在陽光煦煦的草地上

狐狸貓正在複習著之前學到的光的知識

狐狸貓還記得之前學到

光在不同介質中會有不同的速率

比如在空氣中的光速就略小於真空中的光速

但是狐狸貓覺得很好奇

為什麼光在空氣中的速率會比在真空中小得多 呢

狐狸貓拿出前天從多拉Ｂ夢那裡得到的神奇放大鏡

這個放大鏡可以讓人同時看到光波與組成物質的粒子

狐狸貓準備了一片玻璃

並且用神奇放大鏡仔細的觀察光在玻璃中傳遞的過程

光進入玻璃後

玻璃中的第一顆粒子先吸收入射光

接著再放出光波

第二顆粒子接續吸收被放出的光

然後再度放射出光

這樣的過程不斷的重複著 直到最後光從玻璃射出

狐狸貓這才理解

原來是粒子對於光波的吸收與釋放需要時間

所以光在介質中的傳遞速率才會比較慢

而在空無一物的真空中 因為沒有粒子的吸收與釋放

所以光速會比較快

狐狸貓進一步想

當光在不同的介質中傳遞時

光的行進角度會如何 改變呢

要幫助狐狸貓回答這個問題

我們可以先來看看

一台汽車從光滑的地面行進到泥濘的草地 上時

會發生什麼事

螢幕前的你

能不能幫忙狐狸貓回答這個問題呢

先進入草地的那一顆輪胎速率會變慢

而另外三顆輪胎都還在速率比較快的光滑地面上

因此速率慢的那顆輪胎就像是一個支點

而另外三顆速率較快的輪胎則會繞著這個支點轉

這時車子的前進方向會內縮到Ｂ方向上

上述的情況很像是光從光速較快的介質

行進到光速較慢的介質發生的情況

而我們把這種光偏折的現象稱為光的折射

如果我們定義垂直兩個介質界面的線為法線

入射光與法線的夾角為入射角

光的折射線和法線的夾角為折射角

則當光從光速較快的介質 進入光速較慢的介質時

就像剛剛從光滑地面進入草地的車子一般

折射線會偏向法線 因此折射角會小於入射角

反過來來說

如果光從光速慢的介質 進入光速快的介質

這時折射線就會偏離法線

導致折射角大於入射角

狐狸貓聽完折射現象

很想知道生活中有什麼現象和光的折射有關呢

狐狸貓想著想著

突然看到眼前有杯插著鋼吸管的檸檬汁飲料

怎麼在檸檬汁中的吸管看起來有點彎向上呢

狐狸貓想起之前學到的

我們之所以可以看到東西

是因為物體的光線進入了眼睛

而代表吸管的光線從檸檬汁中傳到空氣裡

最後才進入眼睛

這個過程不就包含了光在兩個不同介質間

檸檬汁和空氣間的傳播嗎

狐狸貓馬上拿起紙筆 開始畫起光的路徑圖

試圖理解剛剛看到的吸管彎曲現象

能否請狐狸貓朋友的你

幫忙畫出光從檸檬汁到空氣的行徑路線呢

狐狸貓思考著 空氣的粒子密度比較低

因此空氣應該是比較類似於真空的狀況

而檸檬汁裡的粒子密度大於空氣

因此光在檸檬汁中的傳遞

應該會經過更多的粒子吸收與釋放

會花比較多時間

所以光在檸檬汁中的速率會比在空氣中慢

狐狸貓推斷

如果將射入眼睛的折射線軌跡向後延伸

會發現這些射線相交於某個點

而這個點其實就是眼睛以為吸管Ａ點的成像

因此 如果把吸管的所有點都畫出來

會發現對於眼睛來說

吸管是在檸檬汁裡的部分 看起來就像是向上彎了一樣

狐狸貓再度拿起飲料

發現檸檬汁中的吸管真的是 向上彎曲呢

狐狸貓將今天學到的知識 做了一個重點整理

光速在介質中比較慢的原因

是因為粒子對於光的吸收與釋放造成的時間延遲

光速大小

真空大於氣體大於液體大於固體

從光速快的介質進入光速慢的介質

折射角會小於入射角

最後 和狐狸貓一起來腦力激盪吧

如果光從液體進入真空中時 折射線會偏離法線

如果一直增大光的入射角 最後折射線的路徑會變的如何呢

勇敢地猜猜看吧

這和當今資訊傳遞速率超快的光纖運作原理息息相關喔