Scratch编程与物理-用Scratch学习“光的折射”

一、什么是光的折射？

光的折射是指，光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向发生改变，从而使光线在不同介质的交界处发生偏折。

在生活中，我们把筷子或者笔插入水中，看到笔在水面处发生了弯折，这就是由于光的折射引起的。

如下图所示，一束光从A点斜射入水中，在水面处发生偏折，垂直于水面画一条法线，入射光线与法线之前的夹角就是入射角，折射光线与法线之间的夹角就是折射角。

光的折射有哪些特性呢？

1、当光线从空气斜射入其它介质时，角的性质：折射角(折射率大的一方)小于入射角（折射率小的一方）。

2、光的折射率为：光从介质1射入介质2发生折射时，入射角与折射角

的正弦之比叫做介质2相对介质1的折射率，即“相对折射率”，也就是说

水、空气、玻璃的折射率由小到大的排列顺序是:
空气的折射率<水的折射率<玻璃的折射率。

空气的折射率约是1。

水的折射率约是1.33。

透明玻璃的折射率约是1.5。

3、在光的折射现象中，光路是可逆的。

二、鱼在水中发生的折射现象

我们在陆地上看到水中的“鱼”，如果往“鱼”看到的地方刺去，可能会刺不中“鱼”。但是如果往“鱼”的更深处刺去，就可以刺到鱼，这就是光的折射引起的。

我们要看到鱼，就是鱼反射的光线进入我们的眼睛。当光从水中传入空气中，发生了折射，我们顺着折射光线看去，看到的鱼其实是“鱼”的像，比真实的鱼的位置要浅。

现在，我们人眼看到了鱼的“像”，已知人眼的位置和“鱼像”的位置，我们来求得鱼的真实位置，用Scratch来模拟这个过程吧。

三、程序的设计

1、计算入射角的大小

已知鱼像的位置和眼睛的位置，可以确定入射角，计算入射角的大小

根据直线方程y = ax + b，已知直线上的两点：眼睛和鱼像，

求得a和b的值，即可确定这条直线。

a = (y1-y0)/(x1-x0)，求得直线的斜率。

这条直线与水面的交点，就是光线发生偏折的位置，也就可以确定法线。

上面求得的直线的斜率 a = tan(90+入射角)，即可求得入射角

2、计算折射角。

根据上面介绍的相对折射率的公式，

已知n1为空气中的折射率（n1=1），n2为水中的折射率(n2 = 1.33)

为入射角，求得折射角。

3、求鱼的真实位置

根据折射角，法线的位置，即可求得折线光线的路径。

已经鱼的x值 = 鱼像的x值，带入直线方程，即可求得鱼的y值。

四、程序的实现

程序的主要逻辑代码如下：

用Scratch模拟光的折射原理，是不是很有趣啊，赶快动手试试吧

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