反射定律

反射定律

反射定律指射到一個界面上時,其入射光線與反射光線成相同角度。光入射到不同介質的界面上會發生反射和折射。而反射時會出現以下情況:

反射線跟入射線和法線在同一平面內。反射線和入射線分居法線兩側,並且與界面法線的夾角(分別叫做入射角和反射角)相等。反射角等於入射角。

光從一種均勻物質射向另一種均勻物質時,會在它們的分界面上改變傳播方向。此時,入射光線,反射光線,法線在同一平面內。

基本介紹

  • 中文名:反射定律
  • 外文名:Reflection law
  • 領域:光學
  • 證明:費馬定理
  • 提出者:菲涅爾
  • 表達式:∠r=∠i
簡介,發展簡史,定律定義,理解,鏡面反射與漫反射,鏡面反射,漫反射,定律深度理解,實驗驗證,適用範圍,推論,特殊情況,套用領域,

簡介

反射定律指射到一個界面上時,其入射光線與反射光線成相同角度。光入射到不同介質的界面上會發生反射和折射。而反射時會出現以下情況:
反射線跟入射線和法線在同一平面內。反射線和入射線分居法線兩側,並且與界面法線的夾角(分別叫做入射角和反射角)相等。反射角等於入射角。
光從一種均勻物質射向另一種均勻物質時,會在它們的分界面上改變傳播方向。此時,入射光線,反射光線,法線在同一平面內。

發展簡史

光的反射定律由法國土木工程兼物理學家菲涅耳(1788~1827)提出。他發現了反射/折射與視點角度之間的關係。因此,光的反射又稱為菲涅爾反射。
如果你站在湖邊,低頭看腳下的水,你會發現水是透明的,反射不是特彆強烈;如果你看遠處的湖面,你會發現水並不是透明的,但反射非常強烈。這就是“菲涅爾效應”。
在真實世界中,除了金屬之外,其它物質均有不同程度的“菲涅爾效應”。

定律定義

(1)光反射時,反射光線、入射光線、法線都在同一平面內。(同一平面內)
(2)光反射時,反射光線、入射光線分居法線兩側。(居兩側)
(3)光反射時,反射角等於入射角。(角相等)(∠r=∠i)
總結:當光射到物體表面時,有一部分被物體表面反射回去,這種現象叫做光的反射。
反射定律
特殊情況:
垂直入射時,入射角反射角都是零度, 法線、入射光線、反射光線合為一線。

理解

由入射光線決定反射光線,敘述時要先敘述入射光線如何變化,再敘述反射光線如何變化。
發生反射的條件:兩種介質的交界處;發生處:入射點;結果:返回原介質中 。
反射角隨入射角的增大而增大,減小而減小,當入射角為零時,反射角也變為零度。
上述反射定律只適用於各向同性介質的界面,且只解決光線的傳播方向問題而不涉及反射時的能量分配問題。光的反射與力學中彈性小球在光滑桌面上的反彈十分相似,I.牛頓曾經根據光的微粒說(見光的二象性)證明過反射定律。
光的反射定律最初是從實驗得出,根據費馬原理可證明,也可從光的波動觀點出發藉助於惠更斯原理(見惠更斯-菲涅耳原理)從幾何上加以證明,或從電磁場的邊界條件出發從理論上證明。

鏡面反射與漫反射

鏡面反射

平行光線經界面反射後沿某一方向平行射出,只能在某一方向接收到反射光線(反射面是光滑平面) 。

漫反射

平行光經界面反射後向各個不同的方向反射出去,即在各個不同的方向都能接收到反射光線(反射面是粗糙平面或曲面)。
但無論是鏡面反射,還是漫反射都遵循光的反射定律;漫反射只由於反射表面不平 行成不規則的反射 就是在不平的表面有些弧狀或尖銳的行狀 假設有一條光線射到上面 做其切線做為平面作反射線 這樣就有許多的細小的“鏡子”夠成漫反射。
注意:在光的反射中光路可逆。
反射定律

定律深度理解

可歸納為:“三線共面,兩線分居,兩角相等”。光具有可逆性。光的反射現象中,光路上是相等的。

實驗驗證

光的反射規律實驗
實驗目的:找出光反射時的規律。
實驗器材:平面鏡紙板雷射筆直尺量角器,筆。 實驗步驟:
實驗中研究光的反射,其中選擇對光反射能力強的平面鏡做反射面,用白色硬紙板和白紙顯示光束傳播的路徑。
(1)三幅圖分別為甲、乙、丙,按圖甲所示,先使E、F成為同一平面,使入射光線沿紙板射向鏡面上的O點,觀察從鏡面反射的光線的方向。
反射定律
(2)改變入射光線的方向,觀察反射光線的方向怎樣改變。
(3)按圖乙那樣,把紙片F向前折或向後折。
反射角和入射角的關係做實驗研究,可採取如丙圖所示的實驗裝置。
①一張16 K的白紙用圖釘或透明膠條固定在水平桌面上,在白紙中間畫出直線ON作為法線;在ON的一側畫幾條角度不同的直線OA、OA1、OA2
②讓從手電筒前面紙縫中射出的光分別沿OA、OA1、OA2射向鏡面,觀察反射光線。
③分別在每條反射光線的位置上用大頭針扎一個孔B、B1、B2。用刻度尺畫出直線分別將OB、OB1、OB2連線起來。
④再用量角器量出反射角(r)和入射角(i)的大小,並記錄大小進行比較。
⑤使光線分別沿OB、OB1、OB2射向鏡面,觀察每條反射光線的方向。
分析和論證:
(1)上述步驟1和2可看到E和F在一個平面內時有反射光線,且反射光線隨著入射光線的改變而改變。
(2)按步驟3把紙片F向前折或向後折,將觀察不到反射光線。
(3)從步驟4的①-④可看出反射角等於入射角。
(4)從步驟4的⑤可看出反射時光路是可逆的。
說明:
(1)光的反射定律可概括為十二個字三線共面,兩線分居,兩角相等。
(2)反射定律的第三條反射角等於入射角,不能說入射角等於反射角,因為先有入射,後有反射;入射在前,反射在後;入射是因,反射是果。
(3)在反射時,光路是可逆的。

適用範圍

光的反射定律適用於所有光的反射現象,不管是鏡面反射還是漫反射,都適用。光的反射定律不僅適用於垂直照射,還適用於傾斜照射。

推論

包括入射線、反射線、法線在內的平面,其在另一平面上的投影,也遵循反射定律。
光的反射定律可以由電磁場的邊界條件導出,也可以從費馬原理導出。

特殊情況

垂直入射時,入射角反射角都是零度, 法線、入射光線、反射光線合為一線。 可理解為:“兩角零度,三線合一”。

套用領域

(1)水中的倒影 。( 屬於反射)
(2)車上的後視鏡(光的反射)
(3)平面鏡成像。(呈虛像)
(4)潛望鏡。(光的反射)
(5)牙醫用的平面鏡。(光的反射)
(6)玻璃幕牆。(光的反射)
(7)腳踏車尾燈的設計:
利用直角平面鏡的反射規律,製成了腳踏車的反光燈。夜晚,汽車燈發出的光射到腳踏車的反光燈上時,經腳踏車上互成直角的兩個反射面的反射,反射光將以平行於入射光的方向反向射入司機眼睛,使司機容易發現騎腳踏車的人,有利於夜間行車安全。

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