光的反射

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简介

当光线从光源发出并反射回来时，这个过程被称为反射。光的反射概念最早是由古希腊数学家欧几里得提出的。在某些情况下，光线通常会照射到光滑且透明的表面上，并在相同的角度反射。

什么是光的反射？

光的反射方式取决于表面的性质。如果表面光滑且抛光（Kittiravechote & Thinarat, 2021），则光线在撞击表面后会以完全相同的方向反弹。对于粗糙的表面，光线会以散射的方式反射。在这种情况下，无法确定反射光线的方向。

图 1：光的反射

入射到表面的光线或光波称为入射光线。在表面上，可以想象一条垂直于表面的线，称为法线。入射角是通过计算入射光线与法线和表面的夹角来测量的 (Dambi, 2022)。

从表面反射回来的光线称为反射光线。反射角可以通过计算反射光线与法线和表面的夹角来测量。

反射的类型

主要有两种重要的反射类型，可以用来定义和分析光的反射。

镜面反射

当光波照射到光滑且抛光的表面上并在特定角度反射时，这种类型的反射称为镜面反射。镜面反射也称为规则反射 (Emken, 2022)。

镜面反射角通常是入射波的精确相反角。镜面反射介质的一个清晰且最基本的例子是镜子。在镜面反射模式下，反射图像的模糊和朦胧几乎被消除。

图 2：镜面反射

漫反射

并非所有表面都是光滑且无波纹的，在这种情况下，入射光线会以散射的方式反射。大多数表面，而不是镜子，都具有粗糙的表面，可能包括污垢和划痕。结果，反射的质量和亮度水平会下降 (Yan et al. 2018)。

漫反射的角度是杂乱无章的，反射方向彼此不同。这种类型的反射有助于人们看到任何不发光的物体。

图 3：漫反射

多次反射

当将两面镜子放置在物体前而不是一面镜子时，可能会发生多次反射。镜子作为反射表面非常保留光线的强度 (de Galarreta et al. 2018)。

两面镜子可以产生多次反射，直到光源非常微弱且几乎不可见。单个图像可以多次显示，结果是在其他单个图像中创建单个图像。

图 4：光的多次反射

反射定律

入射光线的反射类型由反射定律决定。在清澈的水（作为反射面）的情况下，反射定律规定以下内容：

a) 入射角等于反射角 (Xin et al. 2019)。

b) 入射光线、反射光线和法线都在同一平面内。

光在凹面镜和凸面镜上的反射

凹面镜主要用于天文望远镜中，以观察肉眼无法看到的物体。在这种类型的镜面中，从微弱的光源收集大量的光线到非常小的观察部分 (Chopineau et al. 2019)。来自非常遥远光源的非常微弱的光线直接射入镜面，并向内反射到焦点。在凸面镜中，入射光线撞击镜面并向外反射。在这种类型的反射中，虚线集中在凸面镜后方的焦点上。

图 5：凹面镜和凸面镜

凹面镜和凸面镜中的成像

凹面镜	物体的位置	像的位置	像的大小	像的性质
	无限远	焦点	非常小	倒立的，实像
	在 C 点	在 C 点	与物体相同	倒立的，实像
	焦点	无限远	非常大	倒立的，实像
	F 和 P 之间	镜面后面	放大	正立的，虚像
凸面镜	无限远	镜面后面且焦点在 F	大小为一个点	正立的，虚像
	镜面极点 P 和无限远之间	镜面后面且在 F 和 P 之间	缩小	正立的，虚像

表 1：成像类型

结论

光的反射是基于一个定律发生的，其中光线撞击时的角度和表面的性质起着重要的作用。有不同类型的反射，其中镜面反射、多次反射和漫反射是最重要的。

常见问题

Q1. 干涉是什么意思？

一个重要的现象，指出两个不同的波叠加形成一个合波。这些波的振幅可以更高、更低或相同。

Q2. 在哪种类型的反射中可以产生清晰的反射？

在规则反射和镜面反射模式中，可以看到清晰的反射。表面的性质在产生这种清晰的反射中起着最重要的作用。

Q3. 导致方向改变的重要原因是什么？

速度的变化会导致反射方向的变化。表面的性质也与影响方向有关。

Q4. 折射和反射的关键区别是什么？

折射在许多方面不同于反射。反射被认为是光的反射，而折射是在光线在穿过特定介质时改变方向的过程。

Q5. 哪种过程称为光的色散？

白光分裂成几种组成颜色的过程称为色散。当光线穿过玻璃棱镜时发生色散。

参考文献

期刊

Chopineau, L., Leblanc, A., Blaclard, G., Denoeud, A., Thévenet, M., Vay, J. L., ... & Quéré, F. (2019). 超强激光与稠密等离子体耦合机制的识别。物理评论 X，9(1)，011050。2022 年 6 月 10 日检索自：https://link.aps.org

Dambi, F. (2022)。发射、传播和反射光作为机械现象。2022 年 6 月 10 日检索自：https://www.preprints.org

de Galarreta, C. R., Alexeev, A. M., Au, Y. Y., Lopez‐Garcia, M., Klemm, M., Cryan, M., ... & Wright, C. D. (2018)。用于近红外波束转向的非易失性可重构相变超材料器件。先进功能材料，28(10)，1704993。2022 年 6 月 10 日检索自：https://onlinelibrary.wiley.com

Emken, T. (2022)。具有重介体的光的暗物质的太阳反射。物理评论 D，105(6)，063020。2022 年 6 月 10 日检索自：https://link.aps.org

Kittiravechote, A., & Thinarat, N. (2021 年 12 月)。基于低成本材料的八年级光的反射活动。在物理学杂志：会议系列（第 2145 卷，第 1 期，第 012069 页）。IOP 出版社。2022 年 6 月 10 日检索自：https://iopscience.iop.org

Xin, S., Nousias, S., Kutulakos, K. N., Sankaranarayanan, A. C., Narasimhan, S. G., & Gkioulekas, I. (2019)。非视距形状重建的费马路径理论。在 IEEE/CVF 计算机视觉与模式识别会议论文集（第 6800-6809 页）。2022 年 6 月 10 日检索自：http://openaccess.thecvf.com

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网站

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