光的透射、吸收和反射

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介绍

光线以一定的入射角照射到表面时，会发生反射、透射或吸收。光线是唯一能够反射、透射和吸收，同时为人眼可见的电磁辐射。吸收、透射和反射的过程受能够实时触发这些现象的中性频率的影响。

光的吸收

光的吸收定义

光的吸收过程发生在光线照射到表面后转化为能量的时候。当电子吸收能量时，它们会变得激发，并开始移动到远离原子核的更高能级。电子的能级会迅速下降，因为它们不喜欢长时间处于激发状态。

图1：光的吸收

吸收过程发生后，会触发能量包的释放，该能量包后来被称为光线中存在的“光子”。吸收过程遵循光谱学方法，用于实时研究光的吸收模式。

光的吸收原因

光的吸收主要取决于光中原子趋于振动的频率。当光波撞击表面时，原子的电子开始振动。在振动过程中，电子与其相邻原子之间的相互作用最终转化为热能，从而触发光的吸收过程 (Filipescu, 2021)。简单来说，当光的频率与电子及其相邻原子的振动频率匹配时，光的吸收过程就会发生。不同的分子和原子具有不同的固有振动频率，最终有助于选择性地吸收不同频率的光。

光的透射

当光线照射到半透明的透明物体上，光线能够穿透材料并穿过物体时，就会发生光的透射现象。由于光以波的形式传播，当它实时反射和吸收时，人眼可见。

图2：光的透射

透射过程发生在光波穿过能够吸收光的材料时。透射过程取决于材料的透射率，透射率与光线从一侧移动到另一侧的现象成正比 (Light-measurement, 2022)。简单来说，当光线穿过某些半透明或透明物体并发生折射时，就会发生光的透射过程。

光的反射

反射的定义

当光线照射到某个表面并从该表面反弹回来时，就会发生反射过程。根据光的原理，当光线照射到光滑表面时，入射角和反射角相等。

图3：光的反射

此外，入射光线、法线和反射光线位于同一平面上。简单来说，当光线首先撞击到的表面物体反弹回来时，就会发生光的反射现象。

反射的类型

规则反射：规则反射是一种当光线照射到光滑表面并均匀反射时发生的反射类型。在这种类型的反射中，图像更清晰，人眼可以清晰地看到。规则反射形成的图像不能收集在屏幕上，因为它们总是虚像 (Takahashi *et al.*, 2021)。由于光线从光滑表面反弹时会朝特定方向反射，因此规则反射也称为镜面反射。

图4：规则反射和漫反射

漫反射：当光线照射到粗糙表面并以散射的方式反射时，就会发生漫反射。在这种情况下，光的波长和平行入射光线会以不同的方向漫反射或不规则反射。这种类型的反射使人眼能够从不同的位置看到被照亮的表面 (Light-measurement, 2022)。由于从粗糙表面反弹和光线扩散，这种类型的反射通常被称为漫反射。

结论

当光线在不同情况下照射到表面时，光的吸收、透射和反射就会发生。吸收过程取决于原子核、电子和振动水平。透射取决于光线照射到的物体的透明度。反射发生在实时入射角等于反射角时。

常见问题

Q1. 光线能够实时透过物质吗？

A1. 光是唯一能够穿过真空和物质的电磁波。因此，可以说光能够实时穿过物质。

Q2. 光的吸收最取决于哪个因素？

A2. 光的电磁频率和物体的原子性质会影响光的实时吸收。这两个因素彼此成正比，最终会影响光的实时吸收。

Q3. 光的反射在人类日常生活中为什么重要？

A3. 光的反射使人眼能够观察到一切并清晰地看到它们。当光线从表面反弹时，它会均匀或漫射地分布光线，使人眼能够看到一切。