平面鏡反射


介紹

本教程將解釋反射和反射定律,這些定律有助於在光線在平面鏡表面反彈後建立映象。本教程將進一步解釋光的分類以及包括惠更斯原理和折射定律在內的定律。此外,本教程還將包括旋轉鏡與固定鏡相比,反射角如何變化。

什麼是光的反射?

反射可以定義為光線或波陣面方向的變化的結果,這種變化發生在兩種不同的介面介質之間。由於這種現象,波陣面從波陣面發源的源介質返回 (Splung, 2022)。

光線在平面鏡的平面上撞擊後,會反射回去。

反射的分類

發現了兩種反射分類。這兩種反射分類的型別如下

鏡面反射

Specular reflection

圖1:鏡面反射

這種特殊的反射與鏡子反射光線的方式類似。從源物體發出後,光線照射到像鏡子一樣的平面物體的上表面,從而以確定的角度產生光線的反射。這裡反射光線與入射光線的角度相同。

漫反射

Diffuse reflection

圖2:漫反射

並非所有照射到反射器表面的光線都以確定的方向反射。如果反射器的表面被認為是粗糙的,那麼當入射光線以不同的角度照射到表面的不同區域時,出射光線將以不同的角度反射。

反射定律

反射的第一定律指出,在入射點,入射光線、反射光線和法線位於同一平面上。這個特殊的定律導致了反射第二定律的發展。反射的第二定律指出,入射角將始終等於反射角 (Zhang et al. 2021)。這個反射第二定律可以用公式 θi = θr 表示。入射光線和反射光線與表面成 90° 角。

平面鏡成像的性質

Image Formation by a Plane Mirror

圖3:平面鏡成像

平面鏡反射像的第一個方面是像是正立的虛像。根據反射第二定律的討論,將在鏡子的另一端形成的像與源像的距離和大小相似 (Shaalaa, 2022)。反射像將形成在鏡子的後面,並且這個形成的像是左右相反的。左右相反的意思是,如果一個人站在鏡子前舉起左手,在映象中,它看起來像這個人舉起了右手。

平面鏡和旋轉鏡的反射

在固定的鏡子裡,反射角和光線在表面上的入射角是相同的,從而建立了公式 θi = θr。在這種情況下,如果鏡面繞一個角度 φ 旋轉,而其他方面不變,則入射角將增加到 θ +φ (Splung, 2022)。基於此,反射角也從 φ 增加到 θ+φ。在這種情況下,最終角度和初始角度之間的差異將為 2φ。

惠更斯原理和折射定律

惠更斯原理指出,可以在兩個或多個波上的任何同相點之間繪製一個名為波前的表面。波前方向將始終垂直於波 (Wang, 2018)。此外,該原理指出,任何數量的波前都可以被認為是波的波源。在這種情況下,波將是向外擴充套件的球面波。

結論

本教程闡明瞭關於光在平面鏡上反射的有效且易於理解的資訊。反射定律已包含在解釋部分中,以及自然界中觀察到的兩種主要型別的反射,例如鏡面反射和漫反射。規則反射通常被稱為鏡面反射,與鏡面反射類似,而不規則反射或漫反射是指光線的非鏡面反射。

常見問題

Q1。什麼是入射角?

入射角可以定義為光線或波在撞擊表面後形成的角度,反射在該表面的垂直線上。

Q2。鏡子中物距和像距之間的關係是什麼?

對於平面鏡,反射像的距離與物體的距離相似。例如,如果一個人站在平面鏡前 3 米處,則映象的距離將在相同的距離處形成。

Q3。為什麼有光澤的表面需要產生反射?

對於粗糙的表面,可能會有散射的影像,因為反射光線將以非平行的多種方向傳播,而拋光的表面將以適當的方式反射光線,從而產生清晰的影像。

Q4。哪些因素會影響反射光的數量?

兩個因素:光線反彈表面的程度和該表面的紋理會影響反射光的數量。

參考文獻

期刊

Wang, P. (2018). 單軸晶體中的幾何光線追蹤:直接公式以及電磁波方法與惠更斯原理之間的等價性。JOSA A, 35(7), 1114-1123。檢索自:https://opg.optica.org

Zhang, J., Donaldson, W. R., & Agrawal, G. P. (2021)。色散介質內光脈衝的時間反射和折射:一種分析方法。JOSA B, 38(3), 997-1003。檢索自:https://www.lle.rochester.edu

網站

Photokonnexion.com,(2022)。定義:鏡面反射。檢索自:https://www.photokonnexion.com [2022年6月10日檢索]

Shaalaa.com,(2022)。描述平面鏡成像的性質。檢索自:https://www.shaalaa.com [2022年6月10日檢索]

Splung.com,(2022)。幾何光學。檢索自:http://www.splung.com [2022年6月10日檢索]

Vivadifferences.com,(2022)。規則反射和漫反射的5個區別及示例。檢索自:https://vivadifferences.com [2022年6月10日檢索]

更新於:2023年8月18日

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