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光反射定律及其发现历史

发布时间：2021 年 2 月 3 日

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光的反射规律是通过观察和实验发现的。当然，也可以从理论上推导出来，但现在使用的所有原理都是通过实际手段确定和证明的。了解这种现象的基本特征有助于照明规划和设备选择。这一原理也适用于其他领域——无线电波、X 射线等在反射时的行为方式相同。

什么是光反射及其品种、机理

该定律表述如下：入射光线和反射光线位于同一平面，垂直于从入射点出射的反射面。入射角等于反射角。

本质上，反射是一个物理过程，其中光束、粒子或辐射与平面相互作用。波的方向在两种介质的边界处发生变化，因为它们具有不同的特性。反射光总是返回到它来自的介质。大多数情况下，在反射过程中也会观察到波的折射现象。

这是光反射定律的示意图。

镜面反射

在这种情况下，反射光线和入射光线之间存在明确的关系，这是该品种的主要特征。镜面反射有几个主要特点：

反射光线始终位于通过入射光线和反射面法线的平面上，反射面在入射点恢复。
入射角等于光束的反射角。
反射光束的特性与光束的偏振和入射角成正比。该指数还受两种媒体的特点影响。

对于镜面反射，入射角和反射角始终相同。

折射率取决于平面的性质和光的特性。这种反射可以在任何有光滑表面的地方找到。但不同环境的条件和原则可能会有所不同。

全内反射

声波和电磁波的特性。发生在两个媒体相遇的地方。在这种情况下，波必须从传播速度较低的介质中落下。在光的情况下，我们可以说这种情况下的折射率大大增加。

全内反射是水表面的特征。

光束的入射角影响折射角。随着其值的增加，反射光线的强度增加而折射光线的强度降低。当达到某个临界值时，折射率降低到零，导致光线完全反射。

针对不同的介质分别计算临界角。

漫反射光

这种变体的特点是，当撞击不平坦的表面时，光线会反射到不同的方向。反射光只是散射，正因为如此，您无法在不平坦或无光泽的平面上看到您的反射。当不规则度等于或超过波长时，就会观察到光线的扩散现象。

同时同一平面可以对光或紫外线进行漫反射，但能很好地反射红外光谱。这完全取决于波浪的特性和表面的特性。

由于表面上的不规则性，漫反射是混乱的。

反向反射

当射线、波或其他粒子被反射回来，即朝向源反射时，就会观察到这种现象。该属性可用于天文学、自然科学、医学、摄影等领域。由于望远镜中的凸透镜系统，可以看到肉眼看不到的恒星光。

反向反射可以通过反射面的球形来控制。

创造某些条件以使光返回光源很重要，这通常通过光学和光束方向来实现。例如，该原理用于超声检查，由于反射的超声波，被检查器官的图像显示在监视器上。

反射定律的发现史

这种现象早已为人所知。光的反射最早是在古希腊科学家欧几里得的著作“Catotrics”中提到的，该著作可以追溯到公元前 200 年。最初的实验很简单，所以当时没有出现任何理论依据，但正是他发现了这一现象。使用了费马的镜面原理。

另请阅读

光在真空中的传播速度是多少

菲涅耳公式

奥古斯特·菲涅尔（Auguste Fresnel）是一位法国物理学家，他推导出了许多公式，至今仍被广泛使用。它们用于计算反射和折射电磁波的强度和幅度。在这种情况下，它们必须通过具有不同折射值的两种介质之间的清晰边界。

所有符合法国物理学家公式的现象都称为菲涅尔反射。但应该记住，所有推导出的定律只有在介质各向同性并且它们之间的界限清晰时才有效。在这种情况下，入射角始终等于反射角，折射值由 Snellius 定律确定。

重要的是，当光线落在平面上时，可能会出现两种类型的偏振：

p 极化的特征在于电磁场强度矢量位于入射平面内。
s 极化与第一种类型的不同之处在于，电磁波的强度矢量垂直于入射射线和反射射线所在的平面。

菲涅耳推导出了一整套公式，可以进行所有必要的计算。

不同极化情况的公式是不同的。这是因为偏振会影响光束的特性，并且会以不同的方式反射。当光以一定角度入射时，反射光束可以完全偏振。这个角度称为布鲁斯特角，它取决于界面处介质的折射特性。

顺便一提！ 即使入射光是非偏振的，反射光束也始终是偏振的。

惠更斯原理

惠更斯是一位荷兰物理学家，他设法推导出描述任何性质的波的原理。正是在他的帮助下，反思法则和 ……光的折射定律…….

这是惠更斯原理最简单的示意图。

在这种情况下，光是一种平面形式的波，即所有的波表面都是平面的。在这种情况下，波面是一组具有相同相位振荡的点。

配方听起来像这样: 扰动随后到达的任何点都成为球面波的来源。

该视频使用图形和动画以非常简单的文字解释了 8 年级物理定律。

费多罗夫换挡。

它也被称为 Fedorov-Ember 效应。在这种情况下，当光束在内部完全反射时会发生偏移。同时偏移是微不足道的，它总是小于波长。由于这种偏移，反射光束与入射光束不在同一平面内，这违反了光反射定律。

科学发现文凭授予 F.I. 1980 年的费多罗夫。

由于数学计算，一位苏联科学家在 1955 年理论上证明了射线的横向位移。至于对这种效应的实验证实，法国物理学家恩伯特稍晚才完成。

在实践中运用法律

光反射的例子随处可见。

有问题的法律比看起来要普遍得多。这一原则被广泛应用于许多不同的领域：

镜子 - 是最简单的例子。它是一个光滑的表面，可以很好地反射光线和其他类型的辐射。平面版本和其他形状的元素都被使用，例如，球形表面可以让你远离物体，这使得它们成为汽车中不可或缺的后视镜。
各种光学设备 由于上面讨论的原则，也可以工作。这包括从随处可见的眼镜到带有凸透镜的强大望远镜或用于医学和生物学的显微镜的所有东西。
超声波机 也使用有问题的原则。超声波设备可以进行精确的检查。 X 射线是根据相同的原理分布的。
微波炉 - 在实践中考虑的法律适用的另一个例子。这也可以包括所有由红外辐射供电的设备（例如夜视设备）。
凹面镜 让灯笼和灯具提高性能。同时，与不使用镜面元件相比，灯泡的功率会大大降低。

顺便一提！ 由于光的反射，我们看到了月亮和星星。