光的反射规律

《光的反射规律》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光的反射规律（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、光的反射规律光遇到水面、玻璃以及其他许多物体的表面都会发生反射（reflection）。 垂直于镜 面的直线叫做法线；入射光线与法线的夹角叫做入射角；反射光线与法线的夹角叫做反射 角。在反射现象中，反射光线，入射光线和法线都在同一个平面内（反射光线在入射光线合法想做决定的平面内）；反射光线、入射光线分居法线两侧；反射角等于入射角。这 就是光的反射定律（reflection law）。在反射现象中，光路是可逆的。反射光线的反向延长线经过像点。光的反射基本概念光的反射光的反射光的反射：光在两种物质分界面上改变传播方向又返回原来物质中的现象，叫做光的反射。理解光的反射定律归纳1在反射现象中，反射光线

2、，入射光线和法线都在同一个平面内。（同平面）2反射光线，入射光线分居法线两侧（居两侧） 3反射角等干入射角（角相等） 可 归纳为：“三线共面，两线分居，角相等” 4在反射现象中，光路是可逆的光的反射相对论简单介绍2.异侧入射光线与1.共面法线是反射光线与入射光线的角平分线所在的直线。反射面的夹角和入射角的和为90 3.等角 反射角=入射角。反射角随入射角的增大而 增大，减小而减小。4.可逆光路是可逆的 如图1 （甲）中光线BO逆着原来的反射光线（图乙）的方向射到界面上，这时的反射光线OA定会逆着原来的入射光线AO的 方向射出去。5.根据光的反射定律作光路图做法具体作法：先找出入射点，过入射点作

3、垂直于界面的法线，则反射光线与入射光线的 夹角的角平分线即为法线。若是确定某一条入射光线所对应的反射光线，则由入射光线、法 线确定入射角的大小及反射光线所在的平面，再根据光的反射定律中反射光线位于法线的另 一侧，反射角等于入射角的特点，确定反射光线。反射概念6.镜面反射与漫反射镜面反射：平行光线射到光滑表面上时反射光线也是平行的，这种反射叫做镜面反射。漫反射：平行光线射到凹凸不平的表面上，反射光线射向各个方向，这种反射叫做漫反射。 镜面反射和漫反射都是遵循光的反射定律 7. 反射的知识平面镜反射的研究性质光线另一个重要的性质是反射。我国古代在这方面具有丰富的知识，在许多实际问题上 都反映出来。

4、对人类来说，光的最大规模的反射现象，发生在月球上。我们知道，月球本身是不发光的，它只是反射太阳的光。相传为记载夏、商、周三代史实的书经中 就提起过这件事。可见那个时候，人们就已有了光的反射观念。战国时的著作周髀里就 明确指出：“旦照月，月光乃生，成明月。”西汉时人们干脆说“月如镜体”，可见对光的反射 现象有了深一层的认识。墨经里专门记载一个光的反射实验：以镜子把日光反射到人体 上，可使人体的影子处于人体和太阳之间。这不但是演示了光的反射现象，而且很可能是 以此解释月魄的成因。成像平面镜成像，就是光线反射的结果。我国古代在这方面是很有创造性的。最早的时候， 人们用静止的水面作为光的反射面，当作镜

5、子使用（图十二），这镜子叫做“监”。西周金文 里的“监”字写起来很像一个人弯着腰向盛有水的盘子里照自己的像。这说明在三四千年前， 就盛行着利用水面反射成像的方法。到了明清时代，一些穷苦人家也还使用着“水镜”。儒 林外史里写的胡屠户，不是要他那个官热太盛的女婿范进，去撒尿照照自己的形容吗？ 这话虽不大雅，但还是一种水镜的遗制，胡屠户决不是发明者。到了周代中期，随着冶炼工 艺的进步，才渐渐以金属反射面代替水镜，这才在“监”字的边旁加以“金”，成了“鉴”或“鉴”， 就是现在大量出土的所谓铜镜了。至于玻璃（反射）镜，那就更晚了。墨经关于平面镜反射成像规律的研究，在周代后期就在进行了。墨经中就指出：平面

6、镜 成的像只有一个；像的形状、颜色、远近、正倒，都全同于物体。它还指出：物体向镜面移 近，像也向镜面移近，物体远了，像也远了，有对称关系。这个总结是完全正确的。球面镜反射的研究球面镜春秋战国时代，还出现了球直反射镜，即所谓球面镜。根掳反射面呈凹形和凸形的不 同，分为凹球面镜和凸球面镜。物体置于镜前，能在镜中成像。凹球面镜还能使一束平行光 线反射后交于一点，这一点叫做焦点。凸球面镜是发散镜，那焦点是个虚焦点。由于太阳 光线中带有热能，聚于一点投到物体，不但亮度大，而且发热多，能使物体温度升高而着 火。在西洋，传说古希腊时候,罗马人开了大队兵船去进攻叙拉古，当时的物理学家阿基米德（西元前二八七至二

7、一二年）曾用一面巨大无比的凹面镜对着太阳，把光线聚于 兵船上，烧掉了它，因而取得战争的胜利。当然这只是传说而已。在我国古代，凹面镜确实 实在在是人们一种主要的取火工具。用来取火我国远在周代就知道利用这种反射现象来取火。那时把这种取火用的凹面镜叫做“阳 燧”。庄子里面就记载说：“阳隧见日，燃而为火。”到了西汉的淮南子里就进一步指 出，用凹面镜对日取火，艾草之类的引火物，放的位置既不能离镜太远，也不能太近。这 里实际上就是指出，艾草必须置于焦点之上。在东汉时候，人们对于光的反射知识更加丰富 了，了解到除了专用的阳隧外，凡是呈凹球面状的反射面，只要摩擦得足够光亮，都可以 对日聚焦取火。当时有人就用金

8、属杯子的底部，对日聚焦取火，也还有用别的。这都表现了 人们认识范围扩大了。对于凹面镜对日聚焦取火的原理，宋代沈括作了分析。他在梦溪 笔谈中说：“阳燧面洼，向日照之，光皆聚于内，离镜一二寸，大如麻菽，着物则火发， 此则腰鼓最细处也。”意思是，阳燧反射面呈凹形，对着太阳，光线经反射都聚于一点（即 焦点），这一点距镜面一二寸，像芝麻豆子那么大，落到物体上就会发火，这一点好像是腰 鼓最细的地方。这里把球面镜反射光线的情况正确地描述出来，并且对焦点和焦距都进行 了描写。尤其是能指出焦点之所在，正像是腰鼓最细的地方，生动具体，使人们容易懂。据 沈括说，当时这一类学问的研究叫做格术”，既构成了专门学问，那一

9、定是非常深入的，只 是已经失传了，很是可惜。相关题目发光体置于球面镜前，光线经球面镜的反射，也能成像；这同平面镜反射成像是同样的 道理，但情况要复杂得多。我国古代在这方面的研究有惊人的成绩，尤以墨经的记载为 最早，而且达到了很高的水准。凸面镜成像的情况比较简单。不管物体放在镜前的什么它 方，所成的像总是正立的缩小的一种。墨经只用“鉴团，景一”四个字把它总结了，意思 是镜面呈凸形（团即凸），所成之像只有一种情况-一个像。至于四面镜，成像的情况要复 杂一些。物体在球心以外，反射所成的像是缩小倒立的，在球心和焦点之间，可以用屏接着。 物体在球心和焦点之间，所成的像是放大倒立的，在球心之外，也可以用屏

10、接着。物体在焦 点以内，所成的像是放大正立的，在镜的后面，无法用屏接着。墨经有这样一段记载：“鉴 洼，景一小而易，一大而正，说在中之外内。”“洼”即凹，“鉴洼”就是指凹球面镜。“中”是 指球心至焦点这一段。经文的意思是说：物在“中”之外，即球心以外，成的像是“小而易”， 即缩小倒立的；物在“中”之内，即焦点至镜面之问，成的像是大而正”，即放大正立的。这 样，好像还漏掉一个“大而易”的像。其实并不是的。原来墨经作者有他们特殊的实验方 法，即把观察者自己的身体当作物体。观察者从远处向镜面走来，当他还在球心以外，就看 见自己的“小而易”的像；当走过了球心，进入球心和焦点之间（即中”），理应有一个“大

11、而 易”的像，但在球心以外，即观察者的身后，所以看不见；再前进，走过了焦点，又看见自 己“大而正”的像了。如此说来，这条记载是完全忠实的，正确的。不仅如此，直接由观察者 去看自己的像，是一种很有意义的实验方法。隔了两千多年之后，即在本世纪初，号称世界 最高学府的英国剑桥大学的物理试卷上，曾有过类似内容的题目。实验凹面镜呈像实验，沈括也做过；他把自己的手指当作物体，从镜面开始慢慢移去。他说： “以一指迫而照之则正，渐远则无所见，过此遂倒。”沈括记载得很忠实。当手指在焦点之内， 所成的像是一个正立的虚像。当手指渐渐远离镜面，移至焦点时，成像在无穷远，就无所 见”了。当手指移至焦点之外，就成为倒立的

12、实像了。沈括的实验方法，同墨经所记的 实验不同，他把物体与观察者分开，因而能够发现一个特殊点（即焦点），它是正像和倒像 的分界点。这是一个十分重要的进展。此外，沈括还指出凹面镜成像和针孔成像有某些相 似之处，并且用生动易懂的比喻来说明物与像的位置的相对关系，以及针孔和焦点的作用。 这些都说明了沈括对问题研究的深入。研究沈括还以他的科学素养，指出使用凸球面镜中存在的一些问题。当时有人发现有些古 镜呈凸球面状，不懂此中奥妙，就把它磨平。沈括认为这是错误的。他指出，古人铸造反射 镜，大镜子就呈平面，小镜子就呈凸面。凹镜照出人脸的像要大些，凸镜照出人脸的像要小 些。用小镜看不到人脸的全像，所以把它做得

13、稍凸一些，以便使人脸的像变小。这样，镜子 虽小，仍然可以照见完整的人脸。造镜子时要考虑镜子的大小，以决定增减镜子的凸起程度， 使人脸的像和镜子的大小相称。这个说明是完全正确的，反映出沈括能够利用自己的科学知 识，解决生活中的实际问题，表现了一个科学家结合实际的正确态度。我国古代研究球面镜的当然还不止这些，这里再举出一个人来，就是清代的虞兆隆。他在天香楼偶得 中，批评沈括对凹球面镜成像的解释亦未分明”。他用自己家藏的凹面镜做实验，发现那像 “迫近则正，稍远则闪烁无定，再远之则皆倒矣，但所照甚为模糊，不若近照之明显。”他见 到了几种情况，开始是正立的虚像，当物接近焦点时，像就闪烁无定”了，过了焦点

14、直至无 穷远“则皆倒”。物在焦点以外所成的倒立实像比较模糊”，确是事实。看来，他的观察是更 仔细了。不但如此，他不满足于沈括用“中间有碍”那样抽象而笼统的解释。提出用“转照” 的说法来解释凹面镜成像的倒立、模糊等现象。虽然虞兆隆的解释不见得十分正确，但却具 体一些。透光镜的研究透光镜说到反射，不能不介绍一下我国古代一件奇妙的镜子，那就是透光镜”。“透光镜”的外 形跟古代的普通铜镜一模一样，也是金属铸成的，背后有图案文字，反射面磨得很光亮， 可以照人。按理说，当以一末光线照到镜面，反射后投到墙壁上，应当是一个平淡无奇的圆 形光亮区。奇妙的是，在这个光亮区竟出现了镜背面上的图案文字，好像是透”过来

15、似的， 故称“透光镜”。上海博物馆珍藏的一面西汉透光镜，背面有“见日之光，天下大明”八个字, 甚至连同花纹都“透”在那个光亮区之中，清晰可见。这实在是令人难以设想的事。不但我国 历代科学家都研究它，近代国外计多科学家也感到惊奇，把它叫做魔镜”，纷纷研究它，企 图揭开这个谜。在十九世纪一段时间曾引起热烈的讨论，但是都没有得到满意的回答。近 几年，我国科学工作者运用现代科学技术手段对透光镜进行研究，获得了可喜的成就。古镜记我国现在出土的铜镜数量很大，其中秦以前的较多。但并没有逐枚进行“透光”试验，所 以不能肯定这里面一定没有透光镜。在宋代，沈括家藏一面透光镜，背后的文字极古”，以 致连博学精深的他

16、自己也不认识。可见，这不是一般的文字，可能是秦以前的东西。上海博 物馆珍藏的一面已确定为西汉的遗物，西汉以后，民间能制造的逐渐多起来。到了清代，江 浙一带的镜工也能制造出来，并传到旦本。至于文字记载，清代的小说古镜记里，叙 述到一面“古镜”，当“承日照之，则背上文画，墨入影内，纤毫无失。”这里说的显然就是透 光镜了。宋代沈括对所藏的透光镜记载得十分详细，此后历代文人记载，题咏就更多了。理论铜镜是如何“透光”的？最早作这方面研究和记录的是沈括。他在梦溪笔谈里记载说： “世上有一种透光镜把镜子放在日光下，背面的花纹和二十个字都透射在屋壁上，很清 楚。有人解释说，由于铸铸时薄的她方先冷，背面有花纹的地方比较厚，冷得较慢，铜收缩 得多一些，因此，文