牛頓如何以光的粒子學說來解釋光的折射現象？他的解釋是對的嗎？

牛頓的解釋：

牛頓以光的微粒學說（Corpuscular Theory of Light）來解釋光的折射現象。他認為光是由高速移動的粒子（微粒）組成，當光粒子從一種介質（如空氣）進入另一種介質（如水或玻璃）時，會受到介質的吸引力影響，導致速度改變並產生折射。

1. 光粒子進入較密介質時加速

• 牛頓認為較密的介質對光粒子的吸引力較大，因此當光從空氣進入水或玻璃時，光粒子的速度會增加。
• 由於速度增加，根據他所推測的動量變化，光粒子的運動方向會發生改變，使得折射角小於入射角（光線朝法線方向偏折）。

2. 光粒子進入較疏介質時減速

• 當光粒子從較密的介質（如水）進入較疏的介質（如空氣）時，由於吸引力減弱，光的速度減少，因此折射角會大於入射角（光線遠離法線）。

牛頓的解釋正確嗎？

牛頓的微粒學說在某些方面能夠解釋光的直線傳播、反射等現象，但在折射現象的解釋上是錯誤的，因為現代光學實驗證明：

• 當光從空氣進入水或玻璃時，實際上光速是減慢而不是加快。
• 惠更斯的波動學說（Huygens' Wave Theory）正確地預測了光的折射定律（即斯涅爾定律，n1 sinθ1 = n2 sinθ2），並且能夠解釋光速在密介質中變慢的現象。
• 不完全正確。 牛頓的微粒學說能夠解釋光的反射現象，但在折射方面，他假設光的速度在較密介質中增加，這與現代波動光學和電磁理論（馬克士威方程組）所證實的結果相反。根據波動理論，光的折射是因為光在較密介質中的速度變慢，導致波前的重組，使光向法線方向彎折。因此，牛頓的微粒學說無法正確解釋折射現象。 不過，牛頓的理論在當時仍然有很大影響，直到19世紀初楊氏（Thomas Young）的雙縫實驗與菲涅耳（Augustin-Jean Fresnel）的波動理論證明光具有波動性，牛頓的微粒學說才逐漸被淘汰。
• 現代物理（如量子力學和電磁理論）證明光是電磁波，其傳播速度在較高折射率的介質中較低，與牛頓的假設相反。

因此，雖然牛頓的微粒學說在當時影響深遠，但它對折射的解釋與現實不符，後來被波動學說和電磁理論取代。

牛頓如何以光的粒子學說來解釋光的折射現象？

牛頓以光的微粒學說（Corpuscular Theory of Light）來解釋光的折射現象。他認為光是由極小的粒子組成，這些粒子以高速直線運動，並遵循牛頓力學的規則。

對於折射，他的解釋如下：

• 速度變化： 當光粒子從一種介質（如空氣）進入另一種較密介質（如水或玻璃）時，光粒子會受到該介質的引力影響，因此速度增加。
• 方向改變： 牛頓認為光粒子進入較密介質時，因為速度變快，而根據類似於拋體運動的原理，光粒子軌跡會改變方向，使光線向法線方向偏折。

動量守恆在牛頓的折射理論中的應用

牛頓利用動量的分量守恆來解釋折射現象：

1. 法線方向的速度變化： 牛頓假設較密介質對光粒子施加一個吸引力，使其垂直於介面的速度分量（v⊥）增加。
2. 切線方向的速度變化： 在沒有外力作用下，光粒子沿著介面平行方向的速度分量（v‖）應保持不變，即：

\(m v_∥^{空氣} = m v_∥^{水}\)

由於 v⊥ 增加而 v‖ 不變，因此光的運動方向會發生改變，使光向法線方向偏折，即折射角小於入射角。

牛頓的理論是否正確？

不完全正確。 牛頓的理論在當時雖然有影響力，但後來的實驗發現：

• 現代物理證明光在較密介質中的速度減慢，而非牛頓所認為的增加。
• 波動理論透過惠更斯原理與費馬原理推導出正確的折射定律：

\(n_1 \sin θ_1 = n_2 \sin θ_2\)

其中 n = c/v 為折射率，表示光速在密介質中較慢，而不是較快。因此，牛頓的微粒學說無法正確解釋折射現象。