光反射定律及其發現歷史

光的反射規律是通過觀察和實驗發現的。當然，也可以從理論上推導出來，但現在使用的所有原理都是通過實際手段確定和證明的。了解這種現象的基本特徵有助於照明規劃和設備選擇。這一原理也適用於其他領域——無線電波、X 射線等在反射時的行為方式相同。

什麼是光反射及其品種、機理

該定律表述如下：入射光線和反射光線位於同一平面，垂直於從入射點出射的反射面。入射角等於反射角。

本質上，反射是一個物理過程，其中光束、粒子或輻射與平面相互作用。波的方向在兩種介質的邊界處發生變化，因為它們具有不同的特性。反射光總是返回到它來自的介質。大多數情況下，在反射過程中也會觀察到波的折射現象。

這是光反射定律的示意圖。

鏡面反射

在這種情況下，反射光線和入射光線之間存在明確的關係，這是該品種的主要特徵。鏡面反射有幾個主要特點：

1. 反射光線始終位於通過入射光線和反射面法線的平面上，反射面在入射點恢復。
2. 入射角等於光束的反射角。
3. 反射光束的特性與光束的偏振和入射角成正比。該指數還受兩種媒體的特點影響。

對於鏡面反射，入射角和反射角始終相同。

折射率取決於平面的性質和光的特性。這種反射可以在任何有光滑表面的地方找到。但不同環境的條件和原則可能會有所不同。

全內反射

聲波和電磁波的特性。發生在兩個媒體相遇的地方。在這種情況下，波必須從傳播速度較低的介質中落下。在光的情況下，我們可以說這種情況下的折射率大大增加。

全內反射是水錶面的特徵。

光束的入射角影響折射角。隨著其值的增加，反射光線的強度增加而折射光線的強度降低。當達到某個臨界值時，折射率降低到零，導致光線完全反射。

針對不同的介質分別計算臨界角。

漫反射光

這種變體的特點是，當撞擊不平坦的表面時，光線會反射到不同的方向。反射光只是散射，正因為如此，您無法在不平坦或無光澤的平面上看到您的反射。當不規則度等於或超過波長時，就會觀察到光線的擴散現象。

同時同一平面可以對光或紫外線進行漫反射，但能很好地反射紅外光譜。這完全取決於波浪的特性和表面的特性。

由於表面上的不規則性，漫反射是混亂的。

反向反射

當射線、波或其他粒子被反射回來，即朝向源反射時，就會觀察到這種現象。該屬性可用於天文學、自然科學、醫學、攝影等領域。由於望遠鏡中的凸透鏡系統，可以看到肉眼看不到的恆星光。

反向反射可以通過反射面的球形來控制。

創造某些條件以使光返迴光源很重要，這通常通過光學和光束方向來實現。例如，該原理用於超聲檢查，由於反射的超聲波，被檢查器官的圖像顯示在監視器上。

反射定律的發現史

這種現象早已為人所知。光的反射最早是在古希臘科學家歐幾里得的著作“Catotrics”中提到的，該著作可以追溯到公元前 200 年。最初的實驗很簡單，所以當時沒有出現任何理論依據，但正是他發現了這一現象。使用了費馬的鏡面原理。

另請閱讀

光在真空中的傳播速度是多少

 

菲涅耳公式

奧古斯特·菲涅爾（Auguste Fresnel）是一位法國物理學家，他推導出了許多公式，至今仍被廣泛使用。它們用於計算反射和折射電磁波的強度和幅度。在這種情況下，它們必須通過具有不同折射值的兩種介質之間的清晰邊界。

所有符合法國物理學家公式的現像都稱為菲涅爾反射。但應該記住，所有推導出的定律只有在介質各向同性並且它們之間的界限清晰時才有效。在這種情況下，入射角始終等於反射角，折射值由 Snellius 定律確定。

重要的是，當光線落在平面上時，可能會出現兩種類型的偏振：

1. p 極化的特徵在於電磁場強度矢量位於入射平面內。
2. s 極化與第一種類型的不同之處在於電磁波的強度矢量垂直於入射和反射射線所在的平面。

菲涅耳推導出了一整套公式，可以進行所有必要的計算。

不同極化情況的公式是不同的。這是因為偏振會影響光束的特性，並且會以不同的方式反射。當光以一定角度入射時，反射光束可以完全偏振。這個角度稱為布魯斯特角，它取決於界面處介質的折射特性。

順便一提！ 即使入射光是非偏振的，反射光束也始終是偏振的。

惠更斯原理

惠更斯是一位荷蘭物理學家，他設法推導出描述任何性質的波的原理。正是在他的幫助下，反思法則和 ……光的折射定律…….

這是惠更斯原理最簡單的示意圖。

在這種情況下，光是一種平面形式的波，即所有的波表面都是平面的。在這種情況下，波面是一組具有相同相位振蕩的點。

配方聽起來像這樣: 任何隨後發生擾動的點都成為球面波的來源。

該視頻使用圖形和動畫以非常簡單的文字解釋了 8 年級物理定律。

費多羅夫換擋。

它也被稱為 Fedorov-Ember 效應。在這種情況下，當光束在內部完全反射時會發生偏移。同時偏移是微不足道的，它總是小於波長。由於這種偏移，反射光束與入射光束不在同一平面內，這違反了光反射定律。

科學發現文憑授予 F.I. 1980 年的費多羅夫。

由於數學計算，一位蘇聯科學家在 1955 年理論上證明了射線的橫向位移。至於對這種效應的實驗證實，法國物理學家恩伯特稍晚才完成。

在實踐中運用法律

光反射的例子隨處可見。

有問題的法律比看起來要普遍得多。這一原則被廣泛應用於許多不同的領域：

1. 鏡子 - 是最簡單的例子。它是一個光滑的表面，可以很好地反射光線和其他類型的輻射。平面版本和其他形狀的元素都被使用，例如，球形表面可以讓您遠離物體，這使得它們成為汽車中不可或缺的後視鏡。
2. 各種光學設備 由於上面討論的原則，也可以工作。這包括從隨處可見的眼鏡到帶有凸透鏡的強大望遠鏡或用於醫學和生物學的顯微鏡的一切。
3. 超聲波機 也使用有問題的原則。超聲波設備可以進行精確的檢查。 X 射線是根據相同的原理分佈的。
4. 微波爐 - 在實踐中考慮的法律適用的另一個例子。這也可以包括所有由紅外輻射供電的設備（例如夜視設備）。
5. 凹面鏡 讓燈籠和燈具提高性能。同時，與不使用鏡面元件相比，燈泡的功率會大大降低。

順便一提！ 由於光的反射，我們看到了月亮和星星。

光反射定律解釋了許多自然現象，對其特性的了解使我們能夠製造出當今廣泛使用的設備。