1、实验三、探究光的反射定律【实验目的】:探究光的反射规律。【试验器材】:平面镜1个。激光笔1个,带刻度的硬纸光屏1个,水槽一个,支架1对,夹子1个。【实验步骤】: 按要求组装器材。将平面镜水平放置,然后把一块标有刻度的白色硬纸板竖直放置在平面镜上;用激光笔射出一束激光,用笔记下入射光线和反射光线的位置,并在刻度光屏上读出入射角和反射角的度数,记录在表格中。重复实验两次。改变入射光的方向,多测几组入射角和发射角,并将有关数据填入下表。将光屏向前或向后折,观察反射光线。整理器材。【实验记录】:次数入射角i反射角r123【实验结论】:1、 在反射现象中, 入射光线、反射光线、法线 在同一平面内;2、
2、入射光线和反射光线 分居法线两侧;3、 反射角 等于 入射角。【实验补充】:1、 以法线ON为轴,将硬纸板的B面向后旋转,这时在B面上观察不到反射光线,证明三线共面;通过比较入射角和反射角的大小关系可以证明反射角等于入射角;反射光线和入射光线对称,并且对称还意味着分居法线两侧。2、 反射定律是用来确定反射光线位置的,对应每一条确定的入射光线而言,反射光线是唯一的。3、 如果光线垂直射向平面镜,入射角为0o,反射角为0o,入射光线、反射光线、法线重合。【考点方向】:光的反射定律是:“共面”、“两侧”、“等角”、“可逆”。1、显示光路:光屏表面 粗糙 ,可以通过漫反射 显示光的传播径迹 ,操作时要
3、求入射光线要 贴着 光屏入射;也可以通过 烟雾 等手段显示光路。2、验证共面:光屏 可折转 的作用是 验证反射光线、入射光线和法线是否在同一平面内(三线共面)。将光屏折转后不能观察到反射光线,这说明反射光线、入射光线和法线在 同一平面上 。3、探究等角:要 改变入射角(或入射光线的方向)多次测量 ,探求规律,使结论具有普遍性。注意反射角和入射角都是光线与 法线 的夹角,不是光线与平面镜的夹角。4、光路可逆:光的直射、反射、折射都具有可逆性。5、如果想探究反射光线与入射光线是否在同一平面内,应如何操作?将纸板沿中轴ON向后折,观察在纸板B上是否有反射光线。6、如果让光线逆着OF的方向射向镜面,会
4、发现反射光线沿着OE方向射出,这表明:在反射现象中,光路是可逆的7、理想模型法:用带箭头的直线表示光的传播路径和方向。8、量角器的作用:测量反射角和入射角的大小。9、从纸板不同方向都能看到光的传播路径原因是:光在纸板上发生了漫反射。10、多次改变入射角大小并进行多次实验的目的:保证实验结论具有普遍性。【创新母题】:利用如图装置进行探究光的反射规律实验(1)让一束光贴着纸板A沿EO方向射向镜面,在纸板B上可看到光线沿OF方向射出,在纸板上用笔描出光线EO和OF的轨迹,则EO与垂直镜面的直线ON的夹角i是_(填“入射角”或“反射角”),如果让一束光从A沿FO方向射向镜面,在纸板B上可以看到光线沿
5、方向射出,由此可以证明 。(2)多次改变入射角的大小,测得实验数据如下表序号ir130302454535050分析数据可得:反射角_(填“大于”“小于”或“等于”)入射角:当入射角变大时,光线OF_(填“远离”或“靠近”)直线ON.(3)在上一步操作中多次改变入射角的大小获得多组数据的目的是: 。(4)以直线ON为轴线把纸板B向前或向后折,在纸板B上_(填“能”或“不能”)看到反射光线OF,由此说明反射光线、入射光线与法线在_(填“同一”或“不同”)平面内(5)实验中,从教室各个方向都能观察到粗糙纸板表面反射的光线,这种反射属于_(填“镜面反射”或“漫反射”),其中选择粗糙纸板的目的是 。(6
6、)粗心的小明在实验中,记录的其中一组入射角和反射角度数分别为30和60,与光的反射规律不符,请你指出其中的原因: 。【答案】:(1)入射角;OE;光路是可逆的;(2)等于;远离;(3)避免实验偶然性,得出普遍规律。(4)不能;同一;(5)漫反射;通过漫反射更清晰地显示光传播的路径。(6)错把反射光线和镜面之间的夹角看作反射角。【解析】:(1)EO为入射光线、垂直镜面的直线ON为法线,EO与ON的夹角i是入射角;光路是可逆的。(2)分析表中的数据可知,反射角等于入射角;当入射角变大时,反射角也变大,故光线OF远离法线ON;(3)多次改变入射角能得出多组数据,可以避免实验的偶然性,更能得出光反射的
7、普遍规律。(4)把纸板B向前或向后折时,在纸板B上不能看到反射光线OF,说明反射光线、入射光线与法线在同一平面内;(5)从教室各个方向都能观察到粗糙纸板面反射的光线,这种反射属于漫反射;粗糙的纸板能通过漫反射更为清晰地显示光的传播路径,便于实验观察和测量。(6)反射角与入射角不是相等而是互余的关系,说明错把反射光线和镜面之间的夹角看成反射角了。练习1:(2023年苏州)“探究光的反射规律”的实验装置如图甲所示平面镜放在水平桌面上,标有刻度(图中未画出)的白色纸板ABCD,能绕垂直于CD的ON轴翻转,在纸板上安装一支可在纸板平面内自由移动的激光笔。(1)实验前,应将纸板_放置于平面镜上移动激光笔
8、,使入射光束绕入射点O沿逆时针方向转动,可观察到反射光束沿_时针方向转动;(2)移动激光笔,使入射角为45,测得反射角也为45由此就得出“光反射时,反射角等于入射角”的结论你认为有何不妥之处?_ _;(3)如图乙所示,将纸板右半部分绕ON向后翻转任意角度,发现纸板上均无反射光束呈现。此现象说明了:_ _;(4)在图甲中,若将纸板(连同激光笔)绕CD向后倾斜,此时反射光束_。A仍在纸板上呈现 B被纸板挡住 C在纸板前方【答案】:(1)垂直;顺;(2)一次实验得到的结论具有偶然性;(3)反射光线、入射光线和法线在同一平面内;(4)C。【解析】:(1)白色纸板ABCD应垂直放置于平面镜上,这样反射光
9、线才可以在硬纸板上呈现; 如图甲,移动激光笔,使入射光束绕入射点O沿逆时针方向转动,则入射角增大,反射角也增大,则反射光线会远离法线,即反射光线将会顺时针转动; (2)因为一次实验具有有很大的偶然性,所以不能只由一组数据就得出结论,应改变入射角的度数进行多次实验。 (3)如图乙所示,将纸板右半部分绕ON向后翻转任意角度,发现纸板上均无反射光束呈现。此现象说明了反射光线、入射光线和法线在同一平面内; (4)在图甲中,若将纸板(连同激光笔)绕CD向后倾斜,而法线始终垂直于平面镜,则反射光线、入射光线、法线所在的平面也垂直于平面镜,所以可知反射光束在纸板前方,故应选C。 练习2:(2023年怀化)如
10、图是探究光的反射规律的实验装置图,其中ABCD是白色硬纸板制成的光屏,并能沿ON折转,ON垂直于CD。(1)实验时,将光屏 放置在平面镜上,让一束光紧贴光屏射向平面镜上的O点,可在光屏上看到反射光线.如图甲所示;将光屏右半部分向后折转一定角度,光屏上看不到反射光.如图乙所示,说明反射光线、人射光线与法线在 。(2)从甲图可以看出反射光线与入射光射分居在 两侧。(3)从表格记录的数据分析时得: (答出一个结论即可)。【答案】:(1)竖直(垂直);同一平面内;(2)法线;(3)反射角等于入射角【解析】:(1)为了便于观察,实验中需要将光屏垂直放置在平面镜上;将光屏右半部分折转一定角度后,看不到反射
11、光线,说明反射光线、入射光线与法线在同一平面内。(2)由图可知,反射光线与入射光射分居在法线两侧。(3)从表格记录的数据分析可知,反射角等于入射角。练习3:(2023年常德)在探究光的反射定律时,小波将一块平面镜放在水平桌面上,再把一块纸板(分E、F两个面)垂直放置在平面镜上,如图甲所示。(1)图甲中,E、F在同一平面上,让光线沿纸板E上的AO射向镜面,则在纸板F上得到沿OB的反射光线,测得AO、OB与法线的夹角均为40,于是小波得出结论:反射角等于入射角。你认为小波得出结论的过程 (选填“合理”或“不合理”),原因是 。(2)在实验过程中,若将纸板倾斜(即纸板与平面镜不垂直),如图乙所示,让
12、光线仍贴着纸板沿AO方向射向镜面,此时反射光线与入线 (选填“在”或“不在”)同一平面内,纸板上 (选填“能”或“不能”)看到反射光线。【答案】:(1)不合理; 实验次数太少,结论不具有普遍性。(2)在 ; 不能。【解析】:(1)据题意可知,此实验只进行了一次实验就得出结论,由于实验次数少,结论具有偶然性,不具有普遍性,所以不合理;(2)纸板与镜面垂直时,法线在纸板上,法线与镜面垂直,入射光线、法线、反射光线在同一平面内,如果纸板与平面镜不垂直,则法线不在纸板上,入射光线沿纸板照射后,反射光线也不在纸板上,则我们在纸板上看不到反射光线;此时虽然看不到反射光线,但反射光线和入射光线、法线仍然在同
13、一平面内。练习4:(2023年乌鲁木齐)在探究光的反射规律的实验中,小明设计了如图所示的实验:将平面镜放在水平桌面,硬纸板竖直地立在平面镜上,硬纸板上的直线ON垂直于镜面,右侧纸板可绕ON转动。(1)如图甲,当硬纸板在同一平面上,使一束光贴着纸板沿某一方向射到O点,经平面镜反射,沿另一个方向射出。当入射光EO向ON靠近的过程中,发现反射光OF (选填“靠近”或“远离”)ON为了精确探究反射规律,除了图中的器材,还需要刻度尺、 和 。(2)如图乙,保持左侧纸板和入射光的位置不变,将右侧纸板绕ON转动,此时在右侧纸板上不能看到反射光,由此可以得出反射光线、入射光线和法线 的结论。【答案】:(1)靠
14、近;笔;量角器;(2)在同一平面内。【解析】:(1)根据入射角的变化和反射角的变化而得出结论;为了精确探究反射规律,除了图中的器材,还需量出角度,记录数据,要刻度尺、笔和量角器;(2)硬纸板可以显示光路,将右侧纸板绕ON转动,反射光线将会消失,所以证明了反射光线、法线、入射光线在同一平面内。解:(1)光反射时,反射角大小等于入射角,若将EO向ON靠近,则OF靠近ON;为了精确探究反射规律,需要测量角度,记录数据,列出表格,故除了图中的器材,还需要刻度尺、笔和量角器;(2)实验中使用可折转的硬纸板,除了能呈现光路外,将右侧纸板绕ON转动,此时在右侧纸板上不能看到反射光,由此可以得出反射光线、入射光线和法线在同一平面内的结论。练习5:(2023年l杭州) 为探究光的反射规律,小金进行如图所示的实验。(1)当入射角为40时,反射角为 。(2)小金将纸板F绕垂