题目

光的反射定律原理解释
光的反射中,为什么会出现入射角等于反射角的情况?同样为什么将光换成小球,也会出现如此情况?请解释原理.

提问时间：2020-10-26

答案

光的反射中,入射角等于反射角,这是通过实验得到的.至于其中的原理,中学物理的知识是解释不了的,具体解释如下：
光是电磁波,光的反射定律可以用两种方法证明,一种直接用麦克斯韦方程组加上电磁场的边值关系,研究电磁波在两种介质的光滑分界面上的行为,可以证明光的反射定律.可以查阅一下大学物理学.
另一种方法是利用光传播的费马原理来证明,而费马原理又是由麦克斯韦方程组得到波动方程来证明的.费马原理认为：光总是沿着光程为极值的路径传播的.光程是光在介质中传播的距离乘以介质的折射率,它等于光在真空中以同样的时间传播的距离.对于反射的情况,即考虑光从一点传播到另一点并经界面一次反射的极值路径.画出图,就会发现这样的路径是没有极大值的,所以只能求极小值.因而问题转化为：A点和B点在界面的一侧,现要求从A点走到B点,必须经过界面上某点,要求路径为最短,请问界面上的这一点在何处?这就成了一个简单的平面几何问题,等你画出了这一点,就可以得到入射角等于反射角的结论.
至于小球在一个平面上碰撞后,入射角不一定等于反射角.这需要高中物理的动量守恒定律等知识来说明.小球在平面上碰撞后,根据动量守恒,与斜面平行方向的分速度不变,如果入射角等于反射角,那么垂直斜面方向的分速度仅仅改变方向,大小不能改变.如果垂直斜面方向的分速度大小也变化了,那么入射角不等于反射角.