第二節 光也會回頭走路(1 / 2)

光走路,一直向前,真可謂“不撞南牆不回頭”。可是,在前進的道路上若遇到了不可逾越的障礙,它就隻好乖乖地回過頭。這在物理學上被稱為“光的反射”。

各種各樣的物體,譬如紙、布、桌、椅及牆壁,它們本身不發光,我們卻能夠看見它們,這是因為它們能反射光。這些物體的表麵,看上去象很平滑,實際不然,仔細觀察,或者放大了看,就會發現這些物體表麵上有許許多多極細微的坑窪,可以說是由無數不規則的小棱麵構成的。陽光或燈光照射到這樣的物體表麵上,就會向四麵八方反射出去。用手電筒那樣一束近乎平行的光束照射在一張白紙上,我們從各個角度都能夠清楚地看見白紙,這是因為照在它上麵的光是向各個不同方向反射的。這種反射現象,稱為漫反射。世界上萬物的形狀各異,卻能夠清晰地呈現在我們麵前,這都是光的漫反射的功勞。

一束平行的光束投射在一個非常光滑的平麵上,則光線經過反射以後,就會沿著某一確定的方向反射出去,即反射光線也是一束平行的光束,這種反射現象稱為單向反射或鏡麵反射。在暗室裏,讓一束光線斜射到平麵鏡上,我們隻有沿著某一確定的方向看過去,才能看見從鏡麵上反射出來的光。物體的表麵越光滑,單向反射現象越明顯,因而反光能力就越強。

說到鏡子,我們都很熟悉,它是家家少不了,人人都要用的東西。古時候,人們發現,平靜的湖水能產生自己的象,如果要照一照自己,就跑到水邊上去,或者端回一盆水來,甚至還有許多人早晨起來到水邊去洗臉梳妝呢。後來,人們學會了煉銅,就把青銅板磨光了,做成鏡子。這種銅鏡,是人類最早的鏡子了,它雖然成象朦朧不清,但比起“水鏡”來,還是方便多了。我們現在用的鏡子,多是在平滑的玻璃背麵塗上水銀製成的,又明亮,又便宜,使用方便,是銅鏡所無法比擬的。在工業、軍事和科研各個方麵,根據不同的需要,還有在玻璃上鍍上鋁或銀的鏡子,其反光能力就更高了。

一束細光束投射到平麵鏡上,發生單向反射,其規律如何呢?

我們可以做一個實驗來觀察一下,在半圓盤的圓心處安放一塊平麵鏡,使鏡麵和半圓盤麵相互垂直,半圓盤邊緣有刻度,並且半圓盤右邊那小塊可以沿垂直軸向前或向後折。光源的光線可以穿過狹縫而投射到平麵鏡上。實驗開始,兩小塊圓盤在同一豎直平麵內,光線從某一方向沿左小塊圓盤投射到平麵鏡上,這時就能從右小塊盤麵看到有光線沿盤麵射出;如果將含有反射光的右小塊盤麵向前或向後折,這時在這塊盤麵上就看不到射出而經鏡麵反射出來的光線了。這表明,反射光和入射光是在同一平麵內的。然後,將光源連同狹縫一起轉動,改變入射光線的方向,則反射光線的方向也將改變,入射角和反射角都可以從半圓盤的刻度直接讀出來。實驗結果是,反射角總是等於入射角。

因此,光的反射規律可以概括如下:

1.反射光線總是在入射光線和法線所決定的平麵裏,並且跟入射光線分居在法線的兩側;

2.反射角等於入射角。

如果將光源連同狹縫移到右邊處,使入射光線沿著方向射到平麵鏡上,也就是使新的入射角等於原來的反射角,根據反射定律,則新的反射角將等於原來的入射角,即反射光線必定沿著方向射出去。這就是說,光在反射的時候,光路是可逆的。舉個例子來說吧,由於光路具有可逆性,如果有甲乙兩人,中間被一障礙物隔開,彼此誰也看不見誰,則可以加上一塊反射鏡,或經過多麵反射鏡的反射,甲將會看到乙,乙也能看到甲。

在平麵鏡裏,我們能看見自己的象,能看見鏡子前麵物體的象,這些象就是遵循光的反射規律而形成的。

平麵鏡成象的光路圖。鏡前有一支點燃的蠟燭。從蠟燭火焰發射出來的光線,經平麵鏡反射以後,傳播方向就發生了變化。譬如說,從點發出的光線,垂直射到鏡麵上,根據反射定律,反射角等於入射角。這樣,反射光線與入射光線相互重合。同樣的,入射光線的反射光線投射到眼睛裏,看上去,就好象這些光線是從鏡子裏發射出來的,但實際上並不是,隻是光線的延長線的交點。也就是說,鏡子後麵並不存在實際的光點,也不會有什麼光點在屏幕上映現出來。同樣的道理,還可以求得蠟燭的其它各點在平麵鏡相應的地方形成的虛象點,這些象點組合起來即構成一個跟蠟燭完全相同的完整的虛象。這就是在鏡子裏能夠看見自己或物體的原因。

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