如果你站在沙灘上，低頭看腳下的水，你會發(fā)現(xiàn)水是透明的，反光不是很強(qiáng)； 如果你遠(yuǎn)遠(yuǎn)地看水面，你會發(fā)現(xiàn)水并不透明，但反光卻很強(qiáng)烈。 這些情況是什么？
事實(shí)上光折射本質(zhì)的推導(dǎo)，人類至今還不知道光的本質(zhì)是什么，但一直關(guān)注著光的現(xiàn)象。 他們在觀察光的反射和折射中，得到了一些規(guī)律性的內(nèi)容，最終總結(jié)出了光的反射定理和折射定理。
在中國古代，最早的表述應(yīng)該是墨子。 在他的《墨子》一書中，有八篇與光學(xué)有關(guān)的文章，其中四篇與光的反射和平面鏡的成像有關(guān)。 但事實(shí)上，墨子并沒有提出光的反射定理。
墨子：不關(guān)我事！
在西方，古埃及就有光學(xué)的研究。 特別是與光反射和折射相關(guān)的幾何光學(xué)得到了充分發(fā)展。 然而，誰先得到這條規(guī)則卻沒有準(zhǔn)確的推斷。 有人認(rèn)為入射角和反射角相等的知識是柏拉圖學(xué)派發(fā)現(xiàn)的； 有人認(rèn)為托勒密（90-168）是第一個認(rèn)識到入射角和反射角相等的人；
柏拉圖：我是第一個知道入射角和反射角相等的人。
托勒密：這不是說我是第一個發(fā)現(xiàn)入射角和反射角相等的人嗎？
其實(shí)更準(zhǔn)確的是歐幾里得，他在專著《反射光學(xué)》中記錄了他對反射現(xiàn)象的研究。 公元前280年左右，歐幾里得借助嚴(yán)格的幾何公理體系完善了幾何光學(xué)。 在《反射光學(xué)》一書中，他借助幾何知識確定了光的線性和反射定理，并表示了入射角等于反射角，這是關(guān)于反射定理的最早表述。 他將此定理應(yīng)用到平面鏡和球面鏡的成像中。 歐幾里得發(fā)現(xiàn)了凹面鏡的聚焦效應(yīng)，并假設(shè)其焦點(diǎn)位于球體中心或球體中心與鏡子之間。
：我就不說了，你可以自己看我的書《反射光學(xué)》。
后來盧克萊修從原子論的角度描述了反射定理，亞歷山大的凱龍已經(jīng)進(jìn)一步認(rèn)識到光所走的光路是最短的，并由此出發(fā)證明了入射角和反射角是平等的。
據(jù)傳說，阿基米德用反射陽光的穿透鏡點(diǎn)燃了羅馬船只。 這是最早利用光的反射的故事，而這種能反射陽光的全身鏡很可能是凹面鏡，因?yàn)橹挥邪济骁R才能形成聚光效果，達(dá)到燒船的目的，但原理仍然遵循反射定理。
阿基米德：我只是靠光的反射，懶得和大家爭論。
然而，上述歷史事實(shí)只能說明西班牙人發(fā)現(xiàn)了反射角等于入射角，但并沒有完全論證光的反射定理。 因此，反射定理的發(fā)現(xiàn)并不是完整的，不僅兩個角度相等，而且還有一個逐步建立的過程。
Al ：大家好，我是來增加的，所以我的名字是！
公元10世紀(jì)至11世紀(jì)，阿拉伯學(xué)者阿爾·哈森（Al Hazen）寫了《光學(xué)集》一書，認(rèn)真研究和討論了光的反射。 進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，在反射現(xiàn)象中，除了反射角等于入射角外，反射光必須在由入射光和界面法線確定的平面內(nèi)，因此在建立光的反射定理。
1657年，丹麥物理學(xué)家費(fèi)馬（1601-1665）再次從最短光程原理證明了反射定理中兩個角度相等的正確性。
費(fèi)馬：人們說我的工作和的一樣？ 難道要丟給你一個大法嗎！
日本土木工程師、化學(xué)家菲涅爾（1788~1827）發(fā)現(xiàn)了在不同地點(diǎn)觀察到的河水反射的差異，得到了反射/折射與視角的關(guān)系，從而提出了現(xiàn)代常用的光的反射定理。次數(shù)：
反射光和入射光與法線在同一平面上； 反射光和入射光在法線的一側(cè)分離； 反射角等于入射角。
這個定理可以概括為：“三條線在同一平面，兩條線分開，兩個角相等”。
由于菲涅爾的貢獻(xiàn)光折射本質(zhì)的推導(dǎo)，光的反射也稱為菲涅爾反射。 至此，光的反射定理就結(jié)束了。
與光的反射一樣，折射最初是日常生活中觀察到的一種現(xiàn)象。
亞里士多德直接提出了光的折射問題：為什么一根棍子插入水底看起來是扭曲的。
亞里士多德的問題：為什么一根棍子插入水底看起來是扭曲的？
作為天文學(xué)家，托勒密在對天體的觀察中發(fā)現(xiàn)了光的折射現(xiàn)象。 他對光折射的實(shí)驗(yàn)研究更進(jìn)了一步。 他設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)來測量光線從空氣進(jìn)入水底的一系列角度值。 托勒密測量的數(shù)據(jù)足夠準(zhǔn)確，與現(xiàn)代檢測值幾乎沒有太大差異。 遺憾的是，托勒密無法從正確的數(shù)據(jù)中找到正確的定律，只提出折射角與入射角成正比。 逆推論。 事實(shí)上，這種推論只適用于入射角較小的情況，因此他并沒有因此而發(fā)現(xiàn)光的折射定律。
托勒密留給我們的教訓(xùn)是，正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對于發(fā)現(xiàn)規(guī)律起著非常重要的作用。
托勒密：別提我，我只是想安靜。
又一千年過去了。 日本開普勒（1571-1630）在收集前人光學(xué)知識的基礎(chǔ)上得出結(jié)論：托勒密關(guān)于折射定律的推論是不正確的。 一開始他想通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)折射定理，但實(shí)驗(yàn)最終失敗了，于是他轉(zhuǎn)而從理論上進(jìn)行探索。 他提出的折射定理是：折射角由兩部分組成，一部分與入射角成反比，另一部分與入射角的割線成反比； 只有當(dāng)入射角小于30°時，入射角與折射角才成立反比關(guān)系。 事實(shí)上，開普勒對折射定理的研究和修正比托勒密領(lǐng)先了一步。 但一直未能給出正確的折射定理。
開普勒：我不僅是“天空的立法者”，更是實(shí)驗(yàn)光學(xué)的創(chuàng)始人！
幸運(yùn)終于降臨到了法國物理學(xué)家威利布里德·斯內(nèi)爾（ Snell，1580-1626）的頭上。 他在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，于1621年確定了光折射過程中入射角與折射角的關(guān)系，從而提出了幾何光學(xué)基本定理之一的光的折射定理：
當(dāng)光從一種介質(zhì)傳播到另一種介質(zhì)的光滑界面時，一部分光被界面反射，另一部分光穿過界面在另一種介質(zhì)中折射。 在同一平面內(nèi)，折射光線和入射光線分別位于法線之外。 入射角與折射角的余割之比是常數(shù)，這個常數(shù)與入射和折射的介質(zhì)有關(guān)。
熟悉的光的反射和折射
小學(xué)時，并不要求兩個角度之間的數(shù)量關(guān)系，而且由于空氣中的角度比其他介質(zhì)中的角度大，所以光的折射定理總結(jié)為：“三條直線在同一平面上，兩條直線在同一平面上”。分開，空角大”。
斯涅爾折射定理（俗稱斯涅爾定理）是從實(shí)驗(yàn)中得到的，沒有經(jīng)過任何理論推導(dǎo)。 即使是正確的，也不會很快公布。 直到后來惠更斯和艾薩克·沃斯在檢查他留下的手稿時才看到了這段記錄。
笛卡爾（1596-1650）首先將折射定理描述為未來之道。 他沒有做任何實(shí)驗(yàn)，而是從一些假設(shè)出發(fā)，從理論上推導(dǎo)出了這個定理。 笛卡爾在他的《折射光學(xué)》（1637）一書中指出，假設(shè)光密介質(zhì)中的運(yùn)動速度更快。 根據(jù)這個假設(shè)，推導(dǎo)了定理，并提出了折射定律的現(xiàn)代形式，即入射角與折射角余弦之比是常數(shù)。
笛卡爾：是不是因?yàn)槲覜]有做實(shí)驗(yàn)，所以這個定理不叫笛卡爾定理？ 難道思考不比實(shí)驗(yàn)更重要嗎？
1657年，費(fèi)馬在證明反射中的兩個角度相等的同時，利用極值原理證明了光的反射定理和折射定理的正確性。
其實(shí)光的可逆性現(xiàn)象很早就被發(fā)現(xiàn)了，所以在光的反射和折射現(xiàn)象中，光路是可逆的。
- 結(jié)尾 -
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