光为什么会折射?
别讲现象,说说原理。
折射产生的原因是光通过不同物质时候的速度不同造成的。打个比方:你开辆车在硬质路面快速行驶,当你斜向驶向沙地的时候,因为一个轮子先进的沙地,它的速度立即减慢,而另一个轮子还在硬质路上还保持原速,于是整辆车的方向就发生了偏转。 如图:V1>V2,造成两边行进距离不同,可是光子又是整体,不可分割,所以整体就会改变方向。
详情请见电动力学
光在不同介质中传播速度不同,速度不同的原因可作如下解释:被束缚在原子里的电子可以视为谐振子,回复力就是核的静电引力,其固有频率大略就是电子绕核运动的频率(数量级约是10^17Hz);这样的电子在外加电磁波的作用下将做受迫振动,稳定后的频率就是外加电磁波的频率(对于可见光,约是10^14Hz);当受迫振动的频率与固有频率差不多时会发生共振——电子受迫振动的振幅最大;比较上面给出的两种频率值可知可见光在介质中远离共振区,但因紫光比红光的频率更接近固有频率,所以紫光所引起的电子的受迫振幅更大——紫光产生的电极化(大体与正负电荷中心的间距成正比)更大——相应的介电常数ε更大;由麦克斯韦方程组导出的电磁波波动方程给出光速C=(με)^(-1/2),ε大即意味着C小。
注意一般非铁质的介质的磁导率μ几乎就跟真空磁导率一样,它对光速的影响可忽略。同样的道理,不同介质分子的共振频率各不相同,同一频率的光所引起的受迫振幅也不同,相应的介电常数就不同,光速也就不同。