求光的折射定律和反射定律

求光的折射定律和反射定律
求光的折射定律和反射定律

求光的折射定律和反射定律
改变你的思维看我论证光的折射定律
朱旭辉
2009年8月
1用光子的传播宽度解释光的折射定律

光,是曼妙无比的,给人无尽的遐思.雨后长虹,如雾似梦；镜花水月,亦假亦真,无数光的魅力耀眼着我们的世界.可谁人又能,终探其究竟,解此恒古之谜----光是什么?
在光扑朔迷离的现象下,我们一直认为,光是没有体积与质量的一团能量.但诸多光学现象却难以解释,显微镜显示精度也总是突破不了一个极限----纳米级.我们知道,很多光现象是因为光的折射与反射.但,为什么光会发生这些现象?!这层面纱背后的真容又是什么呢,大家可曾想过?
许是愚人不才,斟酌熟虑之后,试解此迷.愚人以为,光子有其特有的组织.我们稍微改变一下想法便不难得知一二,如果我们认为光子在传播过程中始终保持一定的宽度（此宽度不同于振幅,且不随电场振动而变动）,此宽度远大于原子直径,并且光子传播过程中宽度的边缘都平行同步,且能体现光子在介质中传播的所有特性,只是这么一个简单假设,光的折射现象就很好理解和证明.下面是用初中几何基础就能完全看懂的证明过程!
如图1设想有一个光子（任意的一个）以入射角,由介质1射向它与介质2的分界面上,光子边缘1到达介质分界面上,同时边缘2到达,联接,则即为光子的传播宽度,且垂直边缘1和边缘2,设光在介质1中速度大于光在介质2中速度,当光子边缘1由进入介质2后速度突变为,边缘2速度仍为,由于光子传播宽度的边缘必须保持同步（就是说光的两个边缘联结线时刻垂直光的传播方向）,于是光子传播方向向法线方向发生偏转,当边缘2经过时间到达介质分界面上时边缘1到达,又因为边缘2速度和边缘1速度之比为定值且光子宽度不变,所以边缘1的路径和边缘2的路径是以延长线上某点为圆心的同心
图1
圆弧,且同等圆心角,所以延长线定过圆心.边缘2经过后进入介质2速度突变为与边缘1变为同速,光子传播方向不再偏转,边缘1和边缘2分别沿、上、点的切线方向传播,可以看出光子完全进入介质2后边缘1和边缘2依然平行.设边缘1在介质2内以后的路径上有一点我们过点向下作法线的平行线并取这条线上下方一点,则垂直于介质分界面,且为光子的折射角,设为,再过作分界面的垂线交与分界面于点.
在图2中不难证明：和
又有
于是
由相等圆心角的同心圆弧半径之比等于弧长之比,又得到
于是我们得到
由此可见,对于任意一光子的入射角与折射角的正玄之比为一常数,这样我们便通过光子宽度用一个光子的折射现象导出了光的折射定律.
2在光的全反射现象中用光子传播宽度解释
光的反射定律和折射定律
光从光密介质射向光疏介质时,当入射角增大至某一数值时,折射光线消失,光线全部反射,这种现象称为全反射,此时的入射角度称为全反射临界角.
如图2,设想有一光子以全反射临界角入射,由介质2射向它与介质1的分界面上,设光在介质1中的速度大于光在介质2中速度,当光子边缘1到达介质分界面上时,边缘2到达,联接,则即为光子的传播宽度且垂直于边缘1和边缘2,当边缘1通过进入介质1后速度突变为,边缘2速度仍为,由于光子传播宽度的边缘必须保持同步,于是光子传播发生偏转,当边缘2经过时间到达分界面时,光子边缘1到达,因为边缘1速度和边缘2速度之比为定值且光子宽度不变,所以、是以延长线上某
图2
点为圆心的同心圆弧,又由于为全反射临界角,所以此时恰好与分界面相切与点,也就是说此时光子边缘1与边缘2传播方向都与分界面平行.此后光子的传播可能发生两种情况：
2．1 发生反射
如果边缘2速度没有发生突变,就是说边缘2恰好与分界面相切于介质2的界面上一点,则光子传播就会继续偏转,当边缘1经过时间到达分界面上一点时,边缘2到达,边缘1经过点后重新回到介质2,速度又突变为,与边缘2同速,光子传播方向不再发生偏转.因为此前边缘1速度和边缘2速度之比为定值且光子宽度不变,所以、同样是以为圆心的同心圆弧,此后光子的边缘1和边缘2分别沿着、上、点的切线方向直线传播.此后的光子路径就是于入射光线的反射光线路径.
2．2 发生折射
如果此时边缘2的速度发生突变,就是说边缘2与分界面恰好切于介质1界面上一点时,边缘2速度突变为,与边缘1同速,则光子传播不再偏转,边缘1和边缘2分别沿、在、点的切线方向传播,且分别为折射光的两个边,而此时两切线刚好平行于分界面,所以折射光平行于分界面,所以此时折射角为.一般来说我们做实验所用的介质1与介质2的分界面不可能是一个严格的平面（这里严格是绝对的意思）,所以边缘2沿介质1的分界面表面传播时一旦遇见分界面的凹点时就会再次进入介质2,速度突变为,使光子的传播再次发生偏转,从而使光子再次进入介质2传播,折射光强度就会急剧衰减,但是由于凹点的位置及大小的随机性较大,所以再次进入介质2的光很难再进行准确测量.
2．3 光的反射定律的论证
在图3中,不难看出
=
于是我们就不难求出
即反射角等于入射角,这样在光的全反射现象中我们用光子传播宽度的假设,用一个光子的反射现象论证了光的反射定律.
2.4 光的折射定律的论证
由于折射角等于 ,所以折射角的正玄值为1
于是
由图不难看出
又有
由相等圆心角的同心圆弧半径之比等于弧长之比,得到
于是得到
即入射角与折射角的正玄之比为一常数,这样我们又通过光子宽度的假设在光的全反射现象中用一个光子的折射现象论证了光的折射定律.
3在光的全反射现象中用光子传播宽度解释
古斯--汉申位移、隐失波
首先我先解释一下古斯--汉申位移和隐失波.1947年Goos和Hä·nchen两位物理学家发现：光束在两种介质界面上发生全反射时,反射点相对于入射点在相位上有一突变,而反射光线相对于入射光线在空间上有一段距离.这一现象称为：古斯--汉申位移（Goos--Hanchen shift）.另外,光束在两种界面上发生全反射时,入射波的能量不是在界面处立即反射的,而是穿透到另一介质一定深度后逐渐反射的,而且在此深度内能量流还沿界面切向传播了一个波长数量级的距离.人们把这样一种波称为隐失波.而目前尚没有人对这两种现象作出明确解释.运用光子宽度可以很好解释这两种现象.
在2.1中,我们可以看到反射光线相对于我们预期的反射光线D以及入射光线发生了从到 的位移,通过以上分析我们找出了发生位移的原因,通过光子宽度的假设我们还可以求出位移的长度.
如图3不难看出 、同圆,、同圆,我们再设光子传播宽度为.
由相等圆心角的同心圆弧半径之比等于弧长之比,得到
不难看出垂直界面于点,于是有
又有
由以上三式我们得到
不难看出
所以在光以全反射临界角入射并发生全反射时发生的位移长度为
此位移就是我们所说的古斯--汉申位移,这样我们便能通过光子传播宽度的假设在光的全反射现象中解释发生古斯--汉申位移的原因并求出位移的长度.
在2.2中的折射光就是我们所说的隐失波,此时波的穿透深度可以用光子的传播宽度来表示.
可以看到我们只是简单的改变了一个占据统治思想,且无法详细解释的光子没有体积的观点,却得到了意想不到的效果,轻而易举的从本质上解释了许多光学现象,我想问一句：我们一直以来的这个结论是不是错了?

sinA/sinB
A为较大角B为较小角(经验总结,不要理什么入什么折的)

反射：光反射时，反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线、入射光线分居在发线两侧，反射角等于入射角。
折射：当光从一种介质斜射入另一种介质时，折射光线、入射光线和发线在同一平面内；折射光线和入射光线分别位于发线两侧；入射角增大时，折射角也随之增大。光垂直入射时的折射角等于零。...

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反射：光反射时，反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线、入射光线分居在发线两侧，反射角等于入射角。
折射：当光从一种介质斜射入另一种介质时，折射光线、入射光线和发线在同一平面内；折射光线和入射光线分别位于发线两侧；入射角增大时，折射角也随之增大。光垂直入射时的折射角等于零。

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反射定律:三线同面,两线分居,两角相等