探究光的反射定律實(shí)驗(yàn)

[實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)]

1.主要器材及作用

（1）平面鏡：反射光。

（2）可翻折的粗糙硬紙板：①粗糙硬紙板可以顯示光的傳播路徑；②可以探究反射光線、入射光線和法線是否共面；③顯示反射角隨入射角的變化情況。

（3）量角器：測(cè)量入射角和反射角的大小。

（4）鉛筆：記錄光的傳播路徑。

2.實(shí)驗(yàn)操作關(guān)鍵

（1）實(shí)驗(yàn)應(yīng)在較暗的環(huán)境下進(jìn)行，以減小其他光線對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，使實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更明顯。

（2）硬紙板垂直放置在平面鏡上，讓光緊貼硬紙板射向O點(diǎn)：在硬紙板上顯示光路。

（3）在硬紙板上記錄光路的方法：分別在入射光線、反射光線上任取一點(diǎn)，然后用直線連接O點(diǎn)和所取的點(diǎn)并標(biāo)上箭頭，即為光線。

（4）探究反射角與入射角的大小關(guān)系：多次改變?nèi)肷浣堑拇笮?，分別測(cè)量反射角和入射角的大小，比較反射角和入射角的大小。

（5）探究反射光線和入射光線、法線是否在同一平面內(nèi)：將有反射光線的硬紙板向后（前）翻折，觀察該紙板上是否顯示反射光線。

（6）驗(yàn)證光路可逆的方法：將激光筆逆著原來反射光線的方向照射，觀察硬紙板上的反射光線是否與原來的入射光線重合。

（7）改變?nèi)肷浣沁M(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)的目的：避免數(shù)據(jù)的偶然性，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論具有普遍性。設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格記錄入射角和反射角的數(shù)據(jù)。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

反射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)，反射光線和入射光線分居在法線的兩側(cè)，反射角等于入射角，即“三線共面，兩角相等，法線居中”。

[實(shí)驗(yàn)拓展]

1.實(shí)驗(yàn)中從硬紙板前不同位置都能看到光的傳播路徑的原因：光在硬紙板上發(fā)生漫反射。

2.在實(shí)驗(yàn)過程中，若在硬紙板的另一半上看不到反射光線，可能的原因：硬紙板與平面鏡沒有垂直放置。

3.如果記錄的反射角和入射角的角度不相等，可能的原因：（1）將入射光線與鏡面的夾角當(dāng)成入射角；（2）將反射光線與鏡面的夾角當(dāng)成反射角。

4.如果硬紙板與平面鏡不垂直，則反射光線依然存在，但在硬紙板的另一半上看不到反射光線。

5.利用帶有角刻度的硬紙板設(shè)計(jì)的改進(jìn)裝置優(yōu)點(diǎn)：可以直接讀取實(shí)驗(yàn)中的入射角和反射角大小，簡(jiǎn)化操作。

[能力提升]

例１ （2024·福建·改編）探究光的反射定律實(shí)驗(yàn)的裝置如圖１甲。讓一束光貼著光屏射向平面鏡的O點(diǎn)，改變?nèi)肷涔饩€多次實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)記錄于下表中。

（1）能從不同方向觀察到光的傳播路徑，是因?yàn)楣庠诠馄辽习l(fā)生___________反射。

（2）分析表中數(shù)據(jù)得出結(jié)論：

①反射光線、入射光線分別位于法線___________；

②反射角___________入射角。

（3）接下來老師進(jìn)行了如下演示，先用加濕器使整個(gè)教室充滿霧氣，將平面鏡放在一能轉(zhuǎn)動(dòng)的水平圓臺(tái)上，在柱M上固定一紅色激光筆，使其發(fā)出的光垂直射向平面鏡上的O點(diǎn)，其作用是為了顯示___________的位置，然后打開固定在柱N上的綠色激光筆，使綠色激光射向O點(diǎn)，出現(xiàn)了如圖1乙所示的情景，老師水平方向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)圓臺(tái)，當(dāng)我們觀察到 時(shí)，可判斷反射光線、入射光線和法線在同一平面內(nèi)。

（4）光熱電站利用定日鏡將太陽光反射到吸熱塔用于發(fā)電。如圖1丙為上午某時(shí)刻的光路圖，根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)論推斷，隨著太陽的運(yùn)動(dòng)，定日鏡應(yīng)沿___________時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，使反射光線射向吸熱塔。

答案：（1）漫 （2）①兩側(cè) ②等于 （3）法線 入射綠光、紅光和反射綠光看起來重合 （4）逆

[綜合實(shí)踐]

例2 閱讀下面的短文，按要求解決問題。

2024年5月3日，嫦娥六號(hào)探測(cè)器由長(zhǎng)征五號(hào)遙八運(yùn)載火箭成功發(fā)射，之后準(zhǔn)確進(jìn)入地月轉(zhuǎn)移軌道，由此開啟世界首次月背“挖寶”之旅。

月球背面電磁環(huán)境非常干凈，無法直接接收來自地球的信號(hào)，所以在登月之前，先要發(fā)射一顆中繼衛(wèi)星保障通信。早在2018年5月21日，嫦娥四號(hào)的“開路先鋒”鵲橋中繼衛(wèi)星就已經(jīng)發(fā)射升空進(jìn)入距月球約6.5萬千米的環(huán)月軌道。2019年1月3日，嫦娥四號(hào)探測(cè)器成功著陸在月球背面的預(yù)選著陸區(qū)。地球、月球、中繼衛(wèi)星的位置如圖2甲所示，這樣地球上的測(cè)控站就可以通過鵲橋中繼衛(wèi)星與嫦娥四號(hào)探測(cè)器進(jìn)行通信了。

把中繼衛(wèi)星假想成一個(gè)平面鏡，搭載控制信號(hào)的電磁波傳播特點(diǎn)接近光。請(qǐng)你在圖2乙中畫出地面測(cè)控站A點(diǎn)與嫦娥四號(hào)探測(cè)器B點(diǎn)的通信路徑。

解析：由題知，把中繼衛(wèi)星假想成一個(gè)平面鏡，搭載控制信號(hào)的電磁波傳播特點(diǎn)接近光，所以可以用平面鏡成像的原理來畫出它們之間的通信路徑，步驟如下：（1）作B關(guān)于平面鏡（中繼衛(wèi)星）的對(duì)稱點(diǎn)B′；（2）連接AB′，與鏡面的交點(diǎn)為入射點(diǎn)O；（3）再連接BO并畫上箭頭表示“入射光線”，則OA為“反射光線”。答案如圖3所示。

（作者單位：山東省棗莊市第二十九中學(xué)）