光的反射

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簡介

當光線從光源發出並反射回來時，這個過程被稱為反射。光的反射概念最早是由古希臘數學家歐幾里得提出的。在某些情況下，光線通常會照射到光滑且透明的表面上，並在相同的角度反射。

什麼是光的反射？

光的反射方式取決於表面的性質。如果表面光滑且拋光（Kittiravechote & Thinarat, 2021），則光線在撞擊表面後會以完全相同的方向反彈。對於粗糙的表面，光線會以散射的方式反射。在這種情況下，無法確定反射光線的方向。

圖 1：光的反射

入射到表面的光線或光波稱為入射光線。在表面上，可以想象一條垂直於表面的線，稱為法線。入射角是透過計算入射光線與法線和表面的夾角來測量的 (Dambi, 2022)。

從表面反射回來的光線稱為反射光線。反射角可以透過計算反射光線與法線和表面的夾角來測量。

反射的型別

主要有兩種重要的反射型別，可以用來定義和分析光的反射。

鏡面反射

當光波照射到光滑且拋光的表面上並在特定角度反射時，這種型別的反射稱為鏡面反射。鏡面反射也稱為規則反射 (Emken, 2022)。

鏡面反射角通常是入射波的精確相反角。鏡面反射介質的一個清晰且最基本的例子是鏡子。在鏡面反射模式下，反射影像的模糊和朦朧幾乎被消除。

圖 2：鏡面反射

漫反射

並非所有表面都是光滑且無波紋的，在這種情況下，入射光線會以散射的方式反射。大多數表面，而不是鏡子，都具有粗糙的表面，可能包括汙垢和劃痕。結果，反射的質量和亮度水平會下降 (Yan et al. 2018)。

漫反射的角度是雜亂無章的，反射方向彼此不同。這種型別的反射有助於人們看到任何不發光的物體。

圖 3：漫反射

多次反射

當將兩面鏡子放置在物體前而不是一面鏡子時，可能會發生多次反射。鏡子作為反射表面非常保留光線的強度 (de Galarreta et al. 2018)。

兩面鏡子可以產生多次反射，直到光源非常微弱且幾乎不可見。單個影像可以多次顯示，結果是在其他單個影像中建立單個影像。

圖 4：光的多次反射

反射定律

入射光線的反射型別由反射定律決定。在清澈的水（作為反射面）的情況下，反射定律規定以下內容：

a) 入射角等於反射角 (Xin et al. 2019)。

b) 入射光線、反射光線和法線都在同一平面內。

光在凹面鏡和凸面鏡上的反射

凹面鏡主要用於天文望遠鏡中，以觀察肉眼無法看到的物體。在這種型別的鏡面中，從微弱的光源收集大量的光線到非常小的觀察部分 (Chopineau et al. 2019)。來自非常遙遠光源的非常微弱的光線直接射入鏡面，並向內反射到焦點。在凸面鏡中，入射光線撞擊鏡面並向外反射。在這種型別的反射中，虛線集中在凸面鏡後方的焦點上。

圖 5：凹面鏡和凸面鏡

凹面鏡和凸面鏡中的成像

凹面鏡	物體的位置	像的位置	像的大小	像的性質
	無限遠	焦點	非常小	倒立的，實像
	在 C 點	在 C 點	與物體相同	倒立的，實像
	焦點	無限遠	非常大	倒立的，實像
	F 和 P 之間	鏡面後面	放大	正立的，虛像
凸面鏡	無限遠	鏡面後面且焦點在 F	大小為一個點	正立的，虛像
	鏡面極點 P 和無限遠之間	鏡面後面且在 F 和 P 之間	縮小	正立的，虛像

表 1：成像型別

結論

光的反射是基於一個定律發生的，其中光線撞擊時的角度和表面的性質起著重要的作用。有不同型別的反射，其中鏡面反射、多次反射和漫反射是最重要的。

常見問題

Q1. 干涉是什麼意思？

一個重要的現象，指出兩個不同的波疊加形成一個合波。這些波的振幅可以更高、更低或相同。

Q2. 在哪種型別的反射中可以產生清晰的反射？

在規則反射和鏡面反射模式中，可以看到清晰的反射。表面的性質在產生這種清晰的反射中起著最重要的作用。

Q3. 導致方向改變的重要原因是什麼？

速度的變化會導致反射方向的變化。表面的性質也與影響方向有關。

Q4. 折射和反射的關鍵區別是什麼？

折射在許多方面不同於反射。反射被認為是光的反射，而折射是在光線在穿過特定介質時改變方向的過程。

Q5. 哪種過程稱為光的色散？

白光分裂成幾種組成顏色的過程稱為色散。當光線穿過玻璃稜鏡時發生色散。

參考文獻

期刊

Chopineau, L., Leblanc, A., Blaclard, G., Denoeud, A., Thévenet, M., Vay, J. L., ... & Quéré, F. (2019). 超強雷射與稠密等離子體耦合機制的識別。物理評論 X，9(1)，011050。2022 年 6 月 10 日檢索自：https://link.aps.org

Dambi, F. (2022)。發射、傳播和反射光作為機械現象。2022 年 6 月 10 日檢索自：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)。用於近紅外波束轉向的非易失性可重構相變超材料器件。先進功能材料，28(10)，1704993。2022 年 6 月 10 日檢索自：https://onlinelibrary.wiley.com

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網站

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