光反射定律及其发现历史

光的反射规律是通过观察和实验发现的。当然，它可以从理论上推导出来，但是现在使用的所有原理都已经在实践中得到了定义和证实。了解这种现象的主要特征有助于照明规划和设备选择。这一原理也适用于其他领域——无线电波、X 射线等。在反射中表现完全相同。

什么是光的反射及其种类、机理

该定律表述如下：入射光线和反射光线位于同一平面，垂直于从入射点出射的反射面。入射角等于反射角。

本质上，反射是一个物理过程，其中光束、粒子或辐射与平面相互作用。波的方向在两种介质的边界发生变化，因为它们具有不同的特性。反射光总是返回到它来自的介质。大多数情况下，在反射过程中，也会观察到波的折射现象。

这是光的反射定律的示意图。

镜面反射

在这种情况下，反射光线和入射光线之间存在明确的关系，这是该品种的主要特征。镜像有几个要点：

1. 反射光线始终位于通过入射光线和反射面法线的平面上，反射面在入射点处重建。
2. 入射角等于光束的反射角。
3. 反射光束的特性与光束的偏振及其入射角成正比。此外，该指标受两种环境特征的影响。

在镜面反射中，入射角和反射角始终相同。

在这种情况下，折射率取决于平面的特性和光的特性。这种反射可以在任何有光滑表面的地方找到。但对于不同的环境，条件和原则可能会有所不同。

全内反射

典型的声波和电磁波。发生在两个环境相遇的地方。在这种情况下，波必须从传播速度较低的介质中落下。关于光，我们可以说在这种情况下折射率大大增加。

全内反射是水面的特征。

光束的入射角影响折射角。随着其值的增加，反射光线的强度增加，而折射光线的强度降低。当达到某个临界值时，折射率减小到零，导致光线发生全反射。

临界角是针对不同介质单独计算的。

光的漫反射

此选项的特点是，当它撞击不平坦的表面时，光线会反射到不同的方向。反射光只是散射，正因为如此，您无法在不平坦或无光泽的表面上看到您的反射。当不规则度等于或大于波长时，观察到射线扩散现象。

在这种情况下，同一平面可以对光或紫外线进行漫反射，但同时很好地反射红外光谱。这完全取决于波浪的特性和表面的特性。

由于表面上的不规则性，漫反射是混乱的。

反向反射

当射线、波或其他粒子被反射回来，即朝向源反射时，就会观察到这种现象。该属性可用于天文学、自然科学、医学、摄影等领域。由于望远镜中的凸透镜系统，可以看到肉眼看不到的恒星光。

背反射可以通过反射面的球形来控制。

为光线返回光源创造一定的条件很重要，这通常通过光学和光线的光束方向来实现。例如，该原理用于超声研究，由于反射的超声波，正在研究的器官的图像显示在监视器上。

反射定律的发现史

这种现象早已为人所知。可追溯到公元前 200 年的作品“Katoptrik”中首次提到了光的反射。由古希腊学者欧几里得所著。最初的实验很简单，所以当时没有出现任何理论依据，但正是他发现了这一现象。在这种情况下，使用了费马的镜面原理。

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菲涅耳公式

奥古斯特·菲涅尔（Auguste Fresnel）是一位法国物理学家，他开发了许多至今仍被广泛使用的公式。它们用于计算反射和折射电磁波的强度和幅度。同时，它们必须通过两种不同折射值的介质之间的清晰边界。

所有符合法国物理学家公式的现象都称为菲涅耳反射。但必须记住，所有推导出的定律只有在介质各向同性且它们之间的界限清晰时才有效。在这种情况下，入射角始终等于反射角，折射值由斯涅尔定律确定。

重要的是，当光线落在平面上时，可能有两种偏振：

1. p极化的特征在于电磁场的矢量位于入射平面内。
2. s 极化与第一种类型的不同之处在于电磁波强度矢量垂直于入射和反射光束所在的平面。

菲涅尔推导出了一系列公式，使您可以执行所有必要的计算。

不同极化情况的公式不同。这是因为偏振会影响光束的特性，并且会以不同的方式反射。当光线以一定的角度落下时，反射光束可以完全偏振。这个角度称为布鲁斯特角，它取决于界面处介质的折射特性。

顺便一提！ 即使入射光是非偏振的，反射光束也始终是偏振的。

惠更斯原理

惠更斯是一位荷兰物理学家，他成功地推导出了可以描述任何性质的波的原理。正是在它的帮助下，它们最经常地证明了反思定律和 光的折射定律.

这是惠更斯原理最简单的示意图。

在这种情况下，光被理解为一个平面形状的波，即所有的波面都是平面的。在这种情况下，波面是一组具有相同相位振荡的点。

措辞是这样的: 任何受到扰动的点随后都成为球面波的来源。

在视频中，使用图形和动画以非常简单的文字解释了 8 年级物理定律。

费多罗夫的转变

它也被称为 Fedorov-Ember 效应。在这种情况下，存在全内反射的光束位移。在这种情况下，偏移是微不足道的，它总是小于波长。由于这种位移，反射光束与入射光束不在同一平面上，这违反了光反射定律。

科学发现文凭授予 F.I. 1980 年的费多罗夫。

由于数学计算，一位苏联科学家在 1955 年理论上证明了射线的横向位移。至于这种效应的实验证实，法国物理学家安伯稍晚做了。

法律在实践中的运用

光反射的例子无处不在。

有问题的法律比看起来要普遍得多。这一原理被广泛应用于各个领域：

1. 镜子 是最简单的例子。它是一个光滑的表面，可以很好地反射光线和其他类型的辐射。平面版本和其他形状的元素都被使用，例如，球面允许物体被移开，这使得它们成为汽车中不可或缺的后视镜。
2. 各种光学设备 由于考虑的原则，也可以工作。这包括从随处可见的眼镜到用于医学和生物学的带有凸透镜或显微镜的强大望远镜。
3. 超声波设备 也使用相同的原理。超声波设备可以进行准确的检查。 X 射线根据相同的原理传播。
4. 微波炉 - 另一个在实践中适用相关法律的例子。它还包括所有因红外辐射而工作的设备（例如，夜视仪）。
5. 凹面镜 允许手电筒和灯具提高性能。在这种情况下，灯泡的功率可能比不使用镜面元件的情况要小得多。

顺便一提！ 通过光的反射，我们看到了月亮和星星。

光的反射定律解释了许多自然现象，对其特性的了解使得制造在我们这个时代广泛使用的设备成为可能。