浅析“光的反射” 光的反射
时间：2018-12-28 03:32:29 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
一、知识点拨 同学们知道能够发光的物体叫光源，用一条直线表示光线的传播路径，画一个箭头表示光线的传播方向.我们能看到太阳、电灯等光源，是因为它们本身能发光，光线进入我们的眼睛.我们为什么还能看见人、车、课桌椅等这些本身不发光的物体呢？你想知道其中的原因吗？那么，我们马上进入“光的反射”的学习.
1.光的反射
光传播到两种不同物质的分界面时，有一部分光会被反射，仍在原来的物质中传播，这种现象叫做光的反射现象.
所有物体表面都反射光，我们能够看到不发光的物体，就是因为被它们反射的光射入了眼睛.磨光的金属、油漆得很好的家具看上去光亮耀眼，砖瓦、石块看上去比较暗淡，这是由于不同的表面反射光的情况不同.
2.光反射时的规律
为什么不发光的物体，反射面不同，最终人们看到的效果也不同呢？我们下面就来研究光是怎样反射的？
如图1所示，把一个镜子M放在平板上，把一个画有角度的白色硬纸板竖立在镜子上，硬纸板是由E、F两块粘接起来的，可以绕接缝ON转动，ON垂直于镜面.使E、F在同一平面上.让从手电筒（最好用激光电筒）前面纸缝中射出的光沿纸板入射到镜面上的O点，观察从镜面反射的光线的方向.光线的方向指向镜面的光线叫入射光线；光线的方向远离镜面的光线叫反射光线.从光的入射点O所作的垂直于镜面的线ON叫做法线；入射光线与法线的夹角叫入射角，用∠i表示；反射光线与法线的夹角叫反射角，用∠r表示.这几个物理定义必须熟记，因为在今后的学习过程中，要用它们这几个定义来作图.特别要提醒的是：法线ON要用虚线来表示，因为它是不存在的，画法线的目的是便于确定出入射光线或反射光线的位置；入射角和反射角分别是入射光线、反射光线与法线的夹角，而不是它们与镜面的夹角.在白纸上画出入射光线、法线、反射光线的位置.用量角器量出入射角、反射角的大小，并记录下来.
改变入射光线的方向，观察反射光线的方向怎样改变.在白纸上画出入射光线、法线、反射光线的位置.用量角器量出入射角、反射角的大小，并记录下来.通过比较发现：无论入射光线怎么改变，反射光线与入射光线分别在法线两侧，并且反射角等于入射角.
如图2所示，把纸板的半面向后折，结果找不到反射光线了，说明反射光线、入射光线和法线在同一平面上.
综上所示，可以得出光在反射时的规律（也叫光的反射定律）：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法线的两侧；反射角等于入射角（不能反过来说，因为先有入射才有反射，反射角由入射角决定）（如图3）.
当入射光线靠拢法线时，反射光线也随着靠拢法线以保证反射角总等于入射角；反之也一样.法线具有两个特点：一、法线始终与镜面垂直，已知镜面可画出法线，同理，已知法线可画出镜面；二、法线是入射光线与反射光线夹角的角平分线.这两条特别重要，在后面的作光路图时经常要用到.
特例如图4，当光垂直照射到物体表面上时，反射光线将沿原路返回.这时反射光线、入射光线、法线三线合一，反射角、入射角都等于零.
强调光垂直入射时，反射角、入射角为什么都等于零，而不是看到图中有一个直角符号，认为两角等于90°呢？这是因为同学们要把反射角、入射角的定义再巩固一下，所谓反射角、入射角是指反射光线、入射光线分别与法线的夹角.当光垂直入射时，反射光线、入射光线和法线三线重合了，所以此时反射角、入射角都为零.
例1光线与镜面成30°角射到平面镜上（如图5），入射角是多大？试画出反射光线，标出入射角和反射角.
解析在解题过程中，要理顺几个概念：法线、反射角、入射角.
根据图中已有入射光线和镜面，首先能够确定出法线（如图6），法线与镜面垂直，且过O点.因为反射角等于入射角，已知入射光线与镜面的夹角为30°，所以入射角为60°，反射角也为60°.用量角器量出与法线夹角60°，画出的线即为反射光线的路径，最后不要忘了画一个箭头，且方向远离镜面，向外指，这样才是一条完整的反射光线（如图7）.
最后在图中标出入射角和反射角（如图8）.如果题目中要求标出入射角度数和反射角度数，则如图9所示.
请同学们在答题过程中注意审题.
在图1的实验中，如果让光线逆着反射光线的方向射向镜面，可以看到，反射光线将逆着原来入射光线的方向射出.这表明，在反射现象中，光路是可逆的.
生活中有很多现象可以说明光路的可逆性.例如，如果你在一块平面镜中看到了另一位同学的眼睛，那么，不论这个平面镜多么小，你的同学也一定会从这块平面镜中看到你的眼睛.
3.镜面反射和漫反射
我们已经知道了光是怎样反射的，知道了光在反射时应遵循的规律.下面，我们一起来分析为什么光射到不同的物体表面，反射情况不同？例如，为什么镜子能将太阳光反射到墙上形成光斑，而白纸却不能？
平行光入射到光滑的物体表面上时（如图10），每条光线遵循光的反射规律，可画出它们的反射光线（如图11）.当平行的入射光线射到镜面上，反射光线也是平行的，我们把这种反射叫镜面反射.镜面反射发生在反射面像镜子一样平滑的物体表面上.日常所用的平面镜、平静的水面、油漆得很好的家具等物体表面都能发生镜面反射.在发生镜面反射时，因只向同一个方向反射，其他方向都没有反射光线，所以在这个方向的反射光线很强.太阳光射到平面镜上，能观察到反射形成的光斑就是因为它发生的是镜面反射.
平行光线照在光滑的镜面上，发生的是镜面反射，如果照在不光滑的反射面上呢？如图12所示
当平行的入射光线，射到凸凹不平的表面时，在各入射点作法线，法线不再平行，各入射角不相等，当然反射角也不相等.但每条入射光线仍遵循光的反射规律，可以确定出反射光线的位置（如图13）.从图中可以看出，平行入射的光线，照到凸凹不平的反射面时，反射光线不再平行，而是射向各个方向，我们把这种反射叫漫反射.我们能从不同方向看到本身不发光的物体，是由于光射到物体上时发生漫反射的缘故.这也是白纸不能将太阳光反射到墙上形成光斑的原因.
例2黑板“反光”时，为什么看不清字？怎样才能使黑板不“反光”？
解析我们看黑板时，入射到眼里的光有两部分：一是粉笔字上发生漫反射的光；二是字周围黑板面漫反射的光，前者比后者强就能看清黑板上的字，若写字处黑板较光滑，此处就发生了镜面反射，把太阳射向黑板的平行入射光反射向同一方向，在此方向上镜面反射的强光遮盖了粉笔字漫反射的弱光，所以就看不清粉笔字了.
要使黑板不“反光”，就要使它的表面粗糙些，如在毛玻璃上刷上黑板油使它对入射光不发生镜面反射就可以了.
二、方法指导
平面镜旋转的光学题
例3如图14所示，入射角为30°，若将反射面顺时针旋转10°，则这时入射光线与反射光线的总夹角为多大？
解析如图15所示，∠AOC=∠AOB＋变化的角度
因为反射面（即镜面）顺时针旋转10°，原来入射光线与镜面的夹角为60°，旋转反射面后，入射光线与镜面的夹角为50°，入射角为40°（实际上法线也跟着旋转10°），反射角等于入射角为40°，入射光线与反射光线的总夹角为80°.
∠AOC=60°＋2×10°=80°
推理如果反射面旋转的角度为α，那么，∠AOC=∠AOB＋2α
例4为了采集黄金或其他有价值的矿藏，人类常常要在地壳里掘很深的矿井.现在已知世界上最深的矿井在南非洲，它的深度已到3.3km以上.（这里讲的并不是钻探工具到达的深度，而是人迹所到的地方）.当然，挖掘矿井是沿着矿脉走向而分段采掘的.因此矿井中通常分（竖直向下的）竖井和（水平方向的）巷道.有的一个竖井的深度就达700m（通常是第一个竖井），在地面上挖如此深的竖井时，要想让与水平面成40°照射的太阳光照亮井底，只给你一块平面镜，你能做到吗？请作光路图说明镜面的放置位置，并求出此时镜面与水平面的夹角是多大？
解析已知入射光线与水平方向成40°角，要求反射光线竖直向下照亮井底，说明反射光线和入射光线的夹角是40°+90°=130°，法线是这个夹角的平分线，法线与镜面垂直，由此可确定平面镜的位置.
作图步骤：
（1）先画一条水平线OM.
（2）作入射光线AO和反射光线OB，使∠AOM=40°，OB⊥OM.
（3）作∠AOB的角平分线ON（即法线）.
（4）作PQ⊥ON，PQ即为镜面，∠POM=65°（如图16）
三、拓展应用
公路反光标志
道路标志是保证交通安全的重要措施.随着交通事业的发展，车辆密度增加，车速加快，夜间只能在近距离才能看清油漆标志，汽车在高速行驶的情况下油漆标志几乎不起作用.目前，普遍采用的是反光标志.
这种新型反光标志与普遍标志颜色相同，夜间汽车前灯照射时，600m远可发现标志牌.200m远可看清标志符号，这种新型反光标志的颜色已有国际通用标准，分为白、黄、红、橙、绿、蓝6种，除用于公路、铁路、隧道外还可用于汽车牌照、护栏标记、水运航道标记、矿井和工厂安全标志以及各种广告牌等.
反光标志的表面是一层反光标志膜，反光标志膜由基板、反光层、粘合剂构成，在粘合剂表面是单层排列的高透明度、高折射率、直径约为0.25～0.35 mm的玻璃微珠，其表面有一层透明保护层（如图17）.
当光线照到逆反射材料上时，反射光线沿入射光线相反方向反射形成逆反射（如图18）.反光标志膜就是一种当光线射到其表面时能产生逆反射现象的光学材料.入射光线透过保护膜、玻璃微珠，由于它的折射作用和反光层的反射作用形成光的逆反射现象.由于透明保护层或粘合剂里掺入了色料，光沿着入射方向反射回去的就是色光，使司机看清标志.
四、反馈训练
1.如图19所示，某一光线垂直射向镜面，入射角是____度，反射角是____度，不改变入射光的方向，而让镜面顺时针旋转10°，入射光线和反射光线的夹角是____.
2. 作出图20中a、b、c的反射光线或入射光线．
3. 如图21，AB、CD是同一光源发出经平面镜反射后的光线，作出光源S.
4．下面说法不正确的是（ ）
A.镜面反射遵守光的反射定律
B.平行光束经平面镜反射后，仍然是平行光束
C.漫反射不遵守反射定律
D.漫反射中入射的平行光束经反射后，不再是平行光束
5．入射光线和平面镜间的夹角为35°，转动平面镜，使入射角增大5°，则入射光线与反射光线的夹角为( )
A.70°B.110°C.80°D.120°
6．在黑暗的教室墙壁上挂一平面镜，用手电筒正对着照射，从旁边观察的同学会发现 ( )
A.镜子亮了，墙也亮了，它们都发生了镜面反射
B.镜子发生镜面反射不亮，墙发生漫反射亮了
C.墙和镜子都不亮，它们都发生了漫反射
D.镜子和墙都亮了，它们都发生了镜面反射
参考答案：
1.0，0，20°；2～3.略；4.C；5．D；6．B.
注：“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。”
