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波的折射原理

波的折射原理描述了波在傳播過程中遇到不同介質界面時的行為。當波從一種介質傳播到另一種介質時,由於兩種介質中的波速不同,波的傳播方向會發生改變,這一現象稱為波的折射。

波的折射遵循斯涅爾定律,該定律是由荷蘭數學家斯涅爾發現的,用於描述光在兩種介質分界面上折射時,折射光線方向與入射角和折射角之間的關係。具體來說,當光或波由第一媒質(折射率為n₁)射入第二媒質(折射率為n₂)時,折射角(r)與入射角(i)之間的關係為n₁sin(i)=n₂sin(r),其中n₁和n₂分別是兩種介質的折射率。

此外,惠更斯原理也解釋了波的折射現象。該原理指出,介質中任一波面上的各點都可以看作是發射子波的波源,這些子波在前進方向的包絡面形成新的波面。根據惠更斯原理,知道某一時刻一列波的某個波面的位置、波速,可以用幾何作圖法確定下一時刻的波面。

在波的折射中,波的頻率保持不變,而波速和波長會發生變化。當入射速度大於折射速度時,折射角折向法線;當入射速度小於折射速度時,折射角折離法線。當垂直界面入射時,傳播方向不改變,這是折射中的特例。