光學基礎:光的反射及平面鏡成像

一、光的反射

1.概念

光從一種介質射到它和另一種介質的分介面時，一部分光返回原介質的現象，稱為光的反射。

2.光的反射定律

反射光線跟入射光線和法線在同一平面內；反射光線和入射光線分別位於法線的兩側；反射角等於入射角。特別注意一下，光路是可逆的。

光的反射定律

3.反射的分類

可分為鏡面反射和漫反射。無論哪種反射，每條反射光線都遵守反射定律。

二、平面成像

1.平面成像原理

平面鏡成像的原理是光的反射，物體上的點S發出的光有一部分射向平面鏡，經平面鏡反射後，反射的光束還是發散的，這些反射光線的反向延長線交於點S′，反射光線進入人眼，人感覺光好像是從S′點射來的，點S′叫點S的虛像。

光的反射

2.實像與虛像的異同

①.實像: 由實際光線會聚形成, 能用光屏承接到, 倒立的。

②.虛像：不是由實際光線會聚形成，不能用光屏承接到，正立的。

③.相同點：都能用肉眼看到，都可以是放大、縮小或等大的。

3.平面成像的規律

平面鏡成像規律

①.物體在平面鏡裡成的是虛像；

②.像與物體大小相等；

③.像與物體的連線與鏡面垂直；

④.像與物體到鏡面的距離相等，可概括為像與物體關於鏡面對稱。

⑤.即等大、等距，外實裡虛，一垂直。

4.平面成像作圖方法

平面鏡成像作圖有兩種方法：第一種方法是根據反射，第二種方法是根據平面鏡成像特點。

5.平面成像的範圍

要看到物體在平面鏡中完整的像，需藉助邊界光線，邊界光線的公共部分，即為完整像的觀察範圍。

6.物與平面鏡移動的問題

①.當物或平面鏡移動時，若平面鏡不動，物速為v且垂直鏡面移動，則像速為v，垂直鏡面且與物運動方向相反；若平面鏡動而物不動，當平面鏡以垂直於自身鏡面的速度v移動時，像對物速度為2v，方向與鏡相同。

②.當平面鏡繞鏡上某點轉過一微小角度α時，根據反射定律，法線也隨之轉過α角，反射光線則偏轉2α角。

7.平面鏡的應用

生活中離不開的鏡子

①利用平面鏡可以改變光的傳播方向，起到控制光路的作用。

②利用平面鏡成像，如製作各種鏡子，商場和家庭裝飾時利用平面鏡成像增強寬敞明亮的空間效果。

③利用平面鏡反射光可以使微小的形變放大，以便觀測。

8.影與像、小孔成像與平面鏡成像的區別

①.影與像的區別

a.影：影是由於光沿直線傳播的過程中，遇到不透明物體(如樹木、人體、電線桿等)而被遮擋後，在物體背後出現的黑色區域。這是由於光的直線傳播形成的。如日食、月食、樹的影子等都是這種現象，影總是形成於不透明物體背光的一側，影只能顯現出與物體外形相似的陰暗輪廓。

b.像：像是物體發出的光因直線傳播、反射、折射而產生的光現象。

②.小孔成像

小孔成像實驗實物圖

a.原理：光沿直線傳播。

b.現象：在硬紙板上扎一個直徑約為1mm的小孔，當室內光線較暗時，在硬紙板後面的光屏上會看到燭焰的像。

c.成因：可以把燭焰看成是由許多發光點組成的。每個發光點發出的光都向四面八方照射。其中只有一小束光通過小孔照射到光屏上，形成一個光斑，照在光屏上的許許多多的光斑就組成了燭焰的像。

d.像的性質：倒立的實像，所成的像是放大的還是縮小的與光屏與小孔的距離、物體與小孔的距離有關。

③.平面鏡成像

自然界中的平面成像現象

a.原理：光的反射。

b.現象：把一支點燃的蠟燭放在平面鏡前，在蠟燭這一側會發現平面鏡後有一個蠟燭的像。c.成因：可以把蠟燭看成是由許多發光點組成的，每個發光點發出的光都向四面八方照射。其中射向平面鏡的光會被鏡面反射回來，射入人眼，但人卻覺得這些光線好像是從鏡後它們的反向延長線的交點發出的，這個交點就是該發光點在平面鏡中成的像，蠟燭上每個點在鏡後都有一個像點，所有的這些像點組成了整個蠟燭的像。

d.像的性質：正立、等大的虛像，像與物體到平面鏡的距離相等，像與物體的連線與鏡面垂直。