物理光的反射规律(光的反射规律的理解)
物理光的反射规律(光的反射规律的理解)光的反射及几个名词的定义光的反射在涉及到光速的计算时,要注意是否存在往返的问题,如一束光照射向月球,仅计算到达月球表面的时间与包含返回的时间肯定是不同的。光的应用光不仅能够传递信息,也能够传递能量。交通规则中的“红灯停、绿灯行”就包含着通过光来传递信息。利用激光来焊接金属、在阳光下取暖都是光能够传递能量的应用。
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光速和光的应用
光速
光在单位时间内通过的路程叫光速。光在不同介质中传播速度不同。光在真空中速度最大,目前还没有发现比真空中的光速更大的速度值(如果发现,现今的许多理论会得到进一步发展)。通常把真空中的光速表示为:c=3.0×108m/s。光在空气中的速度近似等于真空中的,在水中的速度约为真空中的3/4,在玻璃中的速度约为真空中的2/3。
在涉及到光速的计算时,要注意是否存在往返的问题,如一束光照射向月球,仅计算到达月球表面的时间与包含返回的时间肯定是不同的。
光的应用
光不仅能够传递信息,也能够传递能量。交通规则中的“红灯停、绿灯行”就包含着通过光来传递信息。利用激光来焊接金属、在阳光下取暖都是光能够传递能量的应用。
光的反射
光的反射及几个名词的定义
当光在两种物质分界面上改变传播方向又返回原来物质中的现象,叫做光的反射。
我们能够看到本身不发光的桌子、书籍、文具等等都属于光的反射现象。光的反射现象是有规律的,遵循光的反射规律。
要了解光的反射规律需要先知道几个名词。
光线:用来表示光的传播路径和方向的直线。
在几何光学中,认为光沿直线传播,所以光线是直的,由于光有方向,因此光线是带箭头的。在光路图中AB和BA是两条方向相反的光线。光是客观存在的,而光线是假想的,是为了表示光的传播路径和方向才被创造出来的。
法线:通过光的入射点且垂直于反射面的直线。
法线是为方便研究而引入的一条假想的线。法线就像法律一样,反射光线、入射光线以及折射光线之间的关系都以法线为标准进行。
光的反射实验图
例图中ON为法线,EO为入射光线,OF为反射光线。
入射光线与法线的夹角叫入射角,用i表示;
反射光线与法线的夹角叫反射角,用r表示。
要注意在例图中∠EON为入射角,∠FON为反射角。由于法线是不存在的,这两个角在实际实验时是看不到的,我们能够看到的是光线与平面镜的夹角。这里要注意入射光线与平面镜的夹角与入射角是互余的关系,反射光线与平面镜的夹角与反射角也是互余的关系。
光的反射规律
光的反射遵循光的反射规律。光的反射规律内容是:反射光线、入射光线和法线在同一平面内;反射光线与入射光线分居在法线两侧;反射角等于入射角;光路是可逆的。可以简记为“三线共面、两线分居、两角相等、光路可逆”或者“共面、异侧、等角、可逆”。
光的反射规律的理解:
光的反射规律是在告诉我们反射光线的位置。在数学中,两条直线确定一个平面。“三线共面”说明反射光线就在入射光线和法线构成的平面内。“两线分居”进一步把反射光线确定在法线的非入射光线的一侧。“两角相等”则确定了反射光线的唯一位置。
“两角相等”既可以静态分析,即如果入射角是某个确定数值,反射角也是这个数值。也可以动态分析,即反射角的度数随着入射角的变化而变化,入射角增大,反射角也增大,入射角变化多少度,反射角也变化相同的度数。
光路可逆是光的特点,无论是在光的反射还是折射里都有这个特点。即上例图中如果光线沿FO射入,则FO为入射光线,则OE必为反射光线。
光的反射规律的验证
验证光的反射规律需要做实验。
实验目的:验证光的反射规律
实验器材:平面镜、激光笔、可折转的纸板、量角器等
实验过程:
1.纸板垂直立放在平面镜上,纸板B与纸板A在同一平面上,两个纸板的界线为法线ON。
2.用激光笔在纸板A的某一位置发射激光射向入射点O,观察到在纸板B上出现反射光线。分别记下反射角和入射角的度数。然后改变入射角的数值重复实验。从而得出:反射光线与入射光线分居在法线两侧;反射角等于入射角。
3.让光线从EO射入,在纸板B上得到反射光线OF,然后把纸板沿法线ON向后偏折,在纸板B上看不到反射光线,当把纸板B重新返回到与纸板A同一平面时,又重新观察到反射光线从而得出:反射光线、入射光线和法线在同一平面内。
4.让光线从FO射入,在纸板A上看到光线沿OE射出,验证:光路可逆。
实验中要注意几个问题:
1.如果把纸板AB倾斜,沿EO射入的光在纸板B上得不到反射光线的原因是反射光线不存在吗?
反射光线当然存在,只不过反射光线在入射光线和法线所构成的平面内,由于法线是垂直于平面镜的,所以反射光线所在的平面也是垂直于平面镜的,现在纸板倾斜,纸板所在的平面不是反射面,在纸板上得不到反射光线。
2.得出的反射角与入射角数值不等是怎么回事?
如果数值超出误差范围,出现反射角与入射角不等,那么很可能是把反射光线与界面的夹角错误当成反射角了。这种情况下得到的反射角与入射角就不是相等而是互余的关系了。
3.结论可以是入射角等于反射角吗?
不可以。这里涉及到逻辑关系。先由入射角后有反射角,或者先有入射光线后有反射光线。只能说反射角等于入射角,不能说入射角等于反射角;就如同只能说儿子长的像爹,不能说爹长得像儿子。
4.只做一次实验就得出结论可以吗?
不可以,由于实验次数太少,结论不具有普遍性。
5.纸板为什么要用粗糙的?
粗糙的纸板上会发生光的漫反射,从而在实验时方便我们从周围观察。关于反射的两种类型:镜面反射和漫反射我们下次接着讲。
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