几何光学：光的直线、折射与全反射

光是什么？物理光学（下一课）会给出波动性的答案。但在很多场合，光表现得像一支支笔直飞行的箭——用「光线」+ 几何作图就能解释镜中成像、筷子变弯、光纤导光。这一课就是这个简化模型：几何光学。

光的直线传播与反射

光在同种均匀介质中沿直线传播——影子、日食、小孔成像都是证据。遇到界面时部分光折回原介质，即反射：

• 反射角等于入射角；
• 反射光线与入射光线分居法线两侧，三线共面；
• 光路可逆。

平面镜成像的特点一句话：等大、正立（上下不倒）、左右反、虚像，像与物关于镜面对称。

进入眼睛的其实是反射线 ，但视觉沿直线「倒推」，于是觉得光来自 ——这就是虚像的含义：不是真实光线会聚，而是反向延长线会聚。

折射定律：光为什么「弯腰」

光穿过界面进入另一种介质时传播方向偏折，斯涅尔定律：

折射率 （ 真空光速， 介质中光速），恒有 。光从光疏介质（ 小）进入光密介质（ 大），折射角小于入射角——光线向法线「弯腰」；反向则远离法线。

记忆点： 小的那一侧折射率大。判断介质疏密不用背方向——比一比两边角度即可。光路可逆在折射中同样成立。

折射的生活注脚

• 筷子变弯：水上部分反射的光与水下部分折射的光来自不同方向；
• 池水「变浅」：池底的光折射后远离法线进入眼睛，看到的虚像位置比实际浅——所以「看着能站的地方」未必真能站；
• 海市蜃楼：空气密度不均匀导致连续折射。

全反射：光被「锁」在介质里

光从光密介质射向光疏介质（如水 → 空气）时，折射角大于入射角。入射角增大到某个值时折射角达到 ——再增大，折射光消失，全部能量反射回来。这就是全反射，临界角 满足：

发生全反射必须同时满足两个条件：光从光密射向光疏介质，且入射角大于等于临界角。

全反射的应用：光纤

光在细如发丝的玻璃纤维内连续发生全反射，被「锁」在里面沿弯曲路径传输——现代通信的骨架。内窥镜、光纤传感同理。光纤能导光的关键正是内芯折射率大于外层包层，保证全反射条件成立。

解题方法论

• 作图三要素：先画法线，再定角度（反射等角、折射用 式 ），最后检查「三线共面、分居两侧」。
• 几何光学题八成是三角形：入射角/折射角往往要转化到直角三角形里算边长——画完整光路再动笔。
• 全反射题先验证条件：先确认「光密 → 光疏」，再用 式  求临界角与入射角比较；顺序反了容易硬套公式。
• 视深问题：正上方观察时 （视深 = 实深 ÷ 折射率），只对近轴视线近似成立。

一句话收束：几何光学的全部内容就是一句话——光走「最快」的路（费马原理的影子）；反射与折射，只是这条路径在不同介质界面处的两种表现。