关于光的传播定律

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。

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！

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。

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。

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。

我们可以举一个例子：光在空气中的传播速度约为$3\cdot 10^8 m/s$，而在水中的传播速度约为$2.24\cdot 10^8 m//s$，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

$${\sin 45}/{\sin a}={3\cdot 10^8}/{2.24\cdot 10^8}=1.34$$

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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