光为什么会折射

Question

众所周知，当小石头斜着扔进水面时，小石头会偏离原来的运动方向，形成折射现象，这是因为小石头进入水中时速度变小了，而它同时受到重力的作用，所以前进方向改变了．那么，到底是什么原因使得光进入别的介质时也形成了折射呢？只有一个速度变小不可能使它的方向发生改变啊，那么影响它的那个力是什么力呢？
cxl83 说光受到重力也没弯曲，那么我想问一下，光是没有质量的，那么应该不能说光受到重力吧
我看很多都说到费马原理，但本人不是物理专业的，对费马原理看得不是很懂，能不能用比较通俗的语言说啊

Answer 1

理解1：是由不同物质的折色率不同的决定的。
理解2;光在不同介质中传播速度是不同的，从一种介质进入另一种介质时，由于速度的差异，光路便发生偏转，产生折射，而如果光垂直进入另一种介质时，就不会发生折射。
有些东西是有本质差别，不能简单类比的。光的折射是光学现象，不能生搬硬套力学概念。光受到重力也没弯曲，照样直线传播不是吗？
唯象地说，光线传播符合费马定理。如果再进一步研究，就要从麦克斯韦方程组来解释了。麦克斯韦方程组是描述电磁场规律的基本方程组。光是电磁波，所以也要遵从麦克斯韦方程组。利用这组方程加上具体的边界条件来求解，就会发现，折射现象就是麦克斯韦方程组求得的必然结果。
楼上xsb1010518的解释比较好，我只是用描述性的语言再重新说一遍。
对补充问题：
确实不太好这么讲，光子的静止质量为零，细讲又复杂了。是我疏忽了，呵呵。我只是想说明光学现象不好和力学类比的。我觉得你是从力学中需要有力才能使物体方向改变得出光的方向改变也是有某种力的作用。但是正如你所说光是没有质量的，经典力学是无法想像物体没有质量的，所以你的问题没法简单地从经典的图像去理解。光的本质非常难以理解，单要很好理解折射现象就必须从麦克斯韦方程组入手。费马定理也只是告诉你光应该如何折射，而不是光为什么那样折射。如果你现在理解不了，你不妨暂时先这么想：改变没有质量的物体的运动方向当然不需要力了啊。等以后认识程度慢慢加深了再回头看会比较好。
光的折射
光的折射
1、光的折射：光从一种介质斜射入另一种介质时，传播方向一般会发生变化，这种现象叫光的折射
理解：光的折射与光的反射一样都是发生在两种介质的交界处，只是反射光返回原介质中，而折射光则进入到另一种介质中，由于光在在两种不同的物质里传播速度不同，故在两种介质的交界处传播方向发生变化，这就是光的折射。
注意：在两种介质的交界处，既发生折射，同时也发生反射
2、光的折射规律：光从空气斜射入水或其他介抽中时，折射光线与入射光线、法线在同一平面上，折射光线和入射光线分居法线两侧；折射角小于入射角；入射角增大时，折射角也随着增大；当光线垂直射向介质表面时，传播方向不变，在折射中光路可逆。
理解：折射规律分三点：（1）三线一面 （2）两线分居（3）两角关系分三种情况：①入射光线垂直界面入射时，折射角等于入射角等于0°；②光从空气斜射入水等介质中时，折射角小于入射角；③光从水等介质斜射入空气中时，折射角大于入射角
3、 在光的折射中光路是可逆的
4、 透镜及分类
透镜：透明物质制成（一般是玻璃），至少有一个表面是球面的一部分，且透镜厚度远比其球面半径小的多。
分类：凸透镜：边缘薄，中央厚
凹透镜：边缘厚，中央薄
5、 主光轴，光心、焦点、焦距
主光轴：通过两个球心的直线
光心：主光轴上有个特殊的点，通过它的光线传播方向不变。（透镜中心可认为是光心）
焦点：凸透镜能使跟主轴平行的光线会聚在主光轴上的一点，这点叫透镜的焦点，用“F”表示
虚焦点：跟主光轴平行的光线经凹透镜后变得发散，发散光线的反向延长线相交在主光轴上一点，这一点不是实际光线的会聚点，所以叫虚焦点。
焦距：焦点到光心的距离叫焦距，用“f”表示。
每个透镜都有两个焦点、焦距和一个光心。
6、 透镜对光的作用
凸透镜：对光起会聚作用（如图）
凹透镜：对光起发散作用（如图）

7、 凸透镜成像规律
物 距 成像大小
（u）
像的虚实 应 用
像物位置 像 距
( v )
u > 2f 缩小 实像 透镜两侧 f < v <2f 照相机
u = 2f 等大 实像 透镜两侧 v = 2f
f < u <2f 放大 实像 透镜两侧 v > 2f 幻灯机
u = f 不 成 像
u < f 放大 虚像 透镜同侧 v > u 放大镜
凸透镜成像规律：虚像物体同侧；实像物体异侧；物远实像小而近，物近实像大而远。
8、 为了使幕上的像“正立”（朝上），幻灯片要倒着插。
9、 照相机的镜头相当于一个凸透镜，暗箱中的胶片相当于光屏，我们调节调焦环，并非调焦距，而是调镜头到胶片的距离，物离镜头越远，胶片就应靠近镜头。

Answer 2

有些东西是有本质差别，不能简单类比的。光的折射是光学现象，不能生搬硬套力学概念。光受到重力也没弯曲，照样直线传播不是吗？
唯象地说，光线传播符合费马定理。如果再进一步研究，就要从麦克斯韦方程组来解释了。麦克斯韦方程组是描述电磁场规律的基本方程组。光是电磁波，所以也要遵从麦克斯韦方程组。利用这组方程加上具体的边界条件来求解，就会发现，折射现象就是麦克斯韦方程组求得的必然结果。
楼上xsb1010518的解释比较好，我只是用描述性的语言再重新说一遍。
对补充问题：
确实不太好这么讲，光子的静止质量为零，细讲又复杂了。是我疏忽了，呵呵。我只是想说明光学现象不好和力学类比的。我觉得你是从力学中需要有力才能使物体方向改变得出光的方向改变也是有某种力的作用。但是正如你所说光是没有质量的，经典力学是无法想像物体没有质量的，所以你的问题没法简单地从经典的图像去理解。光的本质非常难以理解，单要很好理解折射现象就必须从麦克斯韦方程组入手。费马定理也只是告诉你光应该如何折射，而不是光为什么那样折射。如果你现在理解不了，你不妨暂时先这么想：改变没有质量的物体的运动方向当然不需要力了啊。等以后认识程度慢慢加深了再回头看会比较好。

Answer 3

楼上的答非所问。
可以从电动力学的角度来解释，而且折射定律也完全可以从Maxwell方程组通过一定的边界条件推导出来。
理解一下波阵面啦等位相啦费马原理什么的, 反射折射就很自然了.
光学中的费马原理：光线在两点间的实际路径是使所需的传播时间为极值的路径。在大部分情况下，此极值为最小值，但有时为最大值，有时为恒定值。
费马原理对折射定律的证明
假设光从介质n_1入射到介质n_2。在两个介质的交界面上取一条直线䠜为x轴，法线为y轴，建立直角坐标系〠在入射光线上任取一点A(x_1, y_1)，光线与两介质交界面的交点为B(x, 0)，在折射光线上任取一点C(x_2, y_2)。 AB之间的距离为\sqrt, BC之间的距离为\sqrt。 由费马原理可知，光从A点经过B点到辠C点，所用的时间t 应该是最短的。t=\left(\frac\right)(ABn_1+BCn_2), t 取最小值的条件是\frac=0。 经整理得 \frac = \frac, \sin\theta_1 = \frac 且 \sin\theta_2 = \frac 即 n_1\sin\theta_1 = n_2\sin\theta_2 (Snell's law)

参考资料：http://home.htu.cn/jingpinkecheng/gx/kecheng/cha-3/3-2.htm

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Answer 4

传播光的介质可分为疏密介质与疏疏介质，空气与水的性质不同，因此会发生折射！

Answer 5

理解1：是由不同物质的折色率不同的决定的。
理解2;光在不同介质中传播速度是不同的，从一种介质进入另一种介质时，由于速度的差异，光路便发生偏转，产生折射，而如果光垂直进入另一种介质时，就不会发生折射。

参考资料：思维FROM上善若水