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，它可以從理論上推導出來，但是現在使用的所有原理都已經在實踐中得到了定義和證實。了解這種現象的主要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。在反射中表現完全相同。

什麼是光的反射及其種類、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。

這是光的反射定律的示意圖。

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。鏡像有幾個要點：

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，反射面在入射點處重建。
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及其入射角成正比。此外，該指標受兩種環境特徵的影響。

在鏡面反射中，入射角和反射角始終相同。

在這種情況下，折射率取決於平面的特性和光的特性。這種反射可以在任何有光滑表面的地方找到。但對於不同的環境，條件和原則可能會有所不同。

全內反射

典型的聲波和電磁波。發生在兩個環境相遇的地方。在這種情況下，波必須從傳播速度較低的介質中落下。關於光，我們可以說這種情況下的折射率大大增加。

全內反射是水面的特徵。

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，折射率減小到零，導致光線發生全反射。

臨界角是針對不同介質單獨計算的。

光的漫反射

此選項的特點是，當它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表面上看到您的反射。當不規則度等於或大於波長時，觀察到射線擴散現象。

在這種情況下，同一平面可以對光或紫外線進行漫反射，但同時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。

背反射可以通過反射面的球形來控制。

為光線返迴光源創造一定的條件很重要，這通常通過光學和光線的光束方向來實現。例如，該原理用於超聲研究，由於反射的超聲波，正在研究的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。可追溯到公元前 200 年的作品“Katoptrik”中首次提到了光的反射。由古希臘學者歐幾里得所著。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。在這種情況下，使用了費馬的鏡面原理。

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菲涅耳公式

奧古斯特·菲涅爾（Auguste Fresnel）是一位法國物理學家，他開發了許多至今仍被廣泛使用的公式。它們用於計算反射和折射電磁波的強度和幅度。同時，它們必須通過兩種不同折射值的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耳反射。但必須記住，所有推導出的定律只有在介質各向同性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，折射值由斯涅爾定律確定。

重要的是，當光線落在平面上時，可能有兩種偏振：

1. p極化的特徵在於電磁場的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強度矢量垂直於入射和反射光束所在的平面。

菲涅爾推導出了一系列公式，使您可以執行所有必要的計算。

不同極化情況的公式不同。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。當光線以一定角度落下時，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！ 反射光束始終是偏振的，即​​使入射光是非偏振的。

惠更斯原理

惠更斯是一位荷蘭物理學家，他成功地推導出了可以描述任何性質的波的原理。正是在它的幫助下，它們最經常地證明了反思定律和 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，光被理解為一個平面形狀的波，即所有的波面都是平面的。在這種情況下，波面是一組具有相同相位振蕩的點。

措辭是這樣的: 任何受到擾動的點隨後都成為球面波的來源。

在視頻中，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。

費多羅夫的轉變

它也被稱為 Fedorov-Ember 效應。在這種情況下，存在全內反射的光束位移。在這種情況下，偏移是微不足道的，它總是小於波長。由於這種位移，反射光束與入射光束不在同一平面上，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。至於這種效應的實驗證實，法國物理學家安伯稍晚做了。

法律在實踐中的運用

光反射的例子無處不在。

有問題的法律比看起來要普遍得多。這一原理被廣泛應用於各個領域：

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，球面允許物體被移開，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 由於考慮的原則，也可以工作。這包括從隨處可見的眼鏡到用於醫學和生物學的帶有凸透鏡或顯微鏡的強大望遠鏡。
3. 超聲波設備 也使用相同的原理。超聲波設備可以進行準確的檢查。 X 射線根據相同的原理傳播。
4. 微波爐 - 另一個在實踐中適用相關法律的例子。它還包括所有因紅外輻射而運行的設備（例如，夜視儀）。
5. 凹面鏡 允許手電筒和燈具提高性能。在這種情況下，燈泡的功率可能比不使用鏡面元件的情況要小得多。

順便一提！ 通過光的反射，我們看到了月亮和星星。

光的反射定律解釋了許多自然現象，對其特性的了解使得製造在我們這個時代廣泛使用的設備成為可能。