光的反射原理

 

　　光，也是一种波，光波的反射原因可以用著名的唯象理论惠更斯原理进行解释。

 

　　如上图，一列平行光波射向障碍物（或平面镜），a，b，c是这列光波的三条波线（光线），由于波线与障碍物有交角，所以a，b，c到达障碍物所用的时间不一样，波线a现到达障碍物的A点，过A做波线b和c的垂线，虚线AC。则当波线a传到A点时，波线b刚传到B点，波线c刚传到C点。波线a传到障碍物上的A点，会形成一个新的波源（即子波源A），并以圆周式向四面八方传播新的波线。假设c由C点传到障碍物的C’点所需时间为t，a，b，c三条波线的速度等完全一样，则波源A向四周在t 时间内传播距离（即圆A的半径）与波线b在t 时间内经过B点传到障碍物上的B’点再以子波源的形式向四周传播的距离总和（BB’+圆B’的半径）相等，都为CC’的长度（因为三条波速度相等，时间相等，所以传播距离也就相等）。此时过C’（P点）做圆A和圆B’的切线，切点为M，N，P（因为C’也会形成子波源，即将向四周发射波，只是此刻还未形成波面，所以C’点可以视为圆C’）。根据惠更斯原理，图中的蓝线为三个子波源A，B’，C’形成的三个波前的包络面（反射后形成的新的波前），所形成的新的波线永远垂直于包络面，则连接AM，B’N，C’（P）。AM，B’N，C’（P）的长度等于各自半径。

 

　　证明：射线AM，B’N，C’（P）就是三条波线a，b，c的反射波线

 

　　解：利用初中全等三角形证明，由于三条波线a，b，c彼此平行，所以∠1=∠BB’A=∠CC’A。因为在直角△ACP与直角△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，以此证明波线AM确实是波线a的反射波线，同理可证波线BN，C’（P）也是反射波线。

 

　　上述过程解释了作为波的光线的反射原理。全反射光由光密（即光在其中传播速度较小的）媒质射到光疏（即光在其中传播速度较大的）媒质的界面时，全部被反射回原媒质内的现象。

 

　　当光射到两种介质界面，只产生反射而不产生折射的现象．当光由光密介质射向光疏介质时，折射角将大于入射角．当入射角增大到某一数值时，折射角将达到90°，这时在光疏介质中将不出现折射光线，只要入射角大于上述数值时，均不再存在折射现象，这就是全反射．所以产生全反射的条件是：①光必须由光密介质射向光疏介质．②入射角必须大于临界角．

 

　　临界角是折射角为90度时对应的入射角（只有光线从光密介质进入光疏介质且入射角大于临界角时，才会发生全反射）