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正确的光折射理论

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《正确的光折射理论》
光是一种极小的物质粒子,和其它物质粒子一样,具有物质的一切属性,光与其它物质之间存在相互作用力。
科学家对光折射的研究有几百年的历史,但是,时至今日,仍有很多人不知道光折射是由光与透明体之间的两种相互作用力造成的,我是物理老师,光学学会会员,有义务在此,再给喜欢物理学的朋友们解释清楚。几百年前,牛顿只知道光与透明体之间的相互吸引力作用使光发生折射,不知道光进入透明体原子核10^-10米范围内又有相互排斥力作用,所以出现了一点运动速度上的错误;上世纪托马斯扬等人更不清楚光与透明体之间的相互作用力,出现180度的运动方向上的错误,即把向我们运动的物体看成是远离我们的物体。
光的折射:光是一种物质微粒,光与其它物质微粒一样,与透明体物质在10^-9以上时发生相互吸引力作用,使光垂直于透明体表面运动速度增加,光的运动方向,向透明体发生偏折;光进入透明体原子核10^-10米范围内时,原子核将与光产生相互排斥力,阻挡光的前进,使光的运动速度降低,但是,不再改变光的运动方向。先看看光与透明体的相互吸引力作用。
1.光和透明体相互吸引力作用:

光和透明体的相互吸引力如图二所示,为了方便起见,把光折射实况“放大几十万倍”,图中绿色长方体示n=1.5的透明体,黑线L示法线,红线示光的运动路线,图二中的光子在A点沿着AE方向运动,并且与周围的物质发生相互作用力。但是光到达O点后,光与透明体发生较大的相互吸引力作用,即光以O点为中心的一个球形范围内的物质发生相互吸引力。由于光子以上没有物质,光只与透明体表面下半个球体SK内的物质发生较大的相互吸引力作用,使光产生垂直于界面运动的加速度和速度,使光的运动方向改变、运动速度提高,沿着OB抛物线最后射向B,运动速度达到瞬时最高。
光在B点的瞬时速度可以计算出来。

图三是光在B点的实际瞬时速度“缩小了约100亿倍”几何示意图。设透明体折射率n=1.5,黑线L示法线,红线长度示光的运动速度。光在B点的速度用Z表示,平行于透明体表面的速度用X表示,垂直于透明体表面的速度用Y表示,光的入射速度为C=2.99792458 X10^8米/秒
(1) 光平行于界面的速度未受影响,其值不变:
X=C=2.99792458 X10^8米/秒,
相互吸引力使光的速度增加为Z,由折射角和折射率得:
(2)Z=X/sinr=nC=4.49688687 X10^8米/秒,
在相互吸引力作用下,光产生的垂直于界面速度为Y:
(3) Y=Zcosr=3.351781576 X10^8米/秒。
由此看出,光与透明体表面的相互吸引力作用使光产生垂直于表面的速度,使光在界面附近最大的瞬时速度增加致原速度的n倍。
2.光与透明体原子核的相互斥力作用:光继续运动,与透明体原子核的距离继续缩短至10^-10米以内时,相互排斥力使光的运动速度下降。光在透明体内的各种速度可以求出,如图四所示。

设光在透明体内的速度为V:
(4) V=C/n=1.998616387 X10^8米/秒,
(5)斥力作用使光速降低幅度为k=Z/V=n^2;
根据三角关系,光克服斥力作用后剩余的运动速度为V余:
(6)V余=C/n^2= 1.33241146 X10^8米/秒;
光平行于透明体表面的速度为VS:
(7)VS= V余/sinα=X/n^2=1.33241146 X10^8米/秒;
光垂直于界面剩余的速度为Vh:
(8)Vh=Y/n^2=1.489680700 X10^8米/秒。
在光的折射过程中,光与透明体的相互作用力主要表现为吸引力和斥力两种,相互吸引力使光产生接近透明体的加速度和速度,光的运动方向改变,光的速度暂时增加;相互斥力作用,仅仅使光速度降低。光射出平行透明体的受力和进入时相同,是逆过程,使光的运动速度和方向能够基本上恢复如前。有不妥之处,可以随时批评交流!
周天顺
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1楼2020-04-03 06:51回复