如何分辨翡翠的折射?

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谢邀 这个问题问得真是时候,今天刚好在课堂上也讲了这个,就借这个地方发一下课上做的PPT,简单分享一下自己对于“识别折射”这个问题的认知好了; 关于“识别折射”的问题,其实包含了两方面:一是识别是否发生了折射,二是识别发生了怎样的折射。这两方面的问题其实是有交集的——如果无法确定是发生了折射,那么当然也无法判断发生的是何种折射了,所以首先需要搞清楚的是“如何判断是否发生了折射”的问题。而判断是否发生了折射的关键在于观察到“色散现象”——这是由于不同波长的光被折射的能力是不一样的,所以对同一物体,波长长的人眼更容易将其辨识为不同的颜色,于是我们就看到了“五颜六色”的现象,也就是生活中常说的“色彩缤纷”“七彩色虹”等等… 所以,只要能够证明“色散现象”的存在,就可以判定一定发生了折射现象。而之所以说“一定”是因为:没有发生折射的时候,不同波长的光会以不同比例混合,我们眼睛对混合光的辨别人为有限,但是一定会认为它是同一个物质(单质或混浊物)。然而当发生折射时,不同波长的光会被分离开来,自然我们一眼就能辨识它为不同的颜色,此时“色散现象”就出现了。

于是我们可以得出结论,要判断是否发生了折射,关键就是观察有无“色散现象”。 但是,问题并没有结束。因为我们看到的“彩虹”其实是大气中的水分子的反射、折射造成的,虽然它看起来像一根直线,但实际它的形状是一个类似哑铃的字形,中间厚两端薄。如果仅凭肉眼观测的话,很容易误以为它真的是一个“圆”,从而根据“圆周角=弧度”的关系,错误地算出“圆心角”(即弧度)等于1/2(因为弧度=180/π,而180是被除尽的了)。这样计算出来的结果当然是错误的!

为了确认是否发生了折射以及确实发生了怎样的折射,我们需要借助一些工具来进行测量。我推荐大家使用数学课中用过的“坐标纸”——在一张白纸上,以直角顶点为圆心,以很短的距离为半径画两个同心圆,然后在里面分别画出两条对称的线段。这样就制作成了一个简单的“坐标纸”。之后把要测量的物体放在圆心处,通过眼睛(注意不要眯眼),寻找最外侧的那一条线(这条线应该和你眼睛的横纬线重合)和其中间那条线(这条线应该和你的竖经线重合),用直尺测量这两条线的距离,这个距离其实就是物体到焦点的距离(f)。然后把这两个数据代入折射公式,即可计算出折射率(n)。

然后你就可以知道它发生了怎样的折射了——当n>1时,发生了正折射,这时物体的像会倒立在地面上;反之,会发生负折射,物体的像会倒立在无限远处。

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