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光的折射之谜:为何光总是沿着耗时最少的路径传播?

更新时间:2024-07-11 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

大家好,我是邱志宇。光会折射,这是常识。有些人可能没吃过猪肉,没见过猪跑,但肯定见过光的折射。那么光为什么会折射呢?初中物理没讲,高中物理也没讲。大学没人学物理,自然也没人知道。剩下的只有一句让人摸不着头脑的话:光总是沿着耗时最少的路径传播。Bly物理好资源网(原物理ok网)

这什么鬼?光为什么一定要走最短路径传播?光每次进入物质界面都要计算吗?当然不是。这种说法直接说出了现象反应的结果,并没有说明内在的逻辑关系。比如经济越不好,口红的销量就越好。是不是因为经济不好,口红才降价?当然不是,而是因为男人赚不到钱,才会把更多的时间花在女人身上,而女人为了增加竞争力,就会在口红上投入更多。Bly物理好资源网(原物理ok网)

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那么我们就结束这个题外话,开始解释为什么光会折射吧。在欣赏我们的心灵画之前,你必须记住两个基本事实:1. 光在不同介质中的速度不同。2. 光是横波。Bly物理好资源网(原物理ok网)

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光的散射也是由于折射造成的,这又是另外一个故事了。Bly物理好资源网(原物理ok网)

先说1,这是很多人不知道的盲点,人们以为光速是宇宙中最快的速度,其实应该是“真空中的光速是宇宙中最快的速度”。在其他透明介质中,光速会以不同的比例衰减,介质密度越大,衰减越大。比如光在空气中的速度是全速的99.86%,但在钻石中只有41.6%;这就是折射的根源。在两种不同介质的界面上,光速相同的情况下,不会发生折射,比如下图。Bly物理好资源网(原物理ok网)

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再说2,波分为横波和纵波,这个也很好理解,看图就行,一眼就能看出来,横波就是振动方向和波传播方向垂直的波;纵波就是振动方向和波传播方向平行的波。到底是哪一类呢?说起来有点奇怪,认真说,都不是贝语网校,但要说更像哪一类的话,应该是横波吧。我就不说为什么了,不然想想也太麻烦了。Bly物理好资源网(原物理ok网)

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剪切波Bly物理好资源网(原物理ok网)

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纵波Bly物理好资源网(原物理ok网)

好了,知道这些还有什么用呢?现在轮到我们用灵魂来画了。这是理想最细光束。因为是横波,所以它的“振动”需要一定的宽度,如下(刚才谁说丑了?站起来!哦……是你啊,没事,我就是随便问问……)Bly物理好资源网(原物理ok网)

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这条蓝线就是两种介质的界面,下方的密度更大,现在一束很小的光向这边过来,因为角度的关系,下方的光会先接触到,从这个时候开始,上下两边的光速就不一样了。然后上方的光也到达了介质界面,如果还是保持原来的路线,上方的光会走紫色的长度光的折射 高中物理,而下方的光只会走绿色的长度。Bly物理好资源网(原物理ok网)

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这会导致什么后果呢?上图大家可以看到一条细细的黑线,这是垂直于光子振动的方向,跟光应该行进的方向是一致的。但是,进入下面的世界之后,由于上下行进距离不匹配,就会向下弯曲,大家可以看到,黑线的方向跟红线不一致。Bly物理好资源网(原物理ok网)

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当然不是像我们看到的那样,等到不对劲的时候才发现。在接触到表面的瞬间,它就会自动按照改变后的振动方向旋转,就变成像下图这样。光线很自然地拐了一个弯。这就是折射。怎么样?是不是突然觉得“哦!原来这么简单!一点都不神秘!”没错,这就是我想要的效果!Bly物理好资源网(原物理ok网)

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至于我开头说的“光沿着这条路径传播需要的时间最少”,通过这张图,用数学方法计算出来并不难。这样的原理必然会产生数学上时间最短的结果。具体的证明方法我就不写了,反正你们也不会看。我知道ヾ(o・ω・)ノBly物理好资源网(原物理ok网)

好了,今天的《童年未解之谜》就到这里,如果你突然明白了什么光的折射 高中物理,请点赞,有话要说,请留言。你知道我脑子里有多少有趣的知识吗?想听我一一说出来,就请关注我吧!我是你们的智宇酋长,最擅长满足好奇心。下期见!Bly物理好资源网(原物理ok网)

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