入射角和折射角之间的关系．
将一组测量数据抄写在黑板上让学生进行计算(用计算器)，光线从空气射入某种玻璃．

入射角i(°) 折射角r(°) i/r sini/sinr
10 6.7 1.50 1.49
20 13.3 1.50 1.49
30 19.6 1.53 1.49
40 25.2 1.59 1.51
50 30.7 1.63 1.50
60 35.1 1.67 1.51
70 38.6 1.81 1.50
80 40.6 1.97 1.51

通过分析表中数据可以得出结论：
入射角的正弦跟折射角的正弦成正比．如果用n来表示这个比例常数，就有

这就是光的折射定律，也叫斯涅耳定律．
演示：如果使光线逆着原来的折射光线到界面上，折射光线就逆着原来的入射光线射出，这就是说，在折射现象中光路也是可逆的．(在反射现象中，光路是可逆的)
3．折射率n．
光从一种介质射入另一种介质时，虽然入射角的正弦跟折射角的正弦之比为一常数n，但是对不同的介质来说，这个常数n是不同的．这个常数n跟介质有关系，是一个反映介质的光学性质的物理量，我们把它叫做介质的折射率．

i是光线在真空中与法线之间的夹角．
r是光线在介质中与法线之间的夹角．光从真空射入某种介质时的折射率，叫做该种介质的绝对折射率，也简称为某种介质的折射率．相对折射率在高中不作要求．又因为空气的绝对折射率为1.00028，在近似计算中认为空气和真空相同，故有时光从空气射入某种介质时的折射率当作绝对折射率进行计算．
(2)折射率的定义式为量度式．折射率无单位，任何介质的折射率不

4．介质的折射率与光速的关系．理论和实验的研究都证明：某种介质的折射率，等于光在真空中的速度c跟光在这种介质中的速度之比．