探究光的反射定律的实验原理实验怎么做？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-10-29 03:11 标签： 探究光的反射定律的实验原理

光射到两种介质分界面上时，有一部分改变传播方向又返回原来介质中的现象叫做光的反射．由于反射面的光滑程度不同，光的反射分为镜面反射和漫反射．然而，无论是镜面反射还是漫反射，都遵守着共同的规律，即：入射光线、反射光线与法线（即过入射点且垂直于反射面的直线）在同一平面内，反射光线和入射光线分居在法线的两侧，反射角等于入射角（其中反射角是指反射光线与法线的夹角，入射角是指入射光线与法线的夹角），这就是光的反射定律．对于光的反射现象中的特殊情况――垂直入射，此时也有反射角等于入射角（都为0°），反射光线和入射光线与法线重合，即“三线合一”．

光的反射定律中的三句话，完整地描述了光反射时所遵守的规律，缺一不可．从反射现象的发生过程来看，入射是因，反射是果，所以在语言描述上也要遵从这种因果关系，不能把“反射角等于入射角”说成“入射角等于反射角”．由这两个角度的等量关系可知：①在光的反射现象中，一条入射光线只有一条反射光线与之对应；②在光的反射现象中，如果光沿原来的反射光线的路径逆方向入射到界面上，这时的反射光线一定沿原来的入射光线的路径反方向射出，即光路是可逆的．

光的反射定律是各类考试考查的重点内容，从命题形式来看，选择题、作图题、填空题仍然是主要的三种题型，作图题将更加重视与社会、生活的联系和应用．这就要求同学们在今后的学习中要多观察，勤思考，灵活运用所学知识解决实际问题．

例1关于光的反射，下列说法正确的是（）.

A．当入射光线与反射面的夹角为20°时，反射角也为20°

B．入射光线靠近法线时，反射光线也靠近法线

C．入射角增大5°时，反射光线与入射光线的夹角也增大5°

D．镜面反射遵守光的反射定律，漫反射不遵守光的反射定律

解析由光的反射规律可知，反射角等于入射角．当入射光线与反射面的夹角为20°时，入射角为70°，所以A选项错；由反射规律可知反射光线和入射光线是关于法线对称的，当入射光线靠近法线时，反射光线也靠近法线，所以B选项正确；当入射角增大5°时，反射角也增大5°，也就是说反射光线与入射光线的夹角增大10°，所以C选项错；镜面反射和漫反射都遵守光的反射规律，所以D选项错．

例2 为了研究光的反射规律，小亮进行了下面的实验：

照图１甲那样，把一平面镜M平放在平板上，把一个画有角度的白色硬纸板竖立在镜面上.硬纸板是由E、F两块粘接而成，可绕接缝ON转动，ON垂直于镜面．

(1) 使E、F成为同一平面，让入射光线沿纸板上某一角度线射向镜面上的O点，观察反射光线方向，可知反射光线与入射光线______________________；

(2) 改变入射光线的方向，观察反射光线方向的改变，可知反射角_____________入射角；

(3) 把纸板F前折或后折，可以知道反射光线、入射光线与法线________________；

(4) 让光线逆着反射光线射向镜面，经M反射后，反射光线逆着原入射光线方向射出，表明反射时__________．

解析从图1甲可以看出，光经镜面反射后改变传播方向，反射光线与入射光线在法线ON的两侧，反射角等于入射角；将图乙与图甲进行比较，不难发现，当E、F在同一平面时，可以看到反射光线，而当E、F不在同一平面时，看不到反射光线，则表明反射光线和入射光线及法线在同一平面内．当光线逆着反射光线的路径射向镜面时，反射光线沿着原入射光线的路径反方向射出，这表明反射现象中，光路是可逆的．

本题以实验的形式不仅考查了光的反射定律，还考查了对实验现象的分析、概括的能力，体现了新课改中关注学习的“过程与方法”的理念．这就要求我们在学习的过程中，不仅要关注知识，更要关注获得知识的途径与方法，因为掌握一种方法比获得一个知识更为重要．

答 （１）位于法线的两侧；（２）等于；（３）在同一平面内；（４）光路是可逆的．

例3 小宇同学家的阁楼上有一个小型物理实验室，如图2所示，但他每次做光学实验时就感到很麻烦，因为需要跑到有天窗的一间.请你用平面镜帮他将阳光引到实验室并使阳光垂直射到实验台的台面上，要求在图中画出平面镜及其中一条光线，用箭头标出光线的方向．

解析 本题是依据光的反射定律进行作图的实际应用题．对光的反射定律应理解这几点：①法线始终与镜面垂直；②反射角等于入射角，法线是入射光线和反射光线间夹角的角平分线．作图步骤：（1）首先确定光线的传播路径，为平行于实验台面和垂直于实验台面；（2）分别作出入射光线和反射光线夹角的角平分线即为两条法线；（3）过两个入射点分别作法线的垂线即为平面镜的位置．

答 本题答案如图３所示．

例4 有一光电控制液面的仪器，是通过光束在液面上的反射光线打到光电屏（能将光信号转化为电信号进行处理）上来显示液面高度．如图4所示的光电路中，当光电屏上的光点由S1移到S2时，表示液面高度（）.

C．不变 D．都有可能

解析先假设液面上升了，因入射光线方向未变，则反射光线方向也不应该变化，上升后的反射光线应该与原来的反射光线平行，但由于液面上升会导致入射点向左偏移，则反射光线在光电屏上的光点也会向左偏移，这显然符合题目要求，说明开始的假设是正确的，即液面应是上升的．这是光的反射规律在生活中的应用问题．解题时使用了“假设法”，“假设法”是学习物理时一个重要的解题方法．

例5 1969年7月阿波罗11号宇宙飞船首次登月时，在月球上放置了一个角反射器，地面上发出的激光，只要射中它，反射光总能返回原处．用它测出月地之间的距离为353，911，215m，精度差小于10m．如图5所示，“角反射器”是由两块连在一起的互相垂直的平面镜L1、L2组成．从地面发出的激光沿AB方向入射到L1上，试在图中作出激光经L1、L2反射后的光线．

解析本题主要考查利用光的反射规律来作图的能力以及应用数学知识解决实际问题的能力．作图时应注意光线发生了两次反射，具体方法是：（1）过入射点B作垂直于镜面的法线；（2）根据光的反射规律确定光线经平面镜L1反射的光路；（3）用同样的方法作出入射到平面镜L2上的光线经平面镜L2反射后的光路；（4）用数学知识证明，经过两次反射时入射角和反射角的总和为180°，因此反射光线与入射光线平行．

“角反射器”在生活实际中的应用很普遍．自行车的尾灯就是由互成直角的一些小平面镜组成的，无论外界光线从什么方向射向车后的尾灯，尾灯都可以将光线沿原来方向射回，表明自行车的存在，提醒后面的开车人注意交通安全，减少交通事故．把角反射器组成的阵列装在卫星、导弹等上面，能使反射的激光原路返回，可以用来跟踪卫星、导弹的轨迹．

答 本题答案如图6所示．

例6 钱包掉到沙发下，没有手电筒，小明借助平面镜反射灯光找到了钱包．图7中已标示了反射与入射光线，请在图中标出平面镜，并画出法线．

解析根据光的反射定律知，反射角等于入射角，因此法线是反射光线与入射光线组成的夹角的角平分线，又因为法线与镜面垂直，所以本题的作图分两步走：（1）作出反射光线和入射光线的夹角的角平分线，确定法线；（2）过入射点作法线的垂线确定镜面的位置．

把微小变化放大以利于观察，这是物理学中一种重要的研究方法．图9所示的是一种显示微小形变的装置．在桌子上放两个平面镜M和N，让一束光线依次被这两个平面镜反射，最后射到刻度尺L上形成一个光点.试在图中画出光束K行进的光路图并确定刻度尺上光点的位置P．若在两镜之间的桌面用力F下压，M、N将向中间倾斜．由于MN之间的距离较大，光点会在刻度尺上从P点移动到P′点，把桌面的形变显示出来．则P′的位置比P．（填“高”或“低”）

解析在桌面发生形变后，要能根据镜面的倾斜方向判断入射角的变化情况，进而确定反射角发生的相应变化，试题难度较大．（1）根据光的反射定律作图即可，注意要先作出法线；（2）当桌面受到向下的压力时，两镜M和N向中间倾斜，与两镜面垂直的法线随着平面镜一起旋转，导致两镜的入射角都减小，反射角随之减小，因此最后落在刻度尺上的光点P′应在P点的下方．

答（1）如图10所示；（2）低．

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