[科普中国]-反射定律

简介

反射定律指光射到一个界面上时，其入射光线与反射光线成相同角度。光入射到不同介质的界面上会发生反射和折射。而反射时会出现以下情况：

反射线跟入射线和法线在同一平面内。反射线和入射线分居法线两侧，并且与界面法线的夹角（分别叫做入射角和反射角）相等。反射角等于入射角。

光从一种均匀物质射向另一种均匀物质时，会在它们的分界面上改变传播方向。此时，入射光线，反射光线，法线在同一平面内。1

发展简史光的反射定律由法国土木工程兼物理学家菲涅耳(1788～1827)提出。他发现了反射/折射与视点角度之间的关系。因此，光的反射又称为菲涅尔反射。

如果你站在湖边，低头看脚下的水，你会发现水是透明的，反射不是特别强烈；如果你看远处的湖面，你会发现水并不是透明的，但反射非常强烈。这就是“菲涅尔效应”。

在真实世界中，除了金属之外，其它物质均有不同程度的“菲涅尔效应”。2

定律定义（1）光反射时，反射光线、入射光线、法线都在同一平面内。（同一平面内）

（2）光反射时，反射光线、入射光线分居法线两侧。（居两侧）

（3）光反射时，反射角等于入射角。（角相等）（∠r=∠i）

总结：当光射到物体表面时，有一部分被物体表面反射回去，这种现象叫做光的反射。

特殊情况：

垂直入射时，入射角反射角都是零度， 法线、入射光线、反射光线合为一线。

理解由入射光线决定反射光线，叙述时要先叙述入射光线如何变化，再叙述反射光线如何变化。
发生反射的条件：两种介质的交界处；发生处：入射点；结果：返回原介质中 。
反射角随入射角的增大而增大，减小而减小，当入射角为零时，反射角也变为零度。

上述反射定律只适用于各向同性介质的界面，且只解决光线的传播方向问题而不涉及反射时的能量分配问题。光的反射与力学中弹性小球在光滑桌面上的反弹十分相似，I.牛顿曾经根据光的微粒说（见光的二象性）证明过反射定律。

光的反射定律最初是从实验得出，根据费马原理可证明，也可从光的波动观点出发借助于惠更斯原理（见惠更斯-菲涅耳原理）从几何上加以证明，或从电磁场的边界条件出发从理论上证明。

镜面反射与漫反射镜面反射平行光线经界面反射后沿某一方向平行射出，只能在某一方向接收到反射光线（反射面是光滑平面） 。

漫反射平行光经界面反射后向各个不同的方向反射出去，即在各个不同的方向都能接收到反射光线（反射面是粗糙平面或曲面）。

但无论是镜面反射，还是漫反射都遵循光的反射定律；漫反射只由于反射表面不平 行成不规则的反射 就是在不平的表面有些弧状或尖锐的行状 假设有一条光线射到上面 做其切线做为平面作反射线 这样就有许多的细小的“镜子”够成漫反射。

注意：在光的反射中光路可逆。

定律深度理解可归纳为：“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，光路上是相等的。

实验验证光的反射规律实验

实验目的：找出光反射时的规律。

实验器材：平面镜，纸板，激光笔，直尺，量角器，笔。 实验步骤：

实验中研究光的反射，其中选择对光反射能力强的平面镜做反射面，用白色硬纸板和白纸显示光束传播的路径。

（1）三幅图分别为甲、乙、丙，按图甲所示，先使E、F成为同一平面，使入射光线沿纸板射向镜面上的O点，观察从镜面反射的光线的方向。

（2）改变入射光线的方向，观察反射光线的方向怎样改变。

（3）按图乙那样，把纸片F向前折或向后折。

反射角和入射角的关系做实验研究，可采取如丙图所示的实验装置。

①一张16 K的白纸用图钉或透明胶条固定在水平桌面上，在白纸中间画出直线ON作为法线；在ON的一侧画几条角度不同的直线OA、OA1、OA2。

②让从手电筒前面纸缝中射出的光分别沿OA、OA1、OA2射向镜面，观察反射光线。

③分别在每条反射光线的位置上用大头针扎一个孔B、B1、B2。用刻度尺画出直线分别将OB、OB1、OB2连接起来。

④再用量角器量出反射角（r）和入射角（i）的大小，并记录大小进行比较。

⑤使光线分别沿OB、OB1、OB2射向镜面，观察每条反射光线的方向。

分析和论证：

(1)上述步骤1和2可看到E和F在一个平面内时有反射光线，且反射光线随着入射光线的改变而改变。

(2)按步骤3把纸片F向前折或向后折，将观察不到反射光线。

(3)从步骤4的①-④可看出反射角等于入射角。

(4)从步骤4的⑤可看出反射时光路是可逆的。

说明：

（1）光的反射定律可概括为十二个字三线共面，两线分居，两角相等。

（2）反射定律的第三条反射角等于入射角，不能说入射角等于反射角，因为先有入射，后有反射；入射在前，反射在后；入射是因，反射是果。

（3）在反射时，光路是可逆的。3

适用范围光的反射定律适用于所有光的反射现象，不管是镜面反射还是漫反射，都适用。光的反射定律不仅适用于垂直照射，还适用于倾斜照射。

推论包括入射线、反射线、法线在内的平面，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电磁场的边界条件导出，也可以从费马原理导出。

特殊情况垂直入射时，入射角反射角都是零度， 法线、入射光线、反射光线合为一线。 可理解为：“两角零度，三线合一”。

应用领域（1）水中的倒影 。( 属于反射)

（2）车上的后视镜（光的反射）

（3）平面镜成像。(呈虚像)

（4）潜望镜。(光的反射）

（5）牙医用的平面镜。（光的反射）

（6）玻璃幕墙。（光的反射）

（7）自行车尾灯的设计：
利用直角平面镜的反射规律，制成了自行车的反光灯。夜晚，汽车灯发出的光射到自行车的反光灯上时，经自行车上互成直角的两个反射面的反射，反射光将以平行于入射光的方向反向射入司机眼睛，使司机容易发现骑自行车的人，有利于夜间行车安全。4