利用费马原理证明光的反射定律及折射定律

1. 利用费马原理证明光的反射定律及折射定律

费马原理是几何光学中的一条重要原理，由此原理可证明光在均匀介质中传播时遵从的直线传播定律、反射和折射定律，以及傍轴条件下透镜的等光程性等。

该原理说，若光线在介质中沿某一路径传播，当光线反向时，必沿同一路径逆向传播 。费马原理规定了光线传播的唯一可实现的路径，不论光线正向传播还是逆向传播，必沿同一路径。因而借助于费马原理可说明光的可逆性原理的正确性。光在任意介质中从一点传播到另一点时，沿所需时间最短的路径传播。
折射定律（law of refraction） 或 斯涅尔定律（Snell's Law）。

折射定律：光线通过两介质的界面折射时,确定入射光线与折射光线传播方向间关系的定律,几何光学基本定律之一。如图,入射光线与通过入射点的界面法线所构成的平面称为入射面,入射光线和折射光线与法线的夹角分别称为入射角和折射角,以θ1和θ2表示。折射定律为:①折射光线在入射面内。②入射角和折射角的正弦之比为一常数,用n21表示,即式中n12称为第二介质对第一介质的相对折射率。

2. 利用费马原理证明光的反射定律及折射定律

费马原理是几何光学中的一条重要原理，由此原理可证明光在均匀介质中传播时遵从的直线传播定律、反射和折射定律，以及傍轴条件下透镜的等光程性等。

该原理说，若光线在介质中沿某一路径传播，当光线反向时，必沿同一路径逆向传播 。费马原理规定了光线传播的唯一可实现的路径，不论光线正向传播还是逆向传播，必沿同一路径。因而借助于费马原理可说明光的可逆性原理的正确性。光在任意介质中从一点传播到另一点时，沿所需时间最短的路径传播。
折射定律（law of refraction） 或 斯涅尔定律（Snell's Law）。

折射定律：光线通过两介质的界面折射时,确定入射光线与折射光线传播方向间关系的定律,几何光学基本定律之一。如图,入射光线与通过入射点的界面法线所构成的平面称为入射面,入射光线和折射光线与法线的夹角分别称为入射角和折射角,以θ1和θ2表示。折射定律为:①折射光线在入射面内。②入射角和折射角的正弦之比为一常数,用n21表示,即式中n12称为第二介质对第一介质的相对折射率。

3. 利用费马原理证明光的反射定律及折射定律

运用费马原理证明光在反射和折射的过程中从一点到另一点所用的时间或走的路程比其他任何路径都要短。反射时，可以作出光源关于反射面的对称点，再将它和反射后经过的任意一点连起来，则这条线段的长度就是光所走的路程，可以用三角形两边之和大于第三边的原理证明光只有在这条线段与反射面之间的交点反射走的路程才最短，而在这点反射时，入射角和出射角是相等的。折射的道理一样，只不过要考虑光速的变化，你可以通过相应地按光在两种介质中的速度比例改变光在一种介质中的路程，再同样地通过几何学推证。
反射定理考虑由Q发出经反射面到达P的光线．相对于反射面取P的镜像对称点P’，从Q到P任一可能路径QM’P的长度与QM’P’相等．显然，直线QMP’是其中最短的一根，从而路径QMP长度最短．根据肥马原理，QMP是光线的实际路径．
折射定律考虑由Q出发经折射面折射到达P的光线．作QQ’与PP’平行，故而共面，我们称此平面为Ⅱ．考虑从Q经折射面上任一点M’到P的光线QM’P．由M’作垂足Q’、P’联线的垂线M’M，不难看出QM＜QM’，PM＜PM’，既光线QM’P在Ⅱ平面上的投影QMP比QM’P本身的光程更短．可见光程最短的路径应在Ⅱ平面内寻找．假设QQ’＝h1,PP'=h2,Q’P’=P,Q'M=x,则（QMP）＝n1QM+n2MP既 d(QMP)/dx=n1x/根号（h1*h1+x*+)-n2(p-x)/根号（h2*he+(p-x)*(p-x)由光程的最小条件d(MQP)/dx=0 可得 n1sini1=n2sini2

4. 如何用费马原理证明光的反射定律

根据费马原理可证明，也可从光的波动观点出发借助于惠更斯原理（见惠更斯-菲涅耳原理）从几何上加以证明，或从电磁场的边界条件出发从理论上证明。
假设是在均匀介质中，只有反射光线在入射光线和法线的平面内才可能按照最小光程传播，因为任何反射光线路径都不小于在此平面内的投影。
反射线跟入射线和法线在同一平面内。反射线和入射线分居法线两侧，并且与界面法线的夹角（分别叫做入射角和反射角）相等。反射角等于入射角。



扩展资料：
光反射时，反射光线、入射光线、法线都在同一平面内。（同一平面内）
光反射时，反射光线、入射光线分居法线两侧。（居两侧）
光反射时，反射角等于入射角。（角相等）（∠r=∠i）
平行光经界面反射后向各个不同的方向反射出去，即在各个不同的方向都能接收到反射光线。光从一种均匀物质射向另一种均匀物质时，会在它们的分界面上改变传播方向。此时，入射光线，反射光线，法线在同一平面内。

5. 如何用费马原理证明光的反射定律

根据费马原理可证明，也可从光的波动观点出发借助于惠更斯原理（见惠更斯-菲涅耳原理）从几何上加以证明，或从电磁场的边界条件出发从理论上证明。
假设是在均匀介质中，只有反射光线在入射光线和法线的平面内才可能按照最小光程传播，因为任何反射光线路径都不小于在此平面内的投影。
反射线跟入射线和法线在同一平面内。反射线和入射线分居法线两侧，并且与界面法线的夹角（分别叫做入射角和反射角）相等。反射角等于入射角。



扩展资料：
光反射时，反射光线、入射光线、法线都在同一平面内。（同一平面内）
光反射时，反射光线、入射光线分居法线两侧。（居两侧）
光反射时，反射角等于入射角。（角相等）（∠r=∠i）
平行光经界面反射后向各个不同的方向反射出去，即在各个不同的方向都能接收到反射光线。光从一种均匀物质射向另一种均匀物质时，会在它们的分界面上改变传播方向。此时，入射光线，反射光线，法线在同一平面内。

6. 用费马定理证明光的折射与反射定理

哈哈‘‘你问对了‘我的专业
反射定理
考虑由Q发出经反射面到达P的光线．相对于反射面取P的镜像对称点P’，从Q到P任一可能路径QM’P的长度与QM’P’相等．显然，直线QMP’是其中最短的一根，从而路径QMP长度最短．根据肥马原理，QMP是光线的实际路径．
折射定律
考虑由Q出发经折射面折射到达P的光线．作QQ’与PP’平行，故而共面，我们称此平面为Ⅱ．考虑从Q经折射面上任一点M’到P的光线QM’P．由M’作垂足Q’、P’联线的垂线M’M，不难看出QM＜QM’，PM＜PM’，既光线QM’P在Ⅱ平面上的投影QMP比QM’P本身的光程更短．可见光程最短的路径应在Ⅱ平面内寻找．
假设QQ’＝h1,PP'=h2,Q’P’=P,Q'M=x,则
（QMP）＝n1QM+n2MP
既
d(QMP)/dx=n1x/根号（h1*h1+x*+)-n2(p-x)/根号（h2*he+(p-x)*(p-x)
由光程的最小条件d(MQP)/dx=0
可得
n1sini1=n2sini2

7. 用费马定律证明光的反射

折射定律

考虑由Q出发经折射面折射到达P的光线．作QQ’与PP’平行，故而共面，我们称此平面为Ⅱ．考虑从Q经折射面上任一点M’到P的光线QM’P．由M’作垂足Q’、P’联线的垂线M’M，不难看出QM＜QM’，PM＜PM’，既光线QM’P在Ⅱ平面上的投影QMP比QM’P本身的光程更短．可见光程最短的路径应在Ⅱ平面内寻找．
假设QQ’＝h1,PP'=h2,Q’P’=P,Q'M=x,则
（QMP）＝n1QM+n2MP
既 d(QMP)/dx=n1x/根号（h1*h1+x*+)-n2(p-x)/根号（h2*he+(p-x)*(p-x)

由光程的最小条件d(MQP)/dx=0 可得 n1sini1=n2sini2

8. 费马原理对反射定理的证明

反射定理
考虑由Q发出经反射面到达P的光线．相对于反射面取P的镜像对称点P’，从Q到P任一可能路径QM’P的长度与QM’P’相等．显然，直线QMP’是其中最短的一根，从而路径QMP长度最短．根据肥马原理，QMP是光线的实际路径．

折射定律

考虑由Q出发经折射面折射到达P的光线．作QQ’与PP’平行，故而共面，我们称此平面为Ⅱ．考虑从Q经折射面上任一点M’到P的光线QM’P．由M’作垂足Q’、P’联线的垂线M’M，不难看出QM＜QM’，PM＜PM’，既光线QM’P在Ⅱ平面上的投影QMP比QM’P本身的光程更短．可见光程最短的路径应在Ⅱ平面内寻找．
假设QQ’＝h1,PP'=h2,Q’P’=P,Q'M=x,则
（QMP）＝n1QM+n2MP
 既 d(QMP)/dx=n1x/根号（h1*h1+x*+)-n2(p-x)/根号（h2*he+(p-x)*(p-x)

由光程的最小条件d(MQP)/dx=0 可得 n1sini1=n2sini2