“等时圆”对折射定律的表示意义

黄 伟 陈 珂

（1.湖北汉川一中，湖北 孝感 431600；2.武汉光谷教育发展研究院，湖北 武汉 430000）

折射定律概括了光线在不同光介质中传播的基本规律.折射定律是几何光学的基本原理，它的发现奠定了几何光学的定量地位.折射定律有3种表示方式，分别是斯涅耳原理、费马原理、惠更斯原理.

1 折射定律的发展及深入理解

公元2世纪，古希腊人托勒密（约90—168）通过实验研究了光的折射现象，并得出“折射角与入射角成正比”的结论.1611年，德国科学家开普勒（1571—1630）在其系统研究的基础上，写成了《折射光》一书，指出托勒密的折射定律只适用于入射角小于30°的情况.他认为折射角是由两部分组成的，一部分正比于入射角，另一部分正比于入射角的正割，对折射定律的研究开普勒比托勒密前进了一步，但他没找到折射定律的正确形式.

1.1 斯涅耳的折射定律

折射定律物理上的正确表述最早是由荷兰数学家斯涅耳（1591—1626）于1621年由实验得出，他作了这样的表述：对于给定的两种介质，入射角和折射角的余割之比总是保持相同的值.他研究了水中的物体看起来像漂浮的现象，如图1所示，当从空气中的A点观察水中的B点时，犹如在E点一样.斯涅耳发现：对于任意入射角，存在以下关系

图1

斯涅耳得出这一定律，但他在世时并未公开发表，1626年，惠更斯阅读其遗稿后，才正式发表.斯涅耳的折射定律只是实验结果，没有作理论上的推导.

1.2 费马原理与折射定律

费马原理为折射定律提供了严格准……