光的反射

光的反射是一種光學現(xiàn)象。指光傳播到不同物質(zhì)時，在界面處改變傳播方向，回到原來物質(zhì)的現(xiàn)象。光遇到水面、玻璃和許多其他物體的表面會反射。當光在兩種物質(zhì)的界面上改變傳播方向，回到原來的物質(zhì)時，稱為光反射。

反射光和入射光、法線在同一平面上；反射光和入射光在法線的兩側(cè)分離；反射角等于入射角?？蓺w納為：三條線共面，兩條線分開，兩個角相等”光具有可逆性。在光反射現(xiàn)象中，光路是可逆的。

光的反射

當光線照射到兩種不同介質(zhì)的界面時，一部分光線會從界面反射回原介質(zhì)，這種現(xiàn)象稱為光反射。

鏡面反射：當平行光線照射到光滑的表面時，反射的光線也是平行的，這叫做鏡面反射。

漫反射：平行光線照射到不平坦的表面，反射光線照射到各個方向這種反射叫做漫反射。

方向反射：介于漫反射和鏡面反射之間的反射稱為定向反射，也稱為非朗伯反射，其特點是各個方向都有反射，各個方向的反射強度不均勻。

表面光滑的物體容易形成光的鏡面反射和刺目的眩光，而看不清物體。

通常情況下，物體的形狀和存在是可以通過光的漫射來區(qū)分的。

由于空氣中的塵埃造成的光線擴散，日落后可以暫時看到物體。無論是鏡面反射還是漫反射，都要遵守反射定律。

鏡面反射和漫反射都遵循光反射定律。

入射點：入射光和鏡子的交點；

法線：通過入射點并垂直于鏡面的直線稱為法線；

入射角：入射光線與法線之間的角度稱為入射角；

反射角：反射光與法線之間的角度稱為反射角。

1.反射角等于入射角，入射光與平面的夾角等于反射光與平面的夾角。

2.反射光和入射光位于法線的兩側(cè)。

3.反射光入射光和法線都在同一平面上。

1．共面 的法線是反射光和入射光的角平分線所在的直線。

2．相對側(cè) 上的入射光和反射表面之間的夾角和入射角之和為90°

3．等角 反射角等于入射角。反射角隨入射角的增大而增大，隨入射角的減小而減小。

4．可逆 光路可逆

如圖1（甲）射線B0與原始反射射線3相反（圖乙）入射光的方向會打在界面上，反射光OA肯定會逆著原入射光AO射出來。

根據(jù)光的反射定律做光路圖

具體作法：首先找到入射點，垂直于界面的法線是反射光和入射光夾角的平分線。如果對應(yīng)于入射光的反射光被確定，則反射光由入射光確定、法線確定入射角和反射光所在的平面，然后根據(jù)光的反射定律中反射光位于法線的另一側(cè)，反射角等于入射角的特性來確定反射光。

性質(zhì)

反射是光的一個重要特性。中國在古代就有豐富的這方面的知識，這反映在許多實際問題中。

對人類來說，光的最大反射發(fā)生在月球上。我們知道，月亮本身并不發(fā)光，它只是反射太陽光。相傳為記載夏、商、此事在三朝史實《書經(jīng)》中有所提及。可見當時人們已經(jīng)有了光反射的概念。戰(zhàn)國時期《周髀》這本書里明確指出：月有陽光，月色有生命，化作一輪明月。在西漢，人們簡單地說“月如鏡體”可見我們對光的反射現(xiàn)象有了更深的理解?！赌?jīng)》致力于一個光的反射實驗：用鏡子把陽光反射到人體上，可以使人體的影子介于人體和太陽之間。這不僅論證了光的反射現(xiàn)象，也很可能解釋了月神的成因。

成像

平面鏡成像是光反射的結(jié)果。中國古代在這方面很有創(chuàng)造力。最早的時候，人們把靜止的水面作為光的反射面，當作鏡子使用（圖十二），這鏡子叫做“監(jiān)”西周金文里的“監(jiān)”筆跡看起來像一個人彎腰在裝滿水的盤子里給自己拍照。這說明利用水面反射成像的方法在三四千年前就已經(jīng)流行了。到了明清時期，一些貧困家庭還在使用“水鏡”沒有 屠夫胡《儒林外史》叫他的女婿去撒尿，因為他的女婿太熱了，所以他給自己拍了一張照片？雖然這并不優(yōu)雅，但仍是水鏡遺風，胡屠夫絕不是發(fā)明者。到了周代中期，隨著冶煉技術(shù)的進步，水鏡逐漸被金屬反光板所取代，這種反光板只在“監(jiān)”字的邊旁加以“金”，成了“鑒”或“鑒”，就是現(xiàn)在大量出土的所謂銅鏡。至于玻璃（反射）鏡，那就更晚了。

墨經(jīng)

對平面鏡反射成像規(guī)律的研究是在周后期進行的。《墨經(jīng)》中指出：平面鏡形成的像只有一個；像的形狀、顏色、遠近、倒置的，都是一樣的物體。它還指出：物體越靠近鏡子，圖像越靠近鏡子物在遠方，象也在遠方有對稱關(guān)系。這個總結(jié)完全正確。

球面鏡

春秋戰(zhàn)國時期也出現(xiàn)了球面鏡，即所謂的球面鏡。凹凸反射面不同，可分為凹球面鏡和凸球面鏡。放在鏡子前面的物體可以在鏡子中成像。凹面球面鏡可以使一束平行光反射并交叉在一點，這一點稱為焦點。凸球面鏡是發(fā)散鏡，焦點是虛焦點。因為太陽和太陽s射線含有熱能，它們聚集在一點，投向物體，不僅亮度大，而且產(chǎn)生的熱量多，能使物體溫度升高，著火。注：唐 不要把凹面鏡和凸面鏡與凹透鏡混淆。凸透鏡會聚平行光，有焦點；凹透鏡發(fā)散平行光并具有虛焦點。光路是可逆的）

在歐洲，據(jù)說在古希臘，羅馬人開了一艘大型的軍船去攻打錫拉丘茲。當時的物理學家阿基米德（從公元前287年到公元前212年）我曾經(jīng)用一面巨大的凹面鏡對著太陽，把戰(zhàn)艦上的光聚集起來燒掉，從而贏得了戰(zhàn)爭。當然，這只是傳說。在中國古代，凹面鏡真的是人們?nèi)』鸬囊淮蠊ぞ摺?/p>

用來取火

早在周朝，中國就知道利用這種反射現(xiàn)象生火。當時這種取火用的凹面鏡叫“陽燧”據(jù)《莊子》記載：陽隧道見太陽，燒成一團火。西漢《淮南子》年進一步指出，凹面鏡用于對日取火，艾草等引火物放置位置不宜離鏡太遠，也不宜太近。其實這里指出了艾草一定要放在重點。到了東漢時期，人們對光的反射有了更多的了解，了解到除了特殊的正隧道，任何凹球面反射面只要擦得足夠亮，都可以聚焦到太陽上。當時有人用金屬杯底聚焦太陽生火，還有其他用途。這表明人們 的理解范圍擴大了。對于凹面鏡和宋人沈括對此作了分析。他在《夢溪筆談》中說：楊翔 s的臉是空心的，對著陽光，所有的光線都聚集在里面，離鏡子一兩寸，大如麻，碰到什么東西就會生氣這是腰鼓最細的地方。意思是陽穗的反射面是凹的，對著太陽，光在一點反射（即焦點）這個離鏡子一兩寸，芝麻豆那么大，落在物體上就會發(fā)火，好像是腰鼓最薄的地方。這里正確描述球面鏡反射的光，描述焦點和焦距。特別是能指出重點，就像腰鼓最細的地方，生動具體，容易讓人理解。據(jù)沈括說，當時對這類知識的研究叫做“格術(shù)”，這就構(gòu)成了一門專門的學問，一定很深入，但是已經(jīng)失傳了，很可惜。

技藝

古人用什么方法使銅鏡正面有類似鏡背的花紋痕跡？據(jù)沈括 s的記載，宋代以前的人認為是因為鏡背上有凸出的花紋，所以各個地方的厚度不一樣，鑄造時冷卻是有順序的，收縮的程度也不一樣，從而形成了鏡面“隱然有跡”這個解釋得到了沈括的認同，本世紀很多外國科學家也認同。1975年，被實驗證明是正確的。但是一位名叫吳的元代考古學家提出了另一種解釋。他說，在鏡子上嵌入另一種銅質(zhì)材料，圖案和背面一模一樣，然后拋光，鏡子就可以了“隱然有跡”這樣鏡子各個部分反射光線的能力是不一樣的，所以你可以看到反射亮區(qū)的圖案。這個解釋也是真的，我的秋艷曾經(jīng)親眼看到有人打破一面透明的鏡子來檢查并證明它是真的。后來明代科學家方以智支持這種解釋，并加以補充。這是毫無疑問的。除了這兩種方法之外，還有一種方法，就是在鑄造銅鏡后，用榻磨棒在鏡面上刮磨，薄的部分會在壓力下被磨薄，向一處微微凸起去掉壓力后，這些薄的部分還是會稍微突出來比如用水銀膏打磨鏡面，可以讓薄的部分稍微膨脹，凸出更多，所以鏡面也會“隱然有跡”了。這種方法傳到了日本，他們現(xiàn)在還在用這種方法制作透明的鏡子。在歐洲依法試生產(chǎn)也會成功。從上面可以看出，中國古代制造透明鏡子的方法多種多樣。無論采用哪種方法，制作一面成功的透明鏡面，工藝要求都非常高。It 在古代能做到這一點真是太神奇了?？上н@種絕招“終秘不宣”It 可惜透明鏡的制作技藝失傳了！

不同光反射

8、當光被反射時，一部分會被物體吸收。

各光是有紅、綠、藍色三色光以不同的比例混合。除了黑色，我們能看到的所有東西都應(yīng)該反射光。白色物體反射所有光線，看起來是白色的，而灰色物體也反射所有顏色的光線，但只是一部分。其他物體反射的光只要是任何顏色都可以按一定比例混合。

附：紅光加綠光就是黃光，綠光加藍光就是藍光，紅光加藍光就是紫光，紅綠藍加起來就是白光。

白光通過棱鏡時，不同顏色的單色光偏轉(zhuǎn)程度不同，紅光最小，所以在光屏上成像時一個板在上面，藍色最大。

透明體的顏色由透射光的顏色決定。光穿過透明體，透明體是什么顏色，就能穿過什么顏色的光）

不是，透明體的顏色是由反射光的顏色決定的。當光遇到透明體時，不管透明體是什么顏色，都能反射任何顏色的光）

目的和要求

總結(jié)光線在物體表面反射的規(guī)律：

1．反射光與入射光和法線在同一平面，反射光和入射光在法線兩側(cè)分離。

2．反射角等于入射角。

儀器和器材

光反射演示器的結(jié)構(gòu)如圖2所示．3－1，m是設(shè)置在木板上的平面鏡，白屏E垂直固定在木板上，白屏F可以繞垂直于鏡子的ON軸旋轉(zhuǎn)，E、f屏畫以O(shè)為圓心的弧線，標有刻度。

平行光源（J2501光盤的光源），低壓電源（J1201型）

實驗方法

1．調(diào)整光源的位置，使光束沿著平面e中的任意直線AO照射到平面鏡上的O點。繞ON軸旋轉(zhuǎn)平面F，尋找O點反射的光只有當平面F和平面E在同一平面時，才能在平面F上看到反射光，當平面F在其他位置時，平面F上沒有反射光。得出反射光與入射光和法線在同一平面，反射光和入射光在法線兩側(cè)分離的結(jié)論。

2．當平面F和E在同一平面時，觀察到光的反射，從E、讀取f屏幕上的入射角、反射角等于入射角。

3．改變平面E中入射光的角度，重復(fù)步驟2?？偨Y(jié)反射定律。

4．首先，使平面F和E成任意夾角。轉(zhuǎn)動光源的位置，看到E面的反射光。轉(zhuǎn)動平面E，找到入射光和法線所在的平面，加深對反射定律的理解。

1．初中生缺乏空間想象力，很難理解反映法中線和面的空間關(guān)系。在實驗過程中，要注意幫助學生建立空間的概念，直觀地建立光的反射像。

2．入射光是具有一定寬度的光帶為了在光屏上顯示光的傳播路徑，入射光帶的軸線需要與光屏形成一個小角度。同樣，反射光也是有一定寬度的光帶因此，當平面E和F有一個小角度時，光屏F上仍然可以有短的亮線。實驗時要注意盡可能減小光帶的寬度，避開這個小角度位置，以免混淆。

1．平行光源除了J2507光盤的光源外，還可以使用激光、手電筒（才能有更好的對焦效果）或日光。這個實驗對光源有兩個要求：

1）寬光束光源需要配備狹縫，通過狹縫取一束細的平行光作為入射光；

2）投射在鏡面上的光的角度可以改變。比如以太陽光為光源，一束太陽光可以借助一對平面鏡Q1和Q2投射到平面鏡M上，稍微移動和旋轉(zhuǎn)平面鏡Q2就可以改變投射到O點上的光線的角度（圖2．3－2）

2．光的反射實驗也可以用密勒儀（圖2．3－3）或圓形光盤（包括在J2501光盤中）來做。由于這些儀器中的反射鏡可以繞入射點O旋轉(zhuǎn)，所以驗證反射角等于入射角是很方便的，但對反射鏡的解釋比較困難、法線、入射光和反射光之間的空間關(guān)系。

提示：本小實驗可輔以“光現(xiàn)象”物理實驗教學的一部分，以培養(yǎng)和提高學生 實驗?zāi)芰退仞B(yǎng)。

讓光線逆著反射光到鏡子的方向，你可以看到反射光逆著原來入射光的方向出射。

這說明光路在反射時是可逆的。

光也是一種波，光波的反射原因可以用著名的現(xiàn)象學理論惠更斯原理來解釋。

如右圖所示，一系列平行光波射向障礙物（或平面鏡），這個光波的三條波線（光線）因為波線與障礙物有一個角度，所以到達障礙物的時間是不一樣的波浪線A現(xiàn)在到達障礙物的A點，穿過A就是波浪線B和C的垂直線，虛線AC。那么當波線A到達A點時，波線B剛好到達B點，波線C剛好到達C點。當波線A到達障礙物上的A點時，就會形成新的波源（即子波源A）并以循環(huán)的方式向各個方向傳播新的波浪線。假設(shè)c從點c到障礙物的c’當一個點所需的時間與每條波線的速度完全相同時，那么波源A在t 時間內(nèi)繞行一周（即圓A的半徑）而波線B在t 時間內(nèi)經(jīng)過障礙物上的B點到B點’一個點以小波源的形式傳播的距離的總和（B’的半徑）相等，都為長度（因為三個波的速度和時間相等，所以傳播距離相等）此時過C’P點）做圓A和圓B’的切線，切點是因為c’還會形成小波源，向四周發(fā)射波，但此時波面還沒有形成，所以c’點可以視為圓C’根據(jù)惠更斯原理，圖中藍線是三個子波源形成的三個波前的包絡(luò)面（反射后形成的新波前），形成的新波線始終垂直于包絡(luò)面，連線長度等于各自的半徑。

所以入射角等于反射角，證明了波線AM確實是波線A的反射波線，同樣證明了波線BN和c’P）也是反射波線。

以上過程解釋了光作為波的反射原理。全反射光由光密（即光以低速傳播的那種）媒質(zhì)射到光疏（也就是說，光以高速傳播）當?shù)竭_介質(zhì)的界面時，它們?nèi)勘环瓷浠卦冀橘|(zhì)的現(xiàn)象。

當光照射到兩種介質(zhì)的界面上時，它只會反射而不會折射．當光從致密介質(zhì)發(fā)射到疏水介質(zhì)時，折射角將大于入射角．當入射角增大到一定值時，折射角會達到90°此時，光稀疏的介質(zhì)中不會有折射光只要入射角大于上述值，就不會發(fā)生折射，這就是全反射．所以全反射的條件是：1光線必須從光密介質(zhì)到光疏介質(zhì)．②入射角必須大于臨界角。

例1

舉槍瞄準時閉上一只眼睛為什么？

解析：我們知道在槍管的前端有一個瞄準具當我們閉上一只眼睛，觀察到瞄準器擋住了目標，就意味著瞄準器、目標和眼睛在一條直線上，也就是說，是對準目標的其實這就是光在同一均勻介質(zhì)中直線傳播的原因。

例2

當光垂直入射到平面鏡上時，反射光和入射光之間的夾角為_如果入射光方向不變，平面鏡旋轉(zhuǎn)角度A時，反射光與入射光的夾角為_

解析：當光垂直入射時，反射光將相對于入射光反射，并且入射光將、法線、反射光的三條線重合，反射角為0，入射角為0，所以反射光與入射光的夾角也為0。平面鏡旋轉(zhuǎn)時，法線與入射光形成一個夾角，這個夾角就是平面鏡旋轉(zhuǎn)的角度，所以入射角為a，反射角也為a，所以反射光與入射光的夾角為2a。

例3

為了使反射光和入射光之間的夾角為直角，入射光和平面鏡之間的夾角應(yīng)該為_

解析：根據(jù)反射定律，：反射角等于入射角如果反射光與入射光的夾角為直角，那么反射角等于45°  ，入射角也等于45° 3356，入射光與鏡面的夾角應(yīng)為45度。

例4

入射光與平面鏡的夾角為，則反射角應(yīng)為_

解析：首先要明確入射角。入射光與平面鏡的夾角為，所以入射角為，因為入射角是入射光與法線的夾角，法線垂直于鏡面，反射角等于入射角，所以反射角也等于。

例5

如圖2所示，光線 打在平面鏡上，反射光線向 方向出射請畫出平面鏡的位置。

解析：將反射光與入射光 和 連接，在 處交叉點就是入射點，因為反射角等于入射角，法線就是 的平分線，法線垂直于平面鏡，這樣就可以畫出平面鏡的位置。

具體作法是：在點 連接 和 ，然后畫 的平分線，就是法線（注意畫虛線）然后 垂直于法線 來表示平面鏡。如圖3。

例6

無法用光的直線傳播來解釋的現(xiàn)象是（

A、日食和月食B、影子的形成

C、小孔成像D、有閃電時，先看到閃電，再聽到雷聲

解析：當月球運行到太陽和地球之間，且位于同一直線上時，由于光沿直線傳播，月球阻擋了太陽射向地球的光，發(fā)生了日食。當?shù)厍蜻\行到太陽和月球之間，處于同一條直線上時，地球擋住了太陽射向月球的光，月食就發(fā)生了。陰影的形成是光線沿直線傳播時，不透明物體留下的陰影面積。針孔成像也是由于光線沿直線傳播，蠟燭光穿過針孔在屏幕上形成倒置的蠟燭火焰像。因此，選項a、B、c可以用光的線性傳播來解釋。雷擊時，你先看到閃電，然后聽到雷聲，因為光在空氣中的傳播速度比聲音快得多，所以選項D不能用光的線性傳播來解釋。

例7

晚上在桌子上鋪一塊白布，在白布上放一面小平面鏡面朝上，讓手電筒的光線照在平面鏡上從側(cè)面看，白布是亮的，但平面鏡是暗的為什么？

解析：因為鏡面非常光滑，垂直入射到鏡面上的光被垂直反射回來，其他方向的光很少從側(cè)面看，基本沒有光線進入眼睛，所以平面鏡看起來比較暗。白布表面粗糙，入射到白布上的光是漫反射而不是鏡面反射，反射光可以向各個方向發(fā)射，所以從側(cè)面看白布更亮。

漫反射

不平整的表面會向各個方向反射光線，這種反射就是漫反射

例如，當陽光照射到鏡子上時，你可以在反射光的方向看到耀眼的光。如果太陽照在白紙上，無論是哪個方向，都不會刺眼。

原來鏡子很光滑，但是看起來很平整的白紙其實細節(jié)不平整。這是使用 漫反射。