站在平静的湖面,既可以看到水中映出蓝天白云,也可以看到水中的鱼,前者是什么形成的,后者是什么形成的

站在平静的湖面,既可以看到水中映出蓝天白云,也可以看到水中的鱼,前者是什么形成的,后者是什么形成的

这是一个物理问题,简单地说利用光的折射原理和视觉原理形成的,眼睛也相当于一个照相机原理.
下面就介绍一下光和的折射原理
水面折射成像
与观察的角度有关,一般默认为近似从正上方观察,这样能进行小角度近似,使sin a= a,折射角就变为 na,再根据三角形关系可得是h=H/n.
高中物理光的反射和折射公式总结
光的反射和折射（几何光学）
1、反射定律α＝i ｛α;反射角,i:入射角｝
2、绝对折射率(光从真空中到介质)n＝c/v＝sin /sin ｛光的色散,可见光中红光折射率小,n:折射率,c:真空中的光速,v:介质中的光速, :入射角, :折射角｝
3、全反射：1）光从介质中进入真空或空气中时发生全反射的临界角C：sinC＝1/n
2)全反射的条件：光密介质射入光疏介质；入射角等于或大于临界角
注: 名师讲解高中课程,远题海,近方法!
(1)、平面镜反射成像规律:成等大正立的虚像,像与物沿平面镜对称；
(2)、三棱镜折射成像规律:成虚像,出射光线向底边偏折,像的位置向顶角偏移；
(3)、光导纤维是光的全反射的实际应用〔见第三册P12〕,放大镜是凸透镜,近视眼镜是凹透镜；
(4)、熟记各种光学仪器的成像规律,利用反射(折射)规律、光路的可逆等作出光路图是解题关键；
(5)、白光通过三棱镜发色散规律：紫光靠近底边出射见〔第三册P16〕.
一、 光的折射
光的折射定律是高中物理教学中的内容.光从一种介质中进入到另一种介质中,改变原来的传播方向,这种现象是光的折射现象,它们之间的规律称为光的折射定律：入射光线、法线、折射光线在同一个平面,入射光线、折射光线分居在法线的两侧,入射角的正弦跟折射角的正弦之比是一个常量.
如果再问一个问题,光线为什么会折射,很多老师回答不好,好一点的老师会这样回答你,由于光在两种介质中的速度不一样,光会找一条最好的路径,达到目的,所需要的时间最短,使自己的寿命最长,由于这样原因才有折射的.
如果再问：为什么画成直线,在入射界面上真的是突然改变的吗,有没有可能是一个弧线?为什么从光速大的介质中,进入光速小的介质中,一定是入射角大于折射角,而不是反过来,能回答的人不多了.
二、光子与光线
说到光子,知道的人很多,这是爱因斯坦提出来,很好地解释了光电效应,从而获得了物理界的最高奖------诺贝尔奖.在本篇文章的光子,是全频率的光子,非可见光有非可见光的光子,而光子的运动集合构成了光线,也就是人们通常所说的光,光的入射、反射、折射都是大量光子运动的集体表现.
光子一词中有一个“子”,说明体现了粒子性,在爱因斯坦的思想中,光子没有静止质量,但是有运动质量,由于人们找到一个基本粒子后,又会有另一个质量比原来更小的粒子存在,于是,用没有静止质量的光子充当物质的基本粒子,但是存在一个问题,光子本身没有静止质量,由光子构成的物质本身也没有静止质量,而事实却不是这样,自然界的物质都是有静止质量,改变理念,物质的静止质量并不是物质本身固有的,而是物质不断与环境相互作用光子体现的质量.由于这个原因,所有物质只要存在,就要不断与环境相互作用光子,物质停止与环境作用光子,物质将会进入到另一个时空,从这个角度来分析,质量都是物质与环境作用光子体现的,光子是不断被吸收与发射的结果.物质环境中有的地方存在光子的可能性大,有的地方存在光子的可能性小,才出现光的波动性这一说,才有人们所说的光子波粒二像性.
由于光、光线是光子群体运动的结果,哪么,入射光、反射光、折射光都是光子,发射、吸收的最大可能性.由于在均匀介质中,物质发射光子的可能性是处处相等的,才有光是直线传播的特性.同样,在非均匀介质中,由于吸收、发出光子的可能性不相同,光子在非均匀介质中,光线发生弯曲的结果.
三、光的折射原理
物理学中说明,由于光速在不同介质中的速度不同,才有光走过不同的路线,才有光在介面上发生折射的现象,这是完全正确的.我们先说第一个问题,（1）、光在不同介质中速度不同；（2）、论述光的折射原理.
1、为什么光在不同的介质中光速不同 由于光子是物质的基本粒子,所有粒子只有不断与环境相互作用光子,才能体现自己的质量,自己的存在才能有意义,而光线是光子集体、运动的结果,说到运动一定要说速度,我们知道光在真空中的速度是C,是最大的,在其它介质中速度都比在真空中的速度要小,特别是在真空中,光子的运动不需要介质,是依靠自身传播,这是光波区别机械波的本质原因,事实上.从光子是物质的基本粒子来看,光子也是其它光子信息吸收光子,发出光子的结果,就是说在真空中没有分子、原子的存在,一定有光子的组合,这个组合有意义,可以吸收光子,发出光子,这些光子组合是光子存在、运动的介质.
说到光速,一定要说到时间,速度是路程与时间的比值,在真空中,存在光子组合吸收光子,再发出光子的结果,在真空中,光子集合------光的速度是C,单个光子的运动速度,就会大于C,因为吸收光子、发出光子需要时间,会使光速度减慢,这里分析说明一定存在的光子单个的速度,它要一定大于光子群的速度C,但是单个光子超光速没有意义,因为一个光子不表达任何信息,只有光子组合才能表达信息.
当光子进入到真空以外的其它介质中的时候,由于存在分子、原子、电子等实物粒子,这些粒子在单位时间内吸收光子、发出光子的次数增加了,是相对真空中单位时间吸收、发出光子的次数增加了,才使光子在单位时间内,向前运动的路程减少,速度减慢,换一句话说,光子进入到介质中,单位时间内,与介质粒子作用的次数越多,光速越慢.
通过这个分析可知,不同的介质对不同的频率的光子的速度不同,通常情况下,频率越高,波长越短,光子在相同的路程内与介质中的粒子作用光子次数越多,光速越慢,在可见光范围内,红光在介质中的光速,在通常情况下,比紫色光的光速要大.但是如果这种介质只发出红光,也就是单位时间内与红光频率相对应的光子作用的机会要多,会出现相反的例子,在这种介质中,红光的光速会比其它频率的光速度要慢.同样如果介质的粒子分布不是均匀的,就是会存在光速的方向性,也就是在某一个方向上速度要大一些,在另一个方向上速度要小一些,这些都是单位时间内与介质作用光子次数不同的结果.
2、光的折射原理 有人会说高中物理中,已经学习了光的折射定律了,说明人们对光的折射现象研究的很清楚了,为什么还要再谈光的折射原理,这是因为高中的光的折射原理是通过光的波动性研究的,得出结论是光的入射角的正弦与光的折射角的正弦之比,等于光在两种介质中的光速之比, ,本篇内容是从光的粒子性研究光的折射原理,说明光子的吸收与发出遵守粒子的几率,光的运动路线,也就是光子吸收、发出的最大几率的地方.
由于光的运动路线是光子被吸收,发出的最大几率的地方,那么光线的方向,就会向着吸收、发出光的可能性多的前进,也就是那个方向吸收这种光子的可能性大,就向这个方向偏折,我们假设光子在真空中,单位时间内被吸收、发出了N次,而在介质中,在相同的时间内被吸收、发出了M次,光子本身的速度不变,并且比光速C要大,由于被吸收发出,运动路程减少,速度减小,那么,则 ,当光线以 角入射到界面上的时候,由于光子的法线方向吸收光子、发出光子的可能性大,光线应该向着法线方向偏折.
在介质均匀分布的区域内,光子被吸收、发出的可能性是一样的,光线是直线传播,但是界面上不同,光子在真空中,与介质中被吸收、发出的可能性不同,也就是在光子组合数分布不同的地方,光子集合的运动路线会向着吸收、发出光子的可能性大的地方运动.也就是在光子信息分布不均匀的地方,光线会发生弯曲.通常在界面的一个波长内,在几千个分子距离内,发生弯曲,进入介质以后,光子就认为是均匀介质了,这样分析是说明,发生光的折射,在界面上画成折线,只是一种近似,如是严格地要求画出光的折射光路,在折射的界面上应该画成圆弧线.