光从一种透明均匀物质斜射到另一种透明物质中时，传播方向会发生改变，这就是光的折射。对于这一现象，以前许多人认为是大自然在发脾气。真奇怪，为什么光从一种介质进入另一种介质，它前进的方向会发生偏折呢？对于这一现象，可以用军队在两种行军路况——容易行军的路况和不容易行军的路况来比喻说明，你很快就会明白。18世纪英国天文学家和物理学家赫歇耳（天王星的发现者）曾谈论过这个问题，他说：

假设有一支小分队在快速前进，他们前面有段路比较平坦，可以走得很快；而有段路呢，到处坑坑洼洼，行军速度快不起来。假设两段地面的分界线恰好是一条直线，而这队士兵排成一列，其所在直线与分界线相交后呈某一角度（不垂直）。由于士兵有前有后，因而会在不同的时间到达分界线。而一旦一名士兵跨过分界线进入不易行走的地面后，他的行军速度就会放缓，因而，他就没法与那些没有跨过分界线，在好地面上行走的士兵保持在同一排直线前进了，而是渐渐落在了后面。如果士兵要依然保持队形前进的话，那么跨过分界线的那一部分士兵与没有跨过的士兵会在分界线交点处就自然形成一个钝角。同时，在行军时每个士兵都要保持同一节奏的步伐前进，不能抢先一步也不能落后半拍，因而要求，第一，每个士兵的前进方向必须垂直于新队伍的正面；第二，同一时间内在分界线两侧，不好路面行军的路程和好路面行军路程之比，等于不好路段行军速度和好路段行军速度之比。

我们可以利用手头有的一些小物品做一个小实验。取一张台布铺盖在一半的桌子上（如图8-15），然后用一些东西垫起桌子的两脚，让桌面微微倾斜。把一对小轮子（可从损坏的玩具车上拆下来）固定在一根轴上，然后轮子轴放在高处，让它向下滚。如果轮子滚动的方向跟台布的边缘垂直的话，那么经过台布和桌面的分界线时，轮子的滚动路线不会发生偏转。这表明了光学的一条重要定律，光从一种介质射向另一种介质时，如果光线垂直于两介质的交界面，那么光线不会偏折。

图8-15　解释光的折射现象的小实验

一旦轮子滚动路线与台布边缘有一夹角，那么轮子在滚过台布与桌面分界线时，就会发生偏折。我们从实验中还会发现，当轮子从桌面滚向台布时，其滚动速度是从大到小，这时，它的路线方向折向分界线的垂线（或者说法线），而从台布滚向桌面呢，则要折离分界线。

由上可以推知，光的折射其实是在传播速度不同的两种介质之间才会产生的。这两者的速度相差越大，其折射程度也越大：表示光折射程度的就是光在这两种介质的传播速度的比值。如果光从空气传到水里，其折射率是，那么我们就可知光在水中的传播速度是其在空气中的倍。

在这里，我们还可以看到光的另一个特性。如果说光在反射时，其反射路线遵循最短路线原理的话，那么光在折射时则要遵循最快的路线原理：只有这条折射路线才能让光线最快达到“目的地”，其他的路线都不可能比它更快完成任务。