漫反射

漫反射 一、学习要点

知道法线、入射线、反射线、入射角、反射角 理解光的反射定律 光的反射定律 知道在反射时光路是可逆的 知道镜面反射和漫反射现象 知道平面镜成像的特点 平面镜 理解平面镜成像的原理及虚像 知道平面镜的应用 常识性了解球面镜的种类 球面镜 了解凹镜对光的会聚作用及应用 了解凸镜对光的发散作用及应用 二、例题分析

第一阶梯

[例1]我们为什么能看见不发光的物体？将平面镜、不锈钢勺、油漆得很好的木板、砖块、石块放在灯光下我们为什么能看见它们？哪些物体光亮些？哪些物体暗淡些？

【提示】光源能被人看见，是光源发出的光射向我们的眼睛。上述物体不是光源，它们为什么能我们看见？若把它们放在黑暗中，能否被我们看见？

【参考答案】平面镜、不锈钢勺、油漆得很好的木板、砖块、石块表面反射 的光射入我们的眼睛，被我们看见。 平面镜、不锈钢勺、油漆得很好的木板光亮些。砖块、石块暗淡些。 【说明】

不同的表面反射光的情况不同，在本套材料的后面将要介绍。 [例2]光的反射定律

在图1的装置中，MM′是一块平面镜，上面竖立一块带着刻度的半圆形屏。这个屏由两个大小相同的扇形平面E、F连接而成的，它们能绕中间的接缝ON（ON垂直于平面镜）前后折叠。ON与镜子MM′始终垂直。让一束细光来从A沿E射 到镜面上的O点；这一点叫入射点，通过平面镜反射，这束光线射向B。我们把AO叫入射光线，OB叫反射光线，过O点垂直于平面镜的直线ON叫法线，入射光线与法线的夹角叫入射角，反射光线与法线的夹角r叫反射角。 （1）前后转动扇形平面F，当F处于什么位置时，在F上可以看到反射光OB？ （2）利用扇形屏上的刻度观察反射角r与入射角i的大小关系。

（3）改变入射光的入射角的大小，利用扇形屏上的刻度观察反射角r与入射角i的大小关系。 （4）若将光线从B点射向O点，观察反射光线射向哪儿？

【提示】实验用的光源采用激光手电，让光线贴着扇形屏从A射向O；并在屏上记下A点的位置和出射点B的位置，再让光线从B点射向O，观察出射点是否在A点。演示中，通过转动扇面和改变入射角的大小，从以下几方面思考：1.反射光线和入射光线是否在同一平面上？2.在法线两侧，还是同侧？3.反射角的大小和入射角的大小有什么关系？ 【参考答案】

当扇形平面F处于和E同一平面时，在平面F上可以看到反射光线。 无论怎样改变入射角的大小，都有反射角等于入射角的关系。 在反射现象中，光路是可逆的。

【说明】观察实验得到光的反射定律为：反射光线在入射光线和法线所决定的平面内。反射光线和入射光线 分居在法线两侧，反射角等于入射角。 [例3]镜面反射和漫反射

如图2所示，用一束平行光分别照射到平面镜和凸凹不平的镜表面，观察反射光线有什么不同？

【提示】

观察两个镜面有什么不同？两个镜面都发生反射，据光的反射定律做光路图说明。

【参考答案】平行光射到平面镜，反射光也是平行的；这种反射是镜面反射；当平行光射到不平的镜面时，反射光线射向不同的方向，这种反射是漫反射。

【说明】当平行光射向平面镜，三条法线也平行，据光的反射定律，三个反射角相等，故三条反射线也互相平行（如图3甲），平行光射向不平的镜面，也遵守光的反射定律，但法线不平行，反射光线也不平行。

漫反射的例子在生活中很多，如我们白天能看见一棵树、一幢楼房；坐在电影院的不同位置都能看到银幕上的象等。

[例4]平面镜成像

如图4装置图所示，将一张白纸铺在水平桌面上，把一块平板玻璃竖直立在纸的中央，在白纸上标出玻璃板的反射面MM’的位置。

在玻璃板的一侧放一支蜡烛A，另一侧放一支同样长的蜡烛B，移动蜡烛B，使它与A的像完全重合从各个角度观察B与A的像都重合，当你点燃A时，好像B也被点燃了。记下A、B的位置。

根据上面的实验，总结出平面镜的成像特点。

【提示】

从以下几方面观察，总结平面镜的成像特点。 1.像与物的形状是否一样？像与物的大小是否相同？

2.像与相应物点的连线跟镜面的角度、像到镜面的距离与物到镜面的距离的关系如何？

【参考答案】

平面镜的成像特点是： （1）像与物形状、大小完全相同； （2）像与相应的物点的连线跟镜面垂直； （3）像与物到镜面的距离相等。

【说明】利用光的反射定律可以说明平面镜的成像特点。如图5所示，平面镜前有一支蜡烛，S是它的一个 发光点，它发出许多光线入射到平面镜上，其中有两条光线分别入射到平面镜上O、O’两点，根据光的反 射定律：过入射点O、O’画两条法线，画出反射光线OA、O’B，当眼睛沿AO、 BO’方向看时，会感到光线好像是从OA、O’B的反向延长线的交点S’发射出来 的，S’就是S的像。由于它不是光线实际的交点，所以是虚像。任何发光的物 体，都可以看成是许许多多的发光点组成的。每个发光点在平面镜里都有一个对 应的虚像点，若干个这些虚像点构成了发光体的虚像。不发光的物体反射光时，

物体表面上每一点都相当于一个发光点，这些点在平面镜中成的像点也构成了物体的像。

第二阶梯

[例1]作光路图

一条光线射向一块水平放置的平面镜，光线与水平方向的 夹角为30°，画出反射光线。入射角多大？反射角多大？ 【提示】

根据题意先画出平面镜、入射线，再依据反射定律画出反射光线。

【参考答案】

如图6所示，反射线为OB；入射角为60°；反射角为60°。

【说明】

作图的步骤如下： 1.作水平放置的平面镜MM’

2.作入射线AO与平面镜成30°交于O点 3.过O点作法线ON

4.过O点作反射线（与法线成60°） 5.据光的传播方向在入射线、反射线上标箭头

[例2]平面镜如何放置？

一束阳光沿与水平方向成40°角的方向射来，要使反射光线垂直照到一面竖直的墙上，平面镜应与水平 面间的夹角多大？

【提示】

【参考答案】

平面镜与水平面间的夹角为20°

根据题意和反射定律画出光路图。

【说明】

1.按题意画入射线AO，反射线OB

2.作∠AOB的角平分线ON（∠AON=∠NOB=70°），ON’是法线 3.过O点作ON的垂线MM’（平面镜） ∠AOB=180°-40°=140°，∠AON=∠NOB=70° ∵∠MOA=90°-70°=20°∴∠MOQ=40°-20°=20° 由此题可知，平面镜能改变光的传播方向。

[例3]利用平面镜的成像特点作图

如图8所示，平面镜前有一物体AB，利用平面镜的成像特点作出AB的像

【提示】

本题是利用平面镜的成像特点作图，而不是画光路图。箭头AB上的每个点都能通过平面镜成像， 作图时，只要画出A、B两点的像A’、B’，其它的各像点都在 A’B’的连线上。 【参考答案】

如图9所示

【说明】由于像与物的连线垂直于镜面，所以由A、B分别向平面镜作垂线，并延长到平面镜后；像到平面 镜的距离等于物到平面镜的距离，所以截取AO=OA’，BO=O’B；用虚线连接A’B’，A’B’是物体AB的虚像

[例4]借助于平面镜检查视力

检查视力时，人与视力表的距离应为5米，由于房间太小使用一面平面镜，视力表到镜的距离是3米，则 人到镜面的距离是（

A、2米 C、4米

） B、3米 D、1米

【提示】根据平面镜的成像规律作图说明。如图10所示，检查视力时，人站在镜前看镜中的视力表的像。 因此，人到视力表的像的距离应为5米。 【参考答案】

选A选项

【说明】视力表到平面镜3米，视力表的像到平面镜的距离也应为3米，要求人到视力表的像的距离5米，则 人应站在平面镜前2米处。

第三阶梯

[例1]多高的平面镜能照着自己的全身像

证明：直立的人面对挂在墙上的平面镜，他要在镜中看到自己全身的像，

平面镜的长度至少为人身高的一半。

如图11所示，人要想从平面镜中看到自己的全身像，让自己的头顶射向平 面镜上端的光线反射进人的眼睛，让自己脚底射向平面镜下端光线的反射线

进人的眼睛，那么，人身上任何一点射向平面镜的光线的反射线都能进入人 的眼睛，被人看见。则MM′是最短的长度。 【参考答案】

证明：

∽

根据平面镜的成像特点，

故

即：平面镜高为人身高的一半。

【说明】

平面镜挂在墙上的位置应合适：即镜的上端和人的头顶与眼的距离一半处对

齐，镜的下端和人的脚与眼的距离一半处对齐。 [例2]眼睛在哪个范围能看到物体完整像？

如图12所示，MM′为一平面镜，AB为一物体，作图说明人眼直接通过平面镜观察到AB完整像的范围。

【提示】人眼同时能看到物体AB两端点的像，这要求同时有物体A、B射向平面镜的反射光线进入人眼，满足上述条件的区域应是能看到A点像的范围和看到B点像的范围的重叠区域。

【参考答案】

如图13所示，人眼直接通过平面镜观察到AB完整像的范围是Ma与M′b′之间

【说明】根据光的反射定律作图，在Ma、M′a′范围内能看到物体A端的像A′，在Mb、M′b′范围内能 看到物体B端的像B′；它们的重叠区域Ma、M′b′内能看到AB完整像。 [例3]平面镜所起的作用

一隧道的顶是一平面镜，在地面上有一竖直的不透光的障碍物P，在障碍物的另一侧有一点光源S，如图14所示。用作图法画出障碍物的另一侧被照亮的地面。

【提示】本题应同时考虑两点：S发出的入射光过障碍物的上端被平面镜反射到障碍物左侧地面；S发出的 光被平面镜反射过障碍物上端的反射线射到障碍物的左侧地面，这两条反射线之间是被照亮的地面。 【参考答案】

如图所示，障碍物的另一侧被照亮的地面是AB部分。

【说明】由图15可知，SO这条入射线被平面镜反射，反射线OA刚好能躲过障碍物的 顶端射向地面（SO光线右侧的入射线射向平面镜，其反射线都被障碍物挡住）， 而SO光线左侧的入射线，只要不被障碍物挡住，都能被平面镜反射到地面上。但 SO′光线左侧的入射线都被障碍物挡住，射不到平面镜上去。因此障碍物左侧的

地面被照亮的是AB部分。

三、学习前测试题

A组

1.关于反射，下列说法正确的是（ ） A.只有发生镜面反射的物体，我们才能看清它。 B.人能从不同方向看见桌上的物体，是因为发生了漫反射。 C.在反射现象中，所有光线都遵从反射定律，漫反射不遵从反射定律。 D.镜面反射、漫反射都遵从反射定律。

2.在电影院中，坐在任何一个座位上的人都能看到银幕上的影像，这是在屏幕上发生了（ ） A.光的直线传播 B.镜面反 C.漫反射 D.以上说法都不对

3.一们学生身高1,6米，站在1米的平面镜前的1.5米处，他与平面镜中像的距离是（ ） A.1.6米 B. 1米 C. 1.5米 D.3米

4.关于平面镜所成的像，图1中正确的是（ ）

5.下列现象中属于光的反射现象的是（ ） A.浓密的树荫下有许多圆形光斑 B.阳光下出现树的影子 C.平静的湖水中映出岸边树的倒影 D.放满水的游泳池看上去比实际浅

6.入射光线跟镜面的夹角是25°，则入射光线跟反射光线的夹角是（ ） A.50° B. 65° C. 130° D.175°

7.坐在教室里黑板前边左右两侧的部分同学有时看不清黑板上的粉笔字,原因是( ) A.光在黑板上发生了漫反射 B.太阳光太弱

C.光在黑板上发生了镜面反射 D.以上说法都不对

8.一支笔与竖直方向成60°角，要想使它在平面镜中的像与它垂直，平面镜与水平面的夹角是（A.15° B. 75° C. 45°

）D.60°

9.某人站在平面镜前，在他远离平面镜的过程中（ ） A.他的像变小，像到人的距离变大 B.他的像大小不变，像到人的距离变大 C.他的像变小，像到人的距离不变 D.他的像大小不变，像到人的距离不变 10.人的眼睛能够看到物体，是因为（ ） A.物体一定是光源 B.物体和眼睛在一条直线上

C.物体发出的光或反射的光进到人的眼睛里 D.以上说法都正确 A组答案：

1.B、D 2.C 3.D 4.B 5.C 6.C 7.C 8.A、B 9.B 10.C

B组

1、一架直升飞机在石油平台上空竖直上升，平台上的人看直升飞机在水中的像（A、竖直向下运动 B、竖直向上运动 C、静止不动

D、水平运动

2、最小分度是1毫米的刻度尺，它在平面镜中的像的最小分度是（

）

A、小于1毫米 B、等于1毫米 C、大于1毫米

D、无法判断

3、入射光线和平面镜夹角为35°，然后转动平面镜使入射角减小5°，则（ ） A、反射角为40°

）

B、反射角为50°

C、反射光线与入射光线之间的夹角为80°

D、法线转动了5°

4、如图16所示，入射光线射到夹角为30°的平面镜上，并且与a镜夹角为60°，下 列说法不正确的是（

）

A、在a镜上的入射角为60° B、在b镜上的入射角为0° C、反射光线沿原路返回

D、出射线与入射线的夹角为60°

5、如图17所示，一束光线与水平成45°角，要使反射光线竖直向下传播，则平面镜与水平面间的 夹角是（ ）

A、90°

B、22.5°

C、67.5°

D、45°

6、挂在墙上的一只钟，在其对面墙上的平面镜中的像如图18所示。钟上所示 的时间为（ ） A、2点25分 B、3点35分 C、9点35分 D、7点48分

7、一学生坐在离平面镜1米远的椅子上，当它离开椅子后退1米时，他和镜中椅子的像的距离是（ A、1米

B、2米

C、3米

D、4米

8、下列光学元件的选用中，错误的是（

）

A、凹镜对光有会聚作用，医生检查耳道时，常戴凹镜

）

B、凸镜对光有发散作用，汽车的观后镜是由凸镜做成的 C、挂衣橱上安装一个平面镜 D、太阳灶是由凸镜做成的

9、一束平行光入射到一面反射镜上，经镜面反射反又射到墙上出现一圆形光斑，当镜子慢慢向远离墙面方向平移的过程中，墙上光斑面积不变，由此可以判断此镜为（ A、平面镜 10、作图题

①利用平面镜的成像特点画出字母E在平面镜中所成的像（图19）

②MN是一个平面镜，S是镜前的一个发光点，一个人的眼睛位于E，如图20所示，画出人眼通过平面镜 MN看到S在平面镜中像的光路图。 ③光成图21中的光路图

B、凹镜

）

C、凸镜

D、以上三种都可能

B组答案： 1、A 6、C

2、B 7、C

3、D 8、D

4、A 9、A

③如图24

5、B

10、①如图22 ②如图23

漫反射

当一束平行的入射光线射到粗糙的表面时，因面上凹凸不平，所以入射线虽然互相平行，由于各点的法线方向不一致，造成反射光线向不同的方向无规则地反射，这种反射称之为“漫反射”或“漫射”。这种反射的光称为漫射光。很多物体，如植物、墙壁、衣服等，其表面粗看起来似乎是平滑，但用放大镜仔细观察，就会看到其表面是凹凸不平的，所以本来是平行的太阳光被这些表面反射后，弥漫地射向不同方向。

漫反射光是指从光源发出的光进入样品内部，经过多次反射、折射、散射及吸收后返回样品表面的光．漫反射光是分析与样品内部分子发生作用以后的光，携带有丰富的样品结构和组织信息．与漫透射光相比，虽然透射光中也负载有样品的结构和组织信息，但是透射光的强度受样品的厚度及透射过程光路的不规则性影响，因此，漫反射(diffuse re—flectance)测量在提取样品组成和结构信息方面更为直接可靠．

积分球是漫反射测量中的常用附件之一．入射光进入样品后，其中部分漫反射光回到积分球内部，在积分球内经过多次漫反射后到达检测器．由于信号光从散射层面发出后，经过积分球的空间积分，因此可以克服漫反射测量中随机因素的影响，提高数据稳定性和重复性。

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