什么是光的折射，為啥光線入水向下偏折，而水中筷子是向上偏折？

許多人都有這個(gè)疑問，物理書上的的解釋是，光線入水是向法線方向偏折，而人眼看到的水中筷子卻是向上偏折，這符合光線折射的原理嗎？

要弄清這個(gè)問題，先了解一下光的折射是什么

所謂光的折射，是指光從一種介質(zhì)斜射入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向會(huì)發(fā)生改變，從而使光線在不同介質(zhì)的交界處發(fā)生偏折的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就是光的折射現(xiàn)象。

光作用于任何物體，都會(huì)發(fā)生折射和反射現(xiàn)象，各種物體由于密度和形象不一樣，對(duì)光的折射和反射就產(chǎn)生了不一樣的角度和變化，正是因?yàn)檫@個(gè)道理，人類的眼睛才能夠看到各種物體。

還有，可見光是一種復(fù)合光，由紅橙黃綠青藍(lán)紫等七色組成，不同顏色波長(zhǎng)不一樣，從紅到紫，波段介于約780nm到380nm之間，紅色波長(zhǎng)最長(zhǎng)，紫色波長(zhǎng)最短。各種物體在吸收不同波長(zhǎng)的光時(shí)，吸收率和反射率是不一樣的，因此人類就看到了各種物體不同的顏色。這個(gè)原理不在本文討論范圍，今天就不多說了。

光的折射率與傳播介質(zhì)光速有關(guān)

光在不同介質(zhì)中，傳播速度是不一樣的，在真空中最快，準(zhǔn)確值為：299792458米/秒，空氣中其次，約為299552816米/秒。由于這兩個(gè)速度都接近30萬(wàn)千米/秒，因此，人們一般把真空光速和空氣光速都簡(jiǎn)稱為每秒30萬(wàn)公里。

光在冰中的速度為23萬(wàn)千米/秒，在水中的速度為22.5萬(wàn)千米/秒，在酒精中的速度為22萬(wàn)千米/秒，在玻璃中的速度為20萬(wàn)千米/秒。光在不同介質(zhì)中的折射率是不一樣的，遵循與光速成反比的規(guī)律，也就是說介質(zhì)光速越大，折射率越小，而介質(zhì)光速越小，折射率越大。

折射率計(jì)算公式為：n=c/v。這里n為折射率，c為真空光速，v為介質(zhì)光速。比如按這個(gè)公式結(jié)算，光在水中的折射率為n=30/22.5≈1.33

光的折射率是以“法線”為標(biāo)準(zhǔn)衡量的。何謂“法線”，就是光線從真空或空氣中進(jìn)入某種介質(zhì)時(shí)，與介質(zhì)平面垂直的一根想象中的線段（上圖）。光線入射水中和我們看到水中筷子，介質(zhì)都是水，為什么折射率看起來不一樣呢？

原來是光線入水和我們看到的水中筷子光線傳播方向相反

光線入射水中是光線從空氣中入射到水中，速度變小，發(fā)生折射而向法線（與水面垂直的軸線）靠近，與法線的角度變小，因此看起來是所謂“向下偏折”。

而我們看到的水中筷子，則是筷子的反射光從水中傳遞到我們的眼睛中，是從速度相對(duì)更慢的介質(zhì)中往速度更快的介質(zhì)傳播，因此與光線入水是反向而行的，這樣，折射就會(huì)出現(xiàn)遠(yuǎn)離法線，角度變大的現(xiàn)象，這樣，我們看到的筷子就會(huì)“向上偏轉(zhuǎn)”了。

現(xiàn)在明白了吧？原來是我們弄錯(cuò)了方向了。光線進(jìn)入水中和我們看到水中筷子，光線的傳播方向正好相反，因此偏折的方向也正好相反。

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