第二節 反射定律
何謂光的反射?


當我們觀看湖邊的風景時,能夠同時看到水面反映的景物,及看穿水底的情況(),為甚麼會這樣的呢?原來這是因為水能夠反射光線和讓光線穿透。當光射到物質的表面時,會有部份光線進入物質,然後被吸收,其餘的會從物體表面射走。光線在物質表面上射走的現象,就是光的反射 (reflection of light)。

我們日常使用的鏡子((a)),為既不會讓光線穿透、也不會吸收光線,只能反射光線的物體。根據形狀,鏡子可分為很多類型(見),例如:

      安裝在浴室內的鏡是
的;
      金屬湯匙的凹面是一塊凹鏡,在商店內的防盜鏡是
的。


而平的鏡子我們會稱為平面鏡 (plane mirror)。我們會用平面鏡來探討光線反射的定律。在了解光的反射前,首先要認識光線圖及一些專用詞彙():

  • 入射線:從光源射到鏡面的光線;
  • 反射線:從鏡面反射出來的光線;
  • 入射點:光線與鏡面相遇的地方;
  • 法線:通過入射點並垂直於鏡面的直線;
  • 入射角:入射線及法線間的夾角;
  • 反射角:反射線及法線間的夾角。

在湖上的水面,能反映出湖邊的景物。留意這個反映出的景物是倒立的,我們會在之後的學習一步一步探討其中的道理
(a) 我們會用鏡子來整理儀容,因其表面光滑、很能反射光線,讓我們在它的表面看清楚自己;(b) 安裝在浴室內使用的鏡子;(c) 金屬湯匙的凹面也是一面鏡子;(d) 常見於商店內的防盜鏡
描述光的反射的光線圖及有關詞彙
反射定律


光線反射的路徑是如何的呢?我們可像以下實驗般,用鐳射光和平面鏡來觀察入射線和反射線在立體空間中的路徑:

從這個實驗中,便得出反射定律 (laws of reflection) 的第一點():

反射定律 1:入射線、法線和反射線都在同一平面上

接着我們看另一問題,當入射線的方向改變時,反射線的方向會如何改變呢?入射線和反射線的方向,可分別用入射角 \(i\) 和反射角 \(r\) 來表示。我們可像以下實驗般,探究入射線方向改變時,反射角如何隨入射角改變:

所示的光線圖便總結了從實驗 2 觀察到的結果。有關結果顯示,光線被反射時會依循以下規律:

反射定律 2:反射角總是等於入射角、 \(i=r\)

若有光線沿著諸如中反射線的路徑、以相反方向射到平面鏡,經鏡面反射後,會如何傳播呢?若光線是沿著相同的路徑、但相反的方向射到平面鏡上,經反射後,光線是會沿著剛才入射線的路徑離開鏡子的,情況如所示。這就是光的反射的可逆性原理。


入射線、法線和反射線都在同一平面上
光的反射總是遵循 \(i=r\) 這規律,這就是反射定律的內容。留意在繪畫光線圖的時候,我們會用 這個符號代表平面鏡的橫截面。長直線的一邊,代表了鏡面
若光線是沿著原本反射線的路徑、以相反方向射到平面鏡(圖中藍色光線),經鏡面反射後,會如何傳播呢?試在圖中往下一頁繼續觀看
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