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光的反射
2025-03-28
一种光学现象。指光在传播到不同物质时，在分界面上改变传播方向又返回原来物质中的现象。光遇到水面、玻璃以及其他许多物体的表面都会发生反射。当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。
反射光线与入射光线、法线在同一平面上；反射光线和入射光线分居在法线的两侧；反射角等于入射角 。可归纳为："三线共面，两线分居，两角相等"。光具有可逆性。光的反射现象中，光路上是可逆的。
形成
光射到两种不同介质的分界面上时，便有部分光自界面射回原介质中的现象，称为光的反射。
分类
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。
方向反射：介于漫反射和镜面反射之间反射称为方向反射，也称非朗伯反射，其表现为各向都有反射，且各向反射强度不均一。
表面平滑的物体，易形成光的镜面反射，形成刺目的强光，反而看不清楚物体。
通常情况下可以辨别物体之形状和存在，是由于光的漫射之故。
日落后暂时能看见物体，乃是因为空气中尘埃引起光的漫射之故。无论是镜面反射或漫反射，都需遵守反射定律。
镜面反射和漫反射都是遵循光的反射定律
分布
入射点：入射光线与镜面的交点；
法线：过入射点且垂直于镜面的直线叫做法线；
入射角：入射光线与法线的夹角叫做入射角；
反射角：反射光线与法线的夹角叫做反射角。
反射定律
1.反射角等于入射角，且入射光线与平面的夹角等于反射光线与平面的夹角。
2.反射光线与入射光线居于法线两侧。
3.反射光线，入射光线和法线都在同一个平面内。
四大特性
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。
2．异侧 入射光线与反射面的夹角和入射角的和为90°
3．等角 反射角等于入射角。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。
根据光的反射定律作光路图
具体作法：先找出入射点，过入射点作垂直于界面的法线，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
研究
性质
反射是光线的一个重要性质。中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。
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："日照月，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。中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。
影响
球面镜
春秋战国时代，还出现了球面反射镜，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。(注：勿将凹，凸面镜与凹，凸透镜混淆。凸透镜使平行光会聚，有焦点；而凹透镜使平行光发散，有虚焦点。光路是可逆的）
在欧洲，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。在中国古代，凹面镜确实实在在是人们一种主要的取火工具。
用来取火
中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。中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。
凹面镜成像实验，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。
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。
中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。
