光的反射原理

 

　　光，也是一種波，光波的反射原因可以用著名的唯象理論惠更斯原理進行解釋。

 

　　如上圖，一列平行光波射向障礙物（或平面鏡），a，b，c是這列光波的三條波線（光線），由于波線與障礙物有交角，所以a，b，c到達障礙物所用的時間不一樣，波線a現到達障礙物的A點，過A做波線b和c的垂線，虛線AC。則當波線a傳到A點時，波線b剛傳到B點，波線c剛傳到C點。波線a傳到障礙物上的A點，會形成一個新的波源（即子波源A），并以圓周式向四面八方傳播新的波線。假設c由C點傳到障礙物的C’點所需時間為t，a，b，c三條波線的速度等完全一樣，則波源A向四周在t 時間內傳播距離（即圓A的半徑）與波線b在t 時間內經過B點傳到障礙物上的B’點再以子波源的形式向四周傳播的距離總和（BB’+圓B’的半徑）相等，都為CC’的長度（因為三條波速度相等，時間相等，所以傳播距離也就相等）。此時過C’（P點）做圓A和圓B’的切線，切點為M，N，P（因為C’也會形成子波源，即將向四周發射波，只是此刻還未形成波面，所以C’點可以視為圓C’）。根據惠更斯原理，圖中的藍線為三個子波源A，B’，C’形成的三個波前的包絡面（反射后形成的新的波前），所形成的新的波線永遠垂直于包絡面，則連接AM，B’N，C’（P）。AM，B’N，C’（P）的長度等于各自半徑。

 

　　證明：射線AM，B’N，C’（P）就是三條波線a，b，c的反射波線

 

　　解：利用初中全等三角形證明，由于三條波線a，b，c彼此平行，所以∠1=∠BB’A=∠CC’A。因為在直角△ACP與直角△PMA中，AM=CP，AC’=AC’，所以Rt△ACP≌Rt△PMA（HL），所以∠1=∠CC’A=∠2，所以入射角等于反射角，以此證明波線AM確實是波線a的反射波線，同理可證波線BN，C’（P）也是反射波線。

 

　　上述過程解釋了作為波的光線的反射原理。全反射光由光密（即光在其中傳播速度較小的）媒質射到光疏（即光在其中傳播速度較大的）媒質的界面時，全部被反射回原媒質內的現象。

 

　　當光射到兩種介質界面，只產生反射而不產生折射的現象．當光由光密介質射向光疏介質時，折射角將大于入射角．當入射角增大到某一數值時，折射角將達到90°，這時在光疏介質中將不出現折射光線，只要入射角大于上述數值時，均不再存在折射現象，這就是全反射．所以產生全反射的條件是：①光必須由光密介質射向光疏介質．②入射角必須大于臨界角．

 

　　臨界角是折射角為90度時對應的入射角（只有光線從光密介質進入光疏介質且入射角大于臨界角時，才會發生全反射）