學習筆記：光的反射

各位同學，準備好一起探索奇妙的光世界了嗎？在這一章，我們將會深入了解反射。這個詞聽起來好像很深奧，但其實它每天都出現在我們眼前呢。正因為有了反射，你才能在鏡子裡看見自己的臉、看見天空中的月亮，甚至是閱讀這一頁的文字！我們會把它拆解成簡單的部分來學習，現在就讓我們踏上這趟旅程，看看光是怎樣運作的吧！


光的彈跳：什麼是反射？

想像一下你在玩球，把球往牆上拋，球會彈回來。反射的基本概念就是這樣，只是主角換成了光！

反射是指光線碰到物體表面後，從該表面彈開的現象。我們能看見周圍大部分的東西，都是因為這個現象。

談到光，我們把物體分為兩種類型：

  • 發光體：這些物體會自身發光。例如太陽、燈泡或蠟燭火焰。

  • 非發光體：這些物體不會自身發光。我們能看見它們，是因為它們把來自發光體的光反射到我們的眼睛裡。例如月亮（它反射太陽光）、你的書桌、書本，甚至是你的朋友！

所以，當你在陽光普照的房間裡看見朋友時，其實是太陽（或燈）的光線射到你朋友身上，然後從他們身上反射到你的眼睛裡。這就是反射的運作方式！


重點提示

反射是光線從物體表面彈開的現象。我們就是透過反射來看見非發光體的。


遊戲規則：反射定律

當光線從平滑的表面（例如鏡子）反射時，它會遵循兩條非常簡單且可預測的規則。別擔心，這些「定律」比你想像中更容易記住！要理解它們，我們首先要認識一下當中的「關鍵角色」。

認識關鍵角色

讓我們想像一束光線射向一面平面鏡。

  • 平面鏡：一面完全平坦光滑的鏡子。

  • 入射線：指射向鏡面並撞擊到鏡面的光線。（記住：入射線就是「入」來的光線）

  • 反射線：指從鏡面彈開的光線。

  • 法線：這是一條假想的線，它與鏡面成完美的90度角（垂直），並畫在入射線撞擊鏡面的那一點上。

  • 入射角 (i)：入射線與法線之間的夾角。

  • 反射角 (r)：反射線與法線之間的夾角。

快速提醒：避免這個常見錯誤！

一個非常常見的錯誤是從鏡面來測量角度。入射角和反射角永遠都要從法線開始測量！法線就是你測量的起點。

兩條簡單定律

1. 反射第一定律：
入射線、反射線和法線都處於同一平面上。
（簡單記法：你可以把這三條線完美地畫在一張平坦的紙上。）

2. 反射第二定律：
入射角永遠等於反射角。
我們可以用一個簡單的公式來表達：$$i = r$$ （簡單記法：光線射入的角度，跟它射出的角度是一樣的。）

重點提示

光的反射遵循兩條規則：1) 入射線、反射線和法線都處於同一平面上。2) 入射角等於反射角 (i = r)。


照鏡子：平面鏡中的像

當你照平面鏡時，你會看到自己的像。但這是什麼樣的像呢？它有一些非常獨特的特性，科學家稱之為「像的性質」。

你的反射有什麼特別之處？（像的性質）

平面鏡所成的像總是：

  • 正立：像的方向是正的，不是倒立的。

  • 大小相同：像的大小與物體完全相同。鏡子不會讓你變大或變小。

  • 與鏡面的距離相同：如果你站在鏡子前2米，你的像看起來會出現在鏡子後2米。

  • 虛像：這表示像並不是真實地存在於鏡子後面。光線只是看起來從那個點發出。你不能把虛像投射到屏幕上。（就像一個「鬼影」，你看得到，但摸不著！）

  • 左右倒置：這是一個比較專業的說法，意思是左右對調。如果你舉起右手，鏡子裡的像看起來會舉起它的左手。

繪製秘訣：如何繪製光線圖

我們可以透過繪製簡單的光線圖來證明像的位置。剛開始時可能覺得有點難，但別擔心，只要跟著步驟做就可以了！

步驟1：繪製平面鏡（用一條直線，其中一邊加上虛線）、物體（例如一個箭頭）和眼睛的點。

步驟2：從物體的頂端畫出至少兩條入射線到鏡面。

步驟3：在每條光線撞擊鏡面的點上，畫出法線（一條與鏡面成90°的虛線）。

步驟4：對於每條入射線，畫出反射線。確保反射角等於入射角 (r = i)。這些反射線應射向眼睛。

步驟5：反射線會向外散開。用尺子和虛線將它們向後延伸到鏡子後面。

步驟6：這些虛線相交的點就是虛像頂部的位置。你現在可以畫出這個像（通常用虛線表示它是虛像）。

重點提示

平面鏡所成的像具有以下性質：正立、大小相同、與鏡面距離相同、虛像、左右倒置。你可以試試記住這五個關鍵字：「正、大、距、虛、左」。


反射就在我們身邊：現實生活應用

反射可不只是用來照鏡子看自己那麼簡單！它還有許多巧妙而重要的用途呢。

潛望鏡

簡單的潛望鏡，例如潛水艇用來觀察水面上的情況那種，就使用了兩塊平面鏡。兩塊鏡子互相平行，並與光線方向成45度角擺放。上方物體的光線射到頂部鏡子，反射後沿著管子向下，然後再從底部鏡子反射到觀察者的眼睛裡。這樣你就能看到障礙物後面的東西了！

萬花筒

這個有趣的玩具利用反射來創造出美麗的圖案。萬花筒裡面通常有三塊長條形平面鏡，呈三角形排列。末端的彩色珠子會在鏡子中不斷反射，形成令人驚嘆的對稱圖案，隨著你轉動它而變化。

你知道嗎？

「AMBULANCE」（救護車）這個詞，車頭通常會倒寫。為什麼呢？這是因為左右倒置的緣故！當前方的司機從後視鏡看時，這個詞會被「翻轉」回正確的方向，讓他們可以快速讀懂並讓路。很酷吧？

日常生活中鏡子

當然，最常見的應用就是我們每天在浴室、睡房，以及車上（後視鏡）使用的普通鏡子，用來看看身後的情況。它們幫助我們保持安全和檢查儀容。


重點提示

反射被應用於潛望鏡和萬花筒等巧妙的裝置中，同時也有重要的安全用途，例如救護車車頭的字樣。