斯涅尔折射定律
当光从一种透明介质进入另一种透明介质时，会在交界面处发生偏折——这种现象称为折射。当光进入密度较大（光密）的介质时，会向法线（垂直于界面的假想直线）方向偏折；当光进入密度较小（光疏）的介质时，则会偏离法线方向。
公式
n₁ · sin θ₁ = n₂ · sin θ₂
- n₁ — 折射率 (unitless): 第一种介质使光速减慢的程度
- θ₁ — 入射角 (°): 入射光线与法线之间的夹角
- n₂ — 折射率 (unitless): 第二种介质使光速减慢的程度
- θ₂ — 折射角 (°): 折射光线在第二种介质中与法线之间的夹角
解题示例
一束光沿着某未知液体表面掠射入射，入射角为九十度（与法线夹角），在液体内部折射后与法线成三十度角。求该液体的折射率。
- n₁ = 1（空气）
- θ₁ = 90°
- θ₂ = 30°
- n₂ = (n₁ · sin θ₁) / sin θ₂
- n₂ = (1 · sin 90°) / sin 30° = (1 × 1) / 0.5
n₂ = 2
自我检测
这种液体的折射率为2。当液体内部的光线射向界面、试图射出到空气中时，发生全反射的临界角的正弦值是多少？
- 正确答案: 0.5
- 2
- 1
回答正确！sin θc = n₁ / n₂ = 1 / 2 = 0.5，对应的临界角为30度。
现在假设这种液体密度更大，折射率变为4而不是2。光同样以九十度掠射入射。与之前相比，折射光线是更靠近法线，还是更远离法线？
- 更远离法线
- 正确答案: 更靠近法线
- 没有变化
没错——密度更大的介质使光线偏折更多：sin θ₂ = 1 / 4 = 0.25，比之前得到的30度对应的角度更小。
在哪里能看到
插在水杯里的铅笔看上去在水面处折断了，泳池的实际深度也比从池边望上去的更深——这两种现象都是光从水中进入空气时发生了偏折。杯子里的吸管从侧面看也在玩同样的把戏：水线上方指向一个方向，水线下方却指向另一个方向。
常见误区
方向上的失误：光进入光密介质时会向法线方向偏折——折射率越大，sin θ₂ 被压得越小（以掠入射进入 n = 4 的介质时，sin θ₂ = 1/4 = 0.25），所以光线是更紧贴法线，而不是更偏离法线。另外，全反射只朝一个方向发生：它只出现在试图从光密介质逃向光疏介质的光身上，而临界角的正弦值正是两个折射率之比，sin θc = n₂ / n₁——折射率为 2 的介质射向空气时，1/2 = 0.5。
关联知识
折射是整个光学模块的主力：透镜不过是一块形状经过设计的玻璃，它的两个曲面按这条定律折射每一条光线，使它们会聚于同一点；而接下来，同样的偏折在“孪生”的镜面公式中负责成像。从物理本质上看，光之所以偏折，是因为它在光密介质中传播得变慢了——这正是波模块里学过的波动关系式，用速度换来了方向。