光的折射定律

一、托勒密对折射现象的实验研究

公元二世纪，希腊人托勒密（90—168）通过实验研究了光的折射现象．

1. 实验设计：托勒密的实验设计如图所示：在一个圆盘上装上两把能绕盘中心 S 旋转的中间可以活动的尺子．将圆盘面垂直立于水中，水面到达圆心处．

2. 实验方法：实验时转动两把尺子使之分别与入射光线和折射光线重合．然后把圆盘取出，分别按照尺的位置测出入射角和折射角．

3. 实验结果：托勒密通过上述的方法测得从空气中射入水中的光线折射时的一系列对应值为：

1. 数据分析：托勒密通过分析以上数据，得出结论：折射角和入射角是成正比关系．今天我们知道这个结论是不正确的，它 只有在入射角很小的情况下才近似成立．

2. 留给我们的沉思：从托勒密的实验设计实验方法到实验数据的收集可以说是完全正确的．他的实验结果也是相当精确的，与现代值几乎没有多大的差别．但是托勒密可惜的是未能从正确的数据中发现正确的规律，从这里可看出对实验数据正确处理，加上正确理论的指导在发现规律中的重要性．托勒密是第一个用实验方法测定入射角和折射角的人，他曾求出具有单位半径的圆中弧与所对应的弦长数字，并巧妙地用数学方法编制了表（相当于现代的正弦三角函数表），他当时对折射角和入射角的测量是相当精确的，如果他当时把关于光折射的实验数据与他所编制的这份表作一比较的话，他就会不难发现入射角的正弦与折射角的正弦之比对给定的两种介质来说是一个常数，这样他就会发现折射定律，然而他却没有这样做，以致错过了一次发现的机会．