1.3: 反思定律
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- 解释来自抛光和粗糙表面的光的反射情况
- 描述角反射器的原理和应用
每当我们照镜子，或者斜视湖中闪烁的阳光时，我们都会看到反射。 当你看一张白皮书时，你看到的是光线从中散射出来。 大型望远镜使用反射来形成恒星和其他天文物体的图像。
反射定律指出，反射角等于入射角：
\[θ_r=θ_i \label{law of reflection} \]
反射定律如图所示\(\PageIndex{1}\)，该图还显示了光线照射点相对于表面垂直度的入射角和反射角是如何测量的。
我们希望看到来自光滑表面的反射，但图\(\PageIndex{2}\)说明了粗糙表面是如何反射光线的。 由于光线以不同的角度照射表面的不同部分，因此它会向许多不同的方向反射或扩散。 漫射光使我们能够从任何角度看到一张纸，如图所示\(\PageIndex{1a}\)。
人、衣服、树叶和墙壁都有粗糙的表面，可以从四面看见。 另一方面，镜子具有光滑的表面（与光的波长相比），并以特定的角度反射光，如图所示\(\PageIndex{3b}\)。 当月亮从湖中反射时，如图所示\(\PageIndex{1c}\)，这些效果会组合出现。
当你在镜子里看到自己时，好像图像实际上是在镜子后面（图\(\PageIndex{4}\)）。 我们看到光来自由反射定律决定的方向。 角度如此之大，因此图像在镜子后面的距离与你站在镜子前的距离完全相同。 如果镜子在房间的墙上，则镜子中的图像都在镜子后面，这会使房间看起来更大。 尽管这些镜像使物体看起来像在它们无法到达的地方（比如在坚固的墙后面），但这些图像并不是你想象中的虚构。 镜像可以用仪器拍摄和录像，看起来就像我们的眼睛（眼睛本身就是光学仪器）一样。 在即将到来的关于几何光学和图像形成的章节中，将讨论镜子和镜头形成图像的精确方式。
角反射镜（反射镜）
照射由两个相互垂直的反射表面组成的物体的光线会完全平行于其来源的方向反射回来（图\(\PageIndex{5}\)）。 每当反射表面垂直时都是如此，并且它与入射角无关。 这样的物体被称为角反射器，因为光线从其内角反射。 角反射镜是反射镜的一个子类，它们都将光线反射回其来自的方向。 尽管证明的几何形状要复杂得多，但角反射镜也可以用三个相互垂直的反射表面构建，并且在三维应用中很有用。
自行车、汽车和警告标志上的许多廉价反射器按钮都设计有角反射镜，旨在将光线朝其起源方向返回。 如果观察者和光源（例如汽车的驾驶员和大灯）位于一起，则回反射可确保高能见度，而不是简单地在广角上反射光线。 阿波罗宇航员在月球上放置了一个真正的角反射镜（图\(\PageIndex{6}\)）。 来自地球的激光信号可以从那个角落反射镜反射，以测量每年与月球逐渐增加的几厘米的距离。
角反射器的工作原理与这些光学反射器相同，通常用作射频应用的雷达反射器（图\(\PageIndex{7}\)）。 在大多数情况下，由玻璃纤维或木材制成的小船不能强烈反射雷达系统发出的无线电波。 为了使这些船只被雷达看见（例如，为了避免碰撞），雷达反射器安装在船上，通常在高处。
举个反例，如果你有兴趣建造隐身飞机，则应尽量减少雷达反射以逃避侦测。 因此，设计考虑因素之一是避免在机身上建造 90°90° 的角落。