光線與光束
光由沿直線傳播的光線組成。每條光線都以直線表示，線上有箭號表示傳播方向。
- 平行光束：光線互相平行
- 發散光束：光線從一點向外發散
- 會聚光束：光線向一點會聚
💡 重要：來自遠處物體上某點的光線可視為平行光線。
3.1 光的反射
學習光的反射現象、反射定律以及平面鏡成像的特性
核心概念
光的反射
光線射到平面鏡上的時候，會發生反射現象。反射遵循反射定律。
名詞定義
- 法線：與鏡面垂直的線
- 入射角 ($i$)：入射線與法線的夾角
- 反射角 ($r$)：反射線與法線的夾角
反射定律
- 入射線、反射線和法線都在同一平面上
- 反射角 = 入射角：$$ r = i $$
平面鏡成像
反射線看似來自鏡子後方的一點，這一點就是物體的像。平面鏡形成的像是虛像。
平面鏡成像的性質
- 虛像
- 位於鏡子後方
- 像距 = 物距
- 與物體的大小相等
- 橫向倒置（左右對調）
- 連接像和物體的線垂直於鏡子
單向反射與漫反射
光的反射可以分為單向反射和漫反射兩種。
| 特性 | 單向反射 | 漫反射 |
|---|---|---|
| 發生表面 | 平滑表面 | 粗糙表面 |
| 法線方向 | 互相平行 | 指向不同方向 |
| 反射線 | 互相平行 | 向各方向反射 |
⚠️ 注意：單向反射和漫反射都遵從反射定律。單向反射能形成清晰的像，漫反射則不能形成清晰的像。
經典例題解析
平面鏡成像
題目：
凱思站在平面鏡前 $10$ m 的位置，如果她往鏡子方向前進 $3$ m，她與自己的像相距多遠？
解法：
前進 $3$ m 後，凱思與平面鏡的距離 = $10 - 3 = 7$ m
像與平面鏡的距離 = $7$ m
她與像的距離 = $7 + 7 = 14$ m
像與平面鏡的距離 = $7$ m
她與像的距離 = $7 + 7 = 14$ m
反射定律
題目：
一條光線與鏡面成 $60^\circ$ 射到平面鏡上，求入射角和反射角。
解法：
入射角 = $90^\circ - 60^\circ = 30^\circ$
根據反射定律：$$ r = i = 30^\circ $$
根據反射定律：$$ r = i = 30^\circ $$
平面鏡可見範圍
題目：
某人身高 $1.6$ m，眼睛離地 $1.5$ m，剛好能在平面鏡中看到自己的腳。求平面鏡的底部應距離地面多高？
解法：
設平面鏡底部離地面高度為 $y$
根據反射定律，光線入射角等於反射角
考慮相似三角形：
$$ \frac{y}{1.5} = \frac{1.5 - y}{1.6 - 1.5} = \frac{1.5 - y}{0.1} $$
解得 $y = 0.75$ m
∴ 平面鏡的底部應距離地面 $0.75$ m
根據反射定律，光線入射角等於反射角
考慮相似三角形：
$$ \frac{y}{1.5} = \frac{1.5 - y}{1.6 - 1.5} = \frac{1.5 - y}{0.1} $$
解得 $y = 0.75$ m
∴ 平面鏡的底部應距離地面 $0.75$ m
互動實驗室：光的反射模擬
即時數據
入射角 ($i$): 0° 反射角 ($r$): 0°
圖例
入射線
反射線
法線
💡 調整入射角觀察反射線的變化，驗證反射定律
控制面板
計算挑戰
點擊下方按鈕生成題目。