光的折射率与物质的密度有什么关系

时间:2023-11-15 08:29:01

【题】你知道在不同的介质中,光的不同折射率是由什么决定的吗?

光的折射率与物质的密度有什么关系

【解】物质的密度越大,它的折射率就越大——这种说法是我们经常能够听到的。还有一种说法则是:“光从密度较小的介质进入密度较大的介质时,几乎会垂直进入。”这种说法在一般情况下确实是正确的,但却并非绝对正确。

我们已知,两种介质的相对折射率和在这两种介质中光线的传播速度是成反比的。所以要使我们对这个问题更加感兴趣,研究起来也更方便一些,也许可以换一种问法——某种介质的密度是否会随着在这种介质中传播的光速越小而越大呢?

通过对在真空、空气和清水中的情况进行比较,我们发现二者之间并不存在这样简单的对应关系。假如将空气的密度作为单位1的话,在这三种环境下的密度分别如下:

真空 ............................0

空气 ............................1

水 ................................770

假如将光在空气中传播的速度作为单位1的话,那么这三种介质中的光速分别如下:

在真空中 .....................1

在空气中 .....................1

在水中 ........................0.7

在这里,我们期待出现的相互依赖的关系并没有出现。尽管很少见,但是确实还是存在着一些密度相同的物质,譬如说氯化物和经过适当稀释的硫酸锌;但在这些物质中光传播速度是不一样的(也就是说这些物质的折射率是不同的)。相反,有些物质具有相同的折射率,但是密度却不相同。比如,光在玻璃和松油中的传播速度是一样的(玻璃棒在松油中是看不到的),但是玻璃的密度却是松油的两倍。

折射率和密度之间只在一种情况下能够构成反比关系,就是当同一种介质在不同的温度和压力下才会出现这种情况,而其他情况都不合适。

还有一种误解源于在形似的情况下对“密度”一词在光学介质改变中的不正确理解。“光学密度”——这个名词平时不经常提起,它用来表示折射率等级。在两种介质中,折射率越大的介质所具有的光学密度就越大。

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