相信大家都对筷子在水中弯折的现象并不陌生，但你是否知道此现象与光的折射有着密切关系呢？你是否对此感到好奇？那么接下来，带着你的好奇心，跟随电小二一起去探索其中的奥秘吧。
公元2世纪，古希腊科学家托勒密进行了一个关于光折射的实验。他设计了一个圆盘，上面装有两把能绕盘心旋转的尺子，并将圆盘的一半浸入水中。通过让光线由空气射入水中，就能够得到它在水中的折射光线，转动两把尺子，使它们分别与入射光线和折射光线重合，然后取出圆盘，按尺子的位置记录下入射角和折射角。
尽管托勒密的实验方法是正确的，实验结果也相当精确，与现代值几乎没有多大的差别。但由于测量不够精确，他得出了一个谬论，即折射角与入射角成正比。他也因此丧失了一次发现折射定律的机会。
17世纪初，伽利略制成了望远镜，并利用它进行了很多重要的科学观测。这些新的发现激励了德国科学家开普勒对光折射现象进行深入研究。在汇集前人经验的基础上，开普勒断定托勒密关于折射规律的结论是不正确的。他从理论上加以探索，结果得出了折射定律。虽然开普勒关于折射定律的研究比托勒密前进了一步，但仍未能得出正确的折射定律。
真正确立正确折射定律的是荷兰数学家威里布里德·斯涅耳和法国数学家笛卡儿。
斯涅耳通过精心设计的实验，继承并发展了开普勒的方法，得出了重要的光学发现：当光线从空气进入水中，击中容器的垂直表面时，光线在水中的路径长度与它若未发生偏折本应行进的距离之间存在一个恒定的比例关系。他进一步阐明，折射光线始终位于入射光线和法线所确定的同一平面内，且入射光线和折射光线分别位于法线的两侧。
斯涅耳的这一折射定律是从实验中得到的，没有做任何的理论推导，虽然正确，但却从未正式公布过。1626年，就在斯涅耳去世不久，惠更斯和伊萨克•沃斯两人在审查他遗留的手稿时，才看到他关于发现折射定律的记载。
1637年，法国数学家笛卡儿进一步完善了斯涅耳光的折射定律，第一次给出了折射定律的现代表述形式。他提出了光就是由某种介质传递压力的模型，用数学的方法导出了用正弦函数形表述的折射定律。实际上，斯涅耳是首次从物理上阐明了光的折射定律，而笛卡儿是从数学上推出该定律。因此，折射定律被称为斯涅耳定律，也有人称为笛卡儿定律。
关于折射的实验有很多，也方便操作。接下来让我们观看一些有趣的视频去了解光的折射。
光波是一种特定频段的电磁波。光在传播过程中有两个垂直于传播方向的分量：电场分量和磁场分量。当电场分量与介质中的原子发生相互作用，引起电子极化，即造成电子云和原子荷重心发生相对位移。其结果是一部分能量被吸收，同时光在介质中的速度被减慢，方向发生变化，导致折射的发生。 光的折射和反射实际上可以理解为部分光子透射、部分光子反射。但是如果想问是哪个光子反射、哪个光子折射，实际上是办不到的。因为光子只代表电磁场能量分布，其出现多少代表了电磁场的能量大小。在光入射到物质表面时，部分电磁场能量透射，形成折射光，部分电磁场能量反射，因此在折射和反射方向都能探测到光子。
04 实际现象和应用
海市蜃楼，又称蜃景，是地球上物理反射的光经大气折射和全反射而形成的虚像，实际上是一种光学现象。
光纤通信利用光的全反射和折射原理进信息传输。光在光纤内壁不断反射和折射，沿着光纤传输信息。
光的折射现象不仅是物理学中的重要研究领域，更在我们的日常生活和众多行业中有着广泛而深远的影响。它宛如一把神奇的钥匙，不断开启着人类探索未知世界、推动创新世界发展的大门。这一现象激励着科学家们继续深入研究光的奥秘，也让人们对未来光科技可能为世界带来的更多惊喜满怀期待，相信在光折射原理的持续助力下，我们的生活必将被更多的创新成果所充实，走向更加光明且充满无限可能的未来。今天电小二就分享到这啦，下次再见。
统 筹 | 丁蒙蒙
策 划 | 杨 健
封 面 | 杨 健
图 片 | 杨 健
文 案 | 储鸿洁
排 版 | 曹志伟
审 核 | 张竞文
