反射跟直射的区别：光波与界面的互动
光，作为一种电磁波，在我们周围的世界中无处不在。当我们观察物体、看到颜色、甚至进行光学通信时，都离不开光与物质的相互作用。其中，光在遇到不同介质的边界时，会发生几种基本现象，最常见的便是反射和透射（通常伴随折射，可以理解为广义上的“直射”或穿透）。理解这两者之间的区别，对于理解光学原理和许多自然现象至关重要。
引言：光在哪里？
想象一束光从空气射向一块玻璃或水面。这束光不会完全穿过，也不会完全被弹回。部分光线会从界面“弹开”，回到原来的介质中，这就是反射；而另一部分光线会穿过界面，进入新的介质中继续传播，这就是透射。在透射过程中，如果光线不是垂直入射，通常会发生方向的改变，这种现象称为折射。我们将反射与透射/折射这两种行为进行详细对比。
一、反射：光线弹回的现象
什么是反射？
反射是指光波（或其他波动，如声波、无线电波）在传播过程中遇到介质分界面时，一部分光波返回原介质继续传播的现象。
反射是如何发生的？
当光线从一种介质传播到另一种介质的界面时，界面的原子或分子会与光波相互作用。在某些情况下，这种相互作用导致光波的能量没有被新介质吸收或穿透，而是以特定的方式被重新发射回原介质。
反射定律
反射遵循严格的几何规律，称为反射定律：
- 入射光线、法线、反射光线位于同一平面内。
- 反射光线和入射光线分居法线的两侧。
- 反射角等于入射角。（入射角是入射光线与法线的夹角，反射角是反射光线与法线的夹角）
这里的“法线”是垂直于界面的直线。
反射的类型
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镜面反射 (Specular Reflection)：
发生在非常光滑的界面上，如镜子、平静的水面或抛光的金属表面。平行光线入射后，反射光线仍然平行地沿特定方向射出。这是我们能通过镜子看到清晰像的原因。
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漫反射 (Diffuse Reflection)：
发生在粗糙的界面上，如墙壁、纸张或大多数物体的表面。平行光线入射后，由于表面微观结构的不规则，反射光线会向各个方向散射。正是漫反射使我们能够从不同角度看到不发光的物体。
反射的例子
- 通过镜子看到自己的倒影。
- 平静湖面或水面的倒影。
- 在黑暗中用手电筒照射物体，看到物体。
- 声音遇到障碍物产生的回声（声波的反射）。
- 雷达或声纳探测物体（电磁波或声波的反射）。
二、透射与折射：光线穿过界面
什么是透射与折射？
透射 (Transmission)是指光波穿过介质界面，进入新的介质并继续传播的现象。
当光波从一种透明介质斜射入另一种透明介质时，其传播方向通常会发生改变，这种方向改变的现象称为折射 (Refraction)。折射是由于光在不同介质中传播速度不同造成的。
因此，广义上来说，光线穿过界面并继续传播的行为就是透射，而当发生方向改变时，我们就称之为折射。垂直入射时光线方向不变，可以看作是一种特殊的折射或纯粹的透射。在对比反射时，我们常将透射/折射视为光线“直射”或“穿过”界面的行为。
折射的规律（斯涅尔定律简化理解）
折射也遵循规律，由斯涅尔定律描述（这里进行简化理解）：
- 入射光线、法线、折射光线位于同一平面内。
- 折射光线和入射光线分居法线的两侧。
- 当光从光疏介质（如空气）射入光密介质（如水、玻璃）时，折射角小于入射角，折射光线偏向法线。
- 当光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角，折射光线偏离法线。
- 垂直入射时，折射角等于入射角，都等于0，光线方向不改变。
介质的“光疏”和“光密”是相对而言的，光在光疏介质中传播速度较快，在光密介质中传播速度较慢。
透射与折射的例子
- 透过玻璃窗户看到外面的景象。
- 将筷子斜插入水中，看到的筷子在水面处好像弯折了。
- 潜水员在水中看岸上的物体，感觉物体位置较高。
- 使用眼镜、望远镜、显微镜等通过透镜成像（利用光的折射）。
- 三棱镜将白光分解成七色光（光的色散，是折射率与波长有关导致的）。
- 光导纤维中光信号的传输（基于全反射，这是一种发生在光从光密介质到光疏介质界面，且入射角大于临界角时，所有光线都被反射回光密介质的现象，可以看作没有透射发生的特殊情况）。
三、反射与透射/折射的核心区别对比
以下是反射与透射/折射之间最主要的区别：
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方向不同：
反射是光线从界面“弹回”，回到原介质传播。
透射/折射是光线“穿过”界面，进入新介质传播。 -
界面作用：
反射是将光线从界面“反弹”开。
透射/折射是光线“跨越”或“进入”界面。 -
对图像的影响：
反射通常形成一个“虚像”或“实像”（如镜子成像）。
透射/折射使得我们能够看到透过物体、或者导致看到的物体位置/形状发生变化。 -
能量分布：
当光照射到界面时，总能量会根据界面性质、介质种类、入射角度等因素，分配给反射、透射（以及部分吸收）。通常，反射和透射是此消彼长的关系——反射得多，透射就少；反射得少，透射就多。例如，光滑金属表面反射率很高，透射率接近零；透明玻璃表面反射一部分光，大部分光则被透射。
四、生活中的应用与重要性
反射和透射/折射这两种现象构成了光学的基础，在我们的生活中和科技发展中有着极其广泛的应用：
反射的应用：
镜子（用于梳妆、后视镜、光学仪器）、反光条/反光漆（提高夜间可见度）、望远镜（反射式望远镜）、太阳能集热器、雷达、声纳、甚至我们眼睛看到物体本身的光（物体表面的漫反射光）。
透射与折射的应用：
窗户玻璃、眼镜、隐形眼镜、相机镜头、望远镜、显微镜、投影仪、光导纤维通信、棱镜、水族箱里的鱼看起来变大等。
结论
总而言之，反射和透射（及伴随的折射）是光（或其他波）在遇到不同介质界面时可能发生的两种最基本的行为。反射是光线弹回原介质，遵循反射定律，形成镜像；透射是光线穿过界面进入新介质，通常伴随折射（方向改变），使我们能够看到透过物体或导致视觉上的偏移和形变。它们共同决定了光在我们环境中的传播路径和我们所能观察到的光学现象。理解这两者的区别，是理解光世界的第一步。
