折射定律及其应用

折射定律及其应用

一、选题意义

1、理论意义：几何光学的基本定律之一。当光从真空(或空气)射向某种介质时，一部分光线将进入该介质发生折射，折射光线在入射光线和法线决定的平面内，且与入射光线分别位于法线的两侧；入射角i的正弦和折射角r的正弦之比是一常数，叫做这种介质的绝对折射率，简称折射率。用符号n表示，即n=sinisinr。如果光从介质1进入介质2发生折射时，入射角i的正弦和折射角r的正弦之比，叫做介质2对介质1的相对折射率。用符号n 21表示，即n 21=sinisinr。光的折射定律同样适用于声波和电磁波的折射现象。

2、定律意义：折射定律由荷兰数学家斯涅尔发现，是在光的折射现象中，确定折射光线方向的定律。当光由第一媒质（折射率n1）射入第二媒质（折射率n2）时，在平滑界面上，部分光由第一媒质进入第二媒质后即发生折射。光线通过两介质的界面折射时，确定入射光线与折射光线传播方向间关系的定律，几何光学基本定律之一。入射光线与通过入射点的界面法线所构成的平面称为入射面，入射光线和折射光线与法线的夹角分别称为入射角和折射角，以θi和θt表示。折射定律为：①折射光线在入射面内。②入射角和折射角的正弦之比为一常数，用n21表示，即式中n21称为第二介质对第一介质的相对折射率。

二、论文综述

1、论文的渊源及演讲过程

当光波从一种介质传播到另一种具有不同折射率的介质时，会发生折射现像，其入射角与折射角之间的关系，可以用斯涅尔定律（Snell's Law）来描述。斯涅尔定律是因荷兰物理学家威理博·斯涅尔而命名，又称为“折射定律”。

在光学里，光线跟踪科技应用斯涅尔定律来计算入射角与折射角。在实验光学与宝石学里，这定律被应用来计算物质的折射率。对于具有负折射率的负折射率超材料（metamaterial），这定律也成立，允许光波因负折射角而朝后折射。

斯涅尔定律表明，当光波从介质1传播到介质2时，假若两种介质的折射率不同，则会发生折射现像，其入射光和折射光都处于同一平面，称为“入射平面”，并且与界面法线的夹角满足如下关系：

；

其中，、分别是两种介质的折射率，和分别是入射光、折射光与界面法线的夹角，分别叫做“入射角”、“折射角”。

这公式称为“斯涅尔公式”。

斯涅尔定律可以从费马原理推导出来，也可以从惠更斯原理、平移对称性或麦克斯韦方程组推导出来。

2、国内外有关研究综述

大约是在1621年，斯涅耳通过实验确立了开普勒想发现而没有能够发现的折射定律．当时斯涅耳注意到了水中的物体看起来象漂浮的现象，并试图揭开其中的奥秘．由此便引出了他对折射现象的研究．

在总结托勒密、开普勒等前人的研究成果后，斯涅耳做了进一步的实验．在实验中，斯涅耳应用开普勒的方法发现：从空气到水里并落在容器垂直面上的一条光线在水中所走的长度，同该光线如按未偏离其原始方向而本来会通过的路程成一定的比．他指出：折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内，入射光线和折射光线分别位于法线两侧，入射角的正弦和折射角的正弦的比值对于一定的两种媒质来说是一个常数．这个常数是第二种媒质对第一媒质的相对折射率，即：，．其中和分别为入射角和折射角；为折射光所在媒质对入射光所在媒质的相对折射率；和为两种媒质的绝对折射率．斯涅耳的这一折射定律（也称斯涅耳定律）是从实验中得到的，未做任何的理论推导，虽然正确，但却从未正式公布过．只是后来惠更斯和伊萨克·沃斯两人在审查他遗留的手稿时，才看到这方面的记载．

首次把折射定律表述为今天的这种形式的是笛卡儿，他没做任何的实验，只是从一些假设出发，并从理论上推导出这个定律的．笛卡儿在他的《屈光学》（1637）一书中论述了这个问题．

折射定律是几何学的最重要基本定律之一．斯涅耳的发现为几何光学的发展奠定了理论基础，把光学发展往大大的推进了一步．

３、本人对以上综述的评价

三、论文的理论依据、研究方法、研究内容

四、研究条件和可能存在的问题

五、预期的结果

六、论文提纲

（三）结论

七、论文写作进度安排

八、参考文献

九、导师评语