公元一世纪,正在亚历山大城学习的古希腊数学家海伦发现:光在镜面上反射时,入射角等于
反射角。这是为什么呢?海伦认为,这是因为光总是沿着最快的路径传播,而自然界所发生的事情都遵循最快、最好的原则。海伦长期研究光的传播,并打算整理自己研究的成果,发行一本关于镜子与光学的书。
海伦既是一位数学家,也是一位物理学家,生活在公元1世纪的
埃及亚历山大城。他留下了很多数学和科学方面的伟大成果。早在1900多年前,海伦就已经发明出了能自动打开的门,能自己表演的木偶,以及能连续射箭的武器。
他在
天文学方面最著名的成就是,根据在各个地区测定的月球的位置,确定了亚历山大城与罗马的距离。
正如前面所介绍的,海伦通过研究光线的传播,发现了光在镜面上反射时,入射角与反射角相等。入射角是指射到镜面上的光线与法线所形成的夹角,反射角是指被
镜面反射的光线与法线形成的夹角,
法线是过入射点垂直于镜面的直线。光线被镜面反射的传播路线可以用下图表示,其中,ADP为入射角,
从A处发出的光线在点D处被镜面反射至B。如果光线在点D处没有被反射,而是沿直线传播,则射向C。此时,B到E的距离等于E到C的距离,点B和点C关于镜面成轴对称。因此,△BDE与△CDE
全等。由此可知,∠3与∠2大小相等。
如果光线在D处没有被反射,而是径直射向C处,∠1和∠3是
对顶角,因为对顶角大小相等,所以∠1和∠3大小相等。
∠1的
余角就是入射角,∠2的余角就是反射角。因为∠1=∠2,因此入射角和反射角也相等。
用直尺在白纸上画一条虚线,再画一条与虚线相交的实线,在两线交点的位置上竖直放一面镜子。转动镜子,使虚线和它的
镜像在一条直线上,则纸上原先画好的实线与虚线的夹角为人射角。如图1所示。