斯涅尔定律描述了光在不同密度的介质（例如从空气到水或玻璃）之间穿过时如何弯曲。这种弯曲（折射）就是为什么水中的吸管看起来是弯曲的，也是透镜聚焦光线的原因。了解折射对于光学、镜头设计以及理解海市蜃楼和彩虹等现象至关重要。
公式
n₁ × sin(θ₁) = n₂ × sin(θ₂)
在哪里：
- n₁ = 第一介质的折射率
- θ₁ = 入射角（相对于法线）
- n2 = 第二介质的折射率
- θ2 = 折射角（相对于法线）
角度始终从表面的法线（垂直）测量，而不是从表面本身测量。
常见折射率
| 中等的 | 折射率 |
|---|---|
| 真空 | 1.0 |
| 空气 | 1.0003 ≈ 1.0 |
| 水 | 1.33 |
| 玻璃 | 1.5 – 1.9 |
| 钻石 | 2.42 |
折射率越高意味着光在该介质中传播得越慢。
工作示例
光以 45° 的入射角从空气 (n=1.0) 传播到水中 (n=1.33)。
1.0 × sin(45°) = 1.33 × sin(θ₂)
sin(θ₂) = sin(45°) / 1.33 = 0.707 / 1.33 = 0.531
θ₂ = arcsin(0.531) = 32.1°
当光进入密度较大的介质时，会向法线方向弯曲。折射光线比入射光线 (45°) 更接近法线 (32.1°)。
临界角和全内反射
当光从密度较大的介质传播到密度较小的介质（例如，玻璃到空气）时，存在一个临界角，超过该角度光不会折射出去，而是完全反射回来。这是全内反射：
sin(θc) = n₂ / n₁
对于玻璃 (n=1.5) 到空气 (n=1.0)：
θc = arcsin(1.0 / 1.5) = 41.8°
入射角大于 41.8° 会导致全内反射。这一原理使光纤能够捕获光。
应用
镜片： 镜片形状和折射率共同作用以聚焦或发散光线。更强的折射（更高的n）意味着更薄的镜片可以达到相同的焦距。
棱镜： 不同波长（色散）的折射将白光分离成光谱。
光纤： 全内反射包含光纤电缆内的光信号。
＃＃ 尖端
始终测量与法线的角度，而不是与表面的角度。当光进入密度较大的介质时，它会向法线方向弯曲。当离开较致密的介质时，它会偏离法线弯曲。这种不对称性就是游泳池看起来比实际浅的原因。
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