
【化】 Newton refraction
Newton
【化】 newton
refraction
【醫】 anacampsis; refraction
牛頓折射(Newtonian Refraction)指艾薩克·牛頓在光學研究中提出的關于光折射現象的理論體系,核心貢獻包括光的色散現象解釋和折射定律的早期探索。以下是詳細解釋:
牛頓通過棱鏡實驗(1672年)首次科學地證明:白光由不同顔色的單色光組成,且不同顔色的光在通過介質時會發生不同程度的折射(色散)。這一發現挑戰了當時認為“白光純淨”的傳統觀點,奠定了光譜學基礎。
來源:Newton, I. (1672). Philosophical Transactions of the Royal Society.
關鍵公式(折射角與波長關系):
$$Delta theta propto frac{1}{lambda}$$
其中 (theta) 為折射角,(lambda) 為光的波長。
牛頓提出折射定律的早期形式,認為光的折射角與介質密度相關,并嘗試用粒子模型解釋:
實驗依據:牛頓棱鏡實驗将白光分解為七色光譜。
牛頓的粒子模型未能解釋光的波動性(如幹涉現象)。19世紀菲涅爾等人通過波動理論完善折射定律,提出斯涅爾定律的标準形式:
$$frac{sin theta_i}{sin theta_r} = frac{n_2}{n_1}$$
其中 (theta_i) 為入射角,(theta_r) 為折射角,(n_1, n_2) 為介質折射率。
牛頓的色散理論直接推動光譜儀器的發明,應用于:
來源:Hecht, E. (2017). Optics (5th ed.). Pearson Education.
中文術語 | 英文術語 | 牛頓理論中的含義 |
---|---|---|
牛頓折射 | Newtonian Refraction | 基于粒子模型的光折射理論 |
色散 | Dispersion | 白光因波長差異分解為光譜的現象 |
折射率 | Refractive Index | 光在介質中速度降低的比例因子 |
棱鏡實驗 | Prism Experiment | 驗證白光由多色光組成的經典實驗 |
參考文獻(真實來源,未提供鍊接):
“牛頓折射”這一表述并非物理學中的标準術語,但結合曆史背景和牛頓的研究,可以理解為牛頓對光的折射現象的研究貢獻及其理論解釋。以下是詳細分析:
折射是光從一種介質斜射入另一種介質時,因傳播速度變化導緻傳播方向偏折的現象。例如,插入水中的筷子看起來彎曲,正是由于光的折射。
色散現象的發現
牛頓通過棱鏡實驗發現,白光通過棱鏡後會分解為不同顔色的光(色散),且不同顔色的光折射角度不同。這揭示了光是由多種顔色組成的複合光。
粒子說對折射的解釋
牛頓支持光的粒子說,認為光在密度較大的介質中會因受到更大吸引力而加速,導緻折射角小于入射角。這一假設與後來波動說(光速在介質中減慢)相反,但為早期理論提供了思路。
與折射定律的關系
折射定律(斯涅爾定律)的數學形式為 $n = frac{sin theta_1}{sin theta_2}$,其中 $n$ 為折射率。牛頓的研究雖未直接提出該定律,但他通過實驗為折射率的物理意義(如光速關系 $n = c/v$)提供了部分依據。
牛頓的粒子說在解釋折射時存在局限,例如無法解釋光在介質中速度變化的實驗觀測。19世紀後,菲涅爾等人基于波動理論完善了折射規律,并通過費馬原理(光程最短路徑)統一了折射現象的解釋。
“牛頓折射”可歸納為牛頓通過色散實驗和粒子理論對折射現象的早期探索。盡管其理論部分被後續研究修正,但他為光學發展奠定了基礎。如需進一步了解折射定律的數學形式或實驗細節,可參考、8、11中的公式推導及實例。
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