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光速和光的應用

光速

光在單位時間内通過的路程叫光速。光在不同介質中傳播速度不同。光在真空中速度最大，目前還沒有發現比真空中的光速更大的速度值（如果發現，現今的許多理論會得到進一步發展）。通常把真空中的光速表示為：c=3.0×108m/s。光在空氣中的速度近似等于真空中的，在水中的速度約為真空中的3/4，在玻璃中的速度約為真空中的2/3。

在涉及到光速的計算時，要注意是否存在往返的問題，如一束光照射向月球，僅計算到達月球表面的時間與包含返回的時間肯定是不同的。

光的應用

光不僅能夠傳遞信息，也能夠傳遞能量。交通規則中的“紅燈停、綠燈行”就包含着通過光來傳遞信息。利用激光來焊接金屬、在陽光下取暖都是光能夠傳遞能量的應用。

光的反射

光的反射及幾個名詞的定義

當光在兩種物質分界面上改變傳播方向又返回原來物質中的現象，叫做光的反射。

我們能夠看到本身不發光的桌子、書籍、文具等等都屬于光的反射現象。光的反射現象是有規律的，遵循光的反射規律。

要了解光的反射規律需要先知道幾個名詞。

光線：用來表示光的傳播路徑和方向的直線。

在幾何光學中，認為光沿直線傳播，所以光線是直的，由于光有方向，因此光線是帶箭頭的。在光路圖中AB和BA是兩條方向相反的光線。光是客觀存在的，而光線是假想的，是為了表示光的傳播路徑和方向才被創造出來的。

法線：通過光的入射點且垂直于反射面的直線。

法線是為方便研究而引入的一條假想的線。法線就像法律一樣，反射光線、入射光線以及折射光線之間的關系都以法線為标準進行。

光的反射實驗圖

例圖中ON為法線，EO為入射光線，OF為反射光線。

入射光線與法線的夾角叫入射角，用i表示；

反射光線與法線的夾角叫反射角，用r表示。

要注意在例圖中∠EON為入射角，∠FON為反射角。由于法線是不存在的，這兩個角在實際實驗時是看不到的，我們能夠看到的是光線與平面鏡的夾角。這裡要注意入射光線與平面鏡的夾角與入射角是互餘的關系，反射光線與平面鏡的夾角與反射角也是互餘的關系。

光的反射規律

光的反射遵循光的反射規律。光的反射規律内容是：反射光線、入射光線和法線在同一平面内；反射光線與入射光線分居在法線兩側；反射角等于入射角；光路是可逆的。可以簡記為“三線共面、兩線分居、兩角相等、光路可逆”或者“共面、異側、等角、可逆”。

光的反射規律的理解:

光的反射規律是在告訴我們反射光線的位置。在數學中，兩條直線确定一個平面。“三線共面”說明反射光線就在入射光線和法線構成的平面内。“兩線分居”進一步把反射光線确定在法線的非入射光線的一側。“兩角相等”則确定了反射光線的唯一位置。

“兩角相等”既可以靜态分析，即如果入射角是某個确定數值，反射角也是這個數值。也可以動态分析，即反射角的度數随着入射角的變化而變化，入射角增大，反射角也增大，入射角變化多少度，反射角也變化相同的度數。

光路可逆是光的特點，無論是在光的反射還是折射裡都有這個特點。即上例圖中如果光線沿FO射入，則FO為入射光線，則OE必為反射光線。

光的反射規律的驗證

驗證光的反射規律需要做實驗。

實驗目的：驗證光的反射規律

實驗器材：平面鏡、激光筆、可折轉的紙闆、量角器等

實驗過程：

1.紙闆垂直立放在平面鏡上，紙闆B與紙闆A在同一平面上，兩個紙闆的界線為法線ON。

2.用激光筆在紙闆A的某一位置發射激光射向入射點O，觀察到在紙闆B上出現反射光線。分别記下反射角和入射角的度數。然後改變入射角的數值重複實驗。從而得出：反射光線與入射光線分居在法線兩側；反射角等于入射角。

3.讓光線從EO射入，在紙闆B上得到反射光線OF，然後把紙闆沿法線ON向後偏折，在紙闆B上看不到反射光線，當把紙闆B重新返回到與紙闆A同一平面時，又重新觀察到反射光線從而得出：反射光線、入射光線和法線在同一平面内。

4.讓光線從FO射入，在紙闆A上看到光線沿OE射出，驗證：光路可逆。

實驗中要注意幾個問題：

1.如果把紙闆AB傾斜，沿EO射入的光在紙闆B上得不到反射光線的原因是反射光線不存在嗎？

反射光線當然存在，隻不過反射光線在入射光線和法線所構成的平面内，由于法線是垂直于平面鏡的，所以反射光線所在的平面也是垂直于平面鏡的，現在紙闆傾斜，紙闆所在的平面不是反射面，在紙闆上得不到反射光線。

2.得出的反射角與入射角數值不等是怎麼回事？

如果數值超出誤差範圍，出現反射角與入射角不等，那麼很可能是把反射光線與界面的夾角錯誤當成反射角了。這種情況下得到的反射角與入射角就不是相等而是互餘的關系了。

3.結論可以是入射角等于反射角嗎？

不可以。這裡涉及到邏輯關系。先由入射角後有反射角，或者先有入射光線後有反射光線。隻能說反射角等于入射角，不能說入射角等于反射角；就如同隻能說兒子長的像爹，不能說爹長得像兒子。

4.隻做一次實驗就得出結論可以嗎？

不可以，由于實驗次數太少，結論不具有普遍性。

5.紙闆為什麼要用粗糙的？

粗糙的紙闆上會發生光的漫反射，從而在實驗時方便我們從周圍觀察。關于反射的兩種類型：鏡面反射和漫反射我們下次接着講。

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