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光的反射定義及其分類

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反射是光線的一個重要性質。中國古代在這方面具有豐富的知識,在許多實際問題上都反映出來。下面是本站小編給大家整理的光的反射的簡介,希望能幫到大家!

光的反射定義及其分類
  光的反射定義

光射到兩種不同的介質時,便有部分光自介面射回原介質中的現象,稱為光的反射。

一種光學現象。指光在傳播到不同物質時,在分介面上改變傳播方向又返回原來物質中的現象。光遇到水面、玻璃以及其他許多物體的表面都會發生反射。當光在兩種物質分介面上改變傳播方向又返回原來物質中的現象,叫做光的反射。

反射光線與入射光線、法線在同一平面上;反射光線和入射光線分居在法線的兩側;反射角等於入射角 。可歸納為:“三線共面,兩線分居,兩角相等”。光具有可逆性。光的反射現象中,光路上是可逆的。

  光反射分類

鏡面反射:平行光線射到光滑表面上時反射光線也是平行的,這種反射叫做鏡面反射。

漫反射:平行光線射到凹凸不平的表面上,反射光線射向各個方向,這種反射叫做漫反射。

方向反射:介於漫反射和鏡面反射之間反射稱為方向反射,也稱非朗伯反射,其表現為各向都有反射,且各向反射強度不均一。

表面平滑的物體,易形成光的鏡面反射,形成刺目的強光,反而看不清楚物體。

通常情況下可以辨別物體之形狀和存在,是由於光的漫射之故。

日落後暫時能看見物體,乃是因為空氣中塵埃引起光的漫射之故。無論是鏡面反射或漫反射,都需遵守反射定律。

鏡面反射和漫反射都是遵循光的反射定律。

  光反射影響

球面鏡

春秋戰國時代,還出現了球面反射鏡,即所謂球面鏡。根擄反射面呈凹形和凸形的不同,分為凹球面鏡和凸球面鏡。物體置於鏡前,能在鏡中成像。凹球面鏡能使一束平行光線反射後交於一點,這一點叫做焦點。凸球面鏡是發散鏡,那焦點是個虛焦點。由於太陽光線中帶有熱能,聚於一點投到物體,不但亮度大,而且發熱多,能使物體溫度升高而著火。(注:勿將凹,凸面鏡與凹,凸透鏡混淆。凸透鏡使平行光會聚,有焦點;而凹透鏡使平行光發散,有虛焦點。光路是可逆的)

在歐洲,傳說古希臘時候,羅馬人開了大隊兵船去進攻敘拉古。當時的物理學家阿基米德(西元前二八七至二一二年)曾用一面巨大無比的凹面鏡對著太陽,把光線聚於兵船上,燒掉了它,因而取得戰爭的勝利。當然這只是傳說而已。在中國古代,凹面鏡確實實在在是人們一種主要的取火工具。

用來取火

中國遠在周代就知道利用這種反射現象來取火。那時把這種取火用的凹面鏡叫做“陽燧”。《莊子》裡面就記載說:“陽隧見日,燃而為火。”到了西漢的《淮南子》裡就進一步指出,用凹面鏡對日取火,艾草之類的引火物,放的位置既不能離鏡太遠,也不能太近。這裡實際上就是指出,艾草必須置於焦點之上。在東漢時候,人們對於光的反射知識更加豐富了,瞭解到除了專用的陽隧外,凡是呈凹球面狀的反射面,只要摩擦得足夠光亮,都可以對日聚焦取火。當時有人就用金屬杯子的底部,對日聚焦取火,也還有用別的。這都表現了人們認識範圍擴大了。對於凹面鏡對日聚焦取火的原理,宋代沈括作了分析。他在《夢溪筆談》中說:“陽燧面窪,向日照之,光皆聚於內,離鏡一二寸,大如麻菽,著物則火發,此則腰鼓最細處也。”意思是,陽燧反射面呈凹形,對著太陽,光線經反射都聚於一點(即焦點),這一點距鏡面一二寸,像芝麻豆子那麼大,落到物體上就會發火,這一點好像是腰鼓最細的地方。這裡把球面鏡反射光線的情況正確地描述出來,並且對焦點和焦距都進行了描寫。尤其是能指出焦點之所在,正像是腰鼓最細的地方,生動具體,使人們容易懂。據沈括說,當時這一類學問的研究叫做“格術”,既構成了專門學問,那一定是非常深入的,只是已經失傳了,很是可惜。

相關題目

發光體置於球面鏡前,光線經球面鏡的反射,也能成像;這同平面鏡反射成像是同樣的道理,但情況要複雜得多。中國古代在這方面的研究有驚人的成績,尤以《墨經》的記載為最早,而且達到了很高的水準。凸面鏡成像的情況比較簡單。不管物體放在鏡前的什麼它方,所成的像總是正立的縮小的一種。《墨經》只用“鑑團,景一”四個字把它總結了,意思是鏡面呈凸形(團即凸),所成之像只有一種情況--一個像。至於四面鏡,成像的情況要複雜一些。物體在球心以外,反射所成的像是縮小倒立的,在球心和焦點之間,可以用屏接著。物體在球心和焦點之間,所成的像是放大倒立的,在球心之外,也可以用屏接著。物體在焦點以內,所成的像是放大正立的,在鏡的後面,無法用屏接著。《墨經》有這樣一段記載:“鑑窪,景一小而易,一大而正,說在中之外內。”“窪”即凹,“鑑窪”就是指凹球面鏡。“中”是指球心至焦點這一段。《經》文的意思是說:物在“中”之外,即球心以外,成的像是“小而易”,即縮小倒立的;物在“中”之內,即焦點至鏡面之問,成的像是“大而正”,即放大正立的。這樣,好像還漏掉一個“大而易”的像。其實並不是的。原來《墨經》作者有他們特殊的實驗方法,即把觀察者自己的身體當作物體。觀察者從遠處向鏡面走來,當他還在球心以外,就看見自己的“小而易”的像;當走過了球心,進入球心和焦點之間(即“中”),理應有一個“大而易”的像,但在球心以外,即觀察者的身後,所以看不見;再前進,走過了焦點,又看見自己“大而正”的像了。如此說來,這條記載是完全忠實的,正確的。不僅如此,直接由觀察者去看自己的像,是一種很有意義的實驗方法。隔了兩千多年之後,即在本世紀初,號稱世界最高學府的英國劍橋大學的物理試卷上,曾有過類似內容的題目。

實驗

凹面鏡成像實驗,沈括也做過;他把自己的手指當作物體,從鏡面開始慢慢移去。他說:“以一指迫而照之則正,漸遠則無所見,過此遂倒。”沈括記載得很忠實。當手指在焦點之內,所成的像是一個正立的虛像。當手指漸漸遠離鏡面,移至焦點時,成像在無窮遠,就“無所見”了。當手指移至焦點之外,就成為倒立的實像了。沈括的實驗方法,同《墨經》所記的實驗不同,他把物體與觀察者分開,因而能夠發現一個特殊點(即焦點),它是正像和倒像的分界點。這是一個十分重要的進展。此外,沈括還指出凹面鏡成像和針孔成像有某些相似之處,並且用生動易懂的比喻來說明物與像的位置的相對關係,以及針孔和焦點的作用。這些都說明了沈括對問題研究的深入。

研究

沈括還以他的科學素養,指出使用凸球面鏡中存在的一些問題。當時有人發現有些古鏡呈凸球面狀,不懂此中奧妙,就把它磨平。沈括認為這是錯誤的。他指出,古人鑄造反射鏡,大鏡子就呈平面,小鏡子就呈凸面。凹鏡照出人臉的像要大些,凸鏡照出人臉的像要小些。用小鏡看不到人臉的全像,所以把它做得稍凸一些,以便使人臉的像變小。這樣,鏡子雖小,仍然可以照見完整的人臉。造鏡子時要考慮鏡子的大小,以決定增減鏡子的凸起程度,使人臉的像和鏡子的大小相稱。這個說明是完全正確的,反映出沈括能夠利用自己的科學知識,解決生活中的實際問題,表現了一個科學家結合實際的正確態度。

中國古代研究球面鏡的當然還不止這些,這裡再舉出一個人來,就是清代的虞兆隆。他在《天香樓偶得》中,批評沈括對凹球面鏡成像的解釋“亦未分明”。他用自己家藏的凹面鏡做實驗,發現那像“迫近則正,稍遠則閃爍無定,再遠之則皆倒矣,但所照甚為模糊,不若近照之明顯。”他見到了幾種情況,開始是正立的虛像,當物接近焦點時,像就“閃爍無定”了,過了焦點直至無窮遠“則皆倒”。物在焦點以外所成的倒立實像比較“模糊”,確是事實。看來,他的觀察是更仔細了。不但如此,他不滿足於沈括用“中間有礙”那樣抽象而籠統的解釋。提出用“轉照”的說法來解釋凹面鏡成像的倒立、模糊等現象。雖然虞兆隆的解釋不見得十分正確,但卻具體一些。

透光鏡

說到反射,不能不介紹一下中國古代一件奇妙的鏡子,那就是“透光鏡”。“透光鏡”的外形跟古代的普通銅鏡一模一樣,也是金屬鑄成的,背後有圖案文字,反射面磨得很光亮,可以照人。按理說,當以一末光線照到鏡面,反射後投到牆壁上,應當是一個平淡無奇的圓形光亮區。奇妙的是,在這個光亮區竟出現了鏡背面上的圖案文字,好像是“透”過來似的',故稱“透光鏡”。上海博物館珍藏的一面西漢透光鏡,背面有“見日之光,天下大明”八個字,甚至連同花紋都“透”在那個光亮區之中,清晰可見。這實在是令人難以設想的事。不但中國曆代科學家都研究它,近代國外計多科學家也感到驚奇,把它叫做“魔鏡”,紛紛研究它,企圖揭開這個謎。在十九世紀一段時間曾引起熱烈的討論,但是都沒有得到滿意的回答。近幾年,中國科學工作者運用現代科學技術手段對透光鏡進行研究,獲得了可喜的成就。

古鏡記

中國出土的銅鏡數量很大,其中秦以前的較多。但並沒有逐枚進行“透光”試驗,所以不能肯定這裡面一定沒有透光鏡。在宋代,《浮生六憶》的作者沈括家裡藏一面透光鏡,背後的文字“極古”,以致連博學精深的他自己也不認識。可見,這不是一般的文字,可能是秦以前的東西。上海博物館珍藏的一面已確定為西漢的遺物,西漢以後,民間能製造的逐漸多起來。到了清代,江浙一帶的鏡工也能製造出來,並傳到日本。至於文字記載,清代的小說《古鏡記》裡,敘述到一面“古鏡”,當“承日照之,則背上文畫,墨入影內,纖毫無失。” 這裡說的顯然就是透光鏡了。宋代沈括對所藏的透光鏡記載得十分詳細,此後歷代文人記載,題詠就更多了。

理論

銅鏡是如何“透光”的?最早作這方面研究和記錄的是沈括。他在《夢溪筆談》[2] 裡記載說:“世上有一種透光鏡……把鏡子放在日光下,背面的花紋和二十個字都透射在屋壁上,很清楚。有人解釋說,由於鑄鑄時薄的地方先冷,背面有花紋的地方比較厚,冷得較慢,銅收縮得多一些,因此,文字雖在背面,鏡的正面也隱約有點痕跡,所以在光線下就會顆現出來。我考察了一下,認為這個道理是對的。我家有三個這樣的鏡子,又看見別家收藏的,都是一樣,花紋銘字絲毫沒有差異,樣式很古,唯有這種鏡子能夠透光,其他一些鏡子,即使是薄的,也不能透光,想必古人另有製造的方法。”這裡面,沈括解釋“透光”的原理,主要一點就是“文雖在背,而鑑面隱然有跡。”這是十分正確的。因為鏡背有花紋,致使鏡面也呈相似的凹凸不平,但起伏盡小,肉眼不能察見。當它反射光線時,由於長光程放大效應,就能夠在螢幕上反映出來。這個道理,清代物理學家鄭復光也作了十分貼切的說明。他指出:靜止的水面是很平的,但經它反射的光線投到牆壁上,也看到有點動盪,就因為水面實際上存在起伏的波紋。這個說明是多麼具體而確切,以致在本世紀二一十年代英國物理學家布拉格,討論“透光鏡”時,對這個問題也作這樣類似的說明。

技藝

古人究竟用什麼方法使銅鏡的正面能有相似於鏡背的花紋痕跡呢?據沈括記載,宋代以前的人認為,那是因為鏡背上有凸出的花紋,故各處的厚薄不同,鑄造時冷卻有先後,收縮程度有差異,因此形成鏡面“隱然有跡”。這個解釋為沈括所同意,本世紀許多外國科學家也都表示首肯。1975年有人還用實驗方法證明它是正確的。但是元代的一位考古學家名叫吾丘衍,提出另一種解釋。他說是在鏡面用另一種銅料嵌入一幅和背面完全相同的花紋圖案,然後磨平,鏡面就能“隱然有跡”。這樣,鏡面各部分反射光線的能力大小不一樣,所以反射的光亮區中就可以看到花紋圖案了。這個解釋也是通的,而且吾丘衍曾親自眼看到有人為了驗證其說,不惜打碎一面透光鏡來檢查,證明屬實。後來,明代科學家方以智,支援這個解釋,並加以補充。言之鑿鑿,不容置疑。除了這兩種製法以外,還有一種方法,就是鑄成銅鏡後,用一榻壓磨棒在鏡面上刮擦壓磨,薄處受壓磨,向一處稍微鼓起,壓力去掉以後,這些薄處仍稍凸出,如以汞膏磨鏡,更可使薄處稍稍膨脹而更加鼓起,因而鏡面也就“隱然有跡”了。這個方法傳到日本,他們至今還在用以製造出透光鏡來。歐洲依法試製,也得成功。由上述可知,中國古代製造透光鏡的方法是多種多樣的。不管用那種方法,要製成功透光鏡,工藝要求都是很高的。在古代能夠做到這個地步,實在令人驚歎不已。可惜這種絕招“終祕不宣”,使透光鏡的製作技藝失傳,真是可嘆!

不同光反射

8、光在反射時有一部分光會被物體吸收。

各光是有紅、綠、藍三色光按不同比例混合而成的。我們能看見的物體除黑色外都要反色光。白色物體反射所有光,看起來就是白色,灰色物體也反射各色光但只反射一部分。其他物體只要是什麼顏色就反射能按一定比例混合而本色的光。

附:紅光加綠光是黃光,綠光加藍光是青光,紅光加藍光是紫光,紅綠藍加起來就是白光。

在白光通過三稜鏡時,不同顏色的單色光的偏折程度不同,紅光偏的最小,所以一盤在光屏成像時是在最上面,藍最大。

透明體的顏色是由透過的光色決定的。( 當光通過透明體時,透明體是什麼顏色,就能透過什麼顏色的光)