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本课学习目标
先弄清楚这节课要发现什么,再动手做实验
发现规律光碰到镜面会改变方向返回,这种现象叫光的反射。
定量测量入射角与反射角大小相等,且入射光线、反射光线、法线在同一平面内。
看见光路用面粉水让本来"看不见"的光路显现出来。
解释现象光滑面发生镜面反射,粗糙面发生漫反射,所以我们能从各个方向看到物体。
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平面镜角度实验
手电筒固定不动,转动平面镜,观察反射光怎么跑
手电筒沿水平方向射出一束光,打到可旋转的平面镜上。拖动滑块改变镜面倾角,
反射光线会跟着转动,打在弧形纸屏上的光斑也随之移动。读出量角器上的入射角和反射角,看看它们有什么关系。
| 序号 | 镜面倾角 | 入射角 i | 反射角 r | 反射角 = 入射角? |
读角方法:角度必须从法线(垂直于镜面的虚线)量起,不能从镜面量起。法线与镜面永远相差 90°,所以「入射角 = 90° − 镜面倾角」。
🤔 想一想:当镜面倾角慢慢变成 90°(镜面竖直)时,入射角变成多少?这时反射光会跑到哪里去?动手试一试!
2
水中光路可视化
水槽 + 面粉水,让看不见的光路现出原形
光在干净的空气和清水里穿行时,我们是看不见光路的。往水里撒一点面粉并搅拌,
面粉颗粒把光漫反射到我们眼睛里,一条笔直的光路就"显形"了。切一切换一换,比较清水与面粉水的区别。
实验要点:入射光和反射光都是直线;两条光束交界处就是入射点;过入射点作垂直于镜面的直线就是法线。把镜子转一转,两条光束会像剪刀一样同时张开或合拢。
关于折射(拓展):光从空气斜射进水里时,其实还会在水面处偏折一下,这叫折射——折射光会向法线靠拢,所以水中的折射角小于空气中的入射角(n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂)。为了集中研究反射定律,本实验默认"只看反射",光直线穿过水面;切到「考虑折射」就能看到真实光路。转到某些角度时,光从水射向空气会被全反射,一点也出不去。
🤔 想一想:为什么电影里放映机射向银幕的那道光柱,在空气里也能看得见?(提示:空气里有灰尘和烟雾颗粒,它们也在漫反射光。)
把两面平面镜像书本一样立起来,中间放一个乒乓球。改变两镜的夹角,
数一数一共能看到几个像。夹角越大像越少,夹角越小像越多 —— 这就是万花筒和试衣间"无限镜子"的秘密。
成像公式:当 360° 能被夹角 θ 整除时,成像个数 N = 360° ÷ θ − 1;不能整除时 N = 360° ÷ θ 的整数部分。为了数得清,滑块会自动吸附到能整除 360° 的整度数。
🤔 想一想:夹角变成 180°(两面镜成一条直线)时,还能看到几个像?你在家里对着浴室镜子、或者两块相对的电梯镜子时,见过这种"一排人"的效果吗?
4
通关任务:照亮桌屉
让光"拐个弯",钻进抽屉深处照亮橡皮
手电筒只能水平向右射,而橡皮躲在抽屉最深处,光不会自己拐弯。
你的任务:拖动镜子左右移动,拖两端的手柄转动镜子(也可用滑块),
让反射光正好从抽屉口射进去,打中底部的橡皮。打中即通关!
💡 提示:要让水平光变成竖直向下的光,光线需要转过 90°。
入射光与反射光的夹角是镜面倾角的 2 倍,所以镜面应与水平面成 45°;再把镜子移到抽屉口正上方,让反射光正好落进抽屉里。
🤔 想一想:潜望镜、牙医的小镜子、月球上放的激光反射器,用的都是这个"让光拐弯"的本领。你还能举出哪些例子?
🔷 镜面反射
表面非常光滑(平面镜、平静的水面、抛光的金属、手机屏幕)。
一束平行光射来,反射后仍然平行地射向同一个方向。
特点:只有在特定方向才看得到刺眼的"反光",能成清晰的像。
🔶 漫反射
表面粗糙不平(白纸、墙壁、衣服、桌面、电影银幕)。
一束平行光射来,被无数微小的凹凸面射向四面八方。
特点:各个方向都能看到它,但不刺眼,也成不了像。
所有物体都能反射光;光滑镜面发生镜面反射,粗糙物体发生漫反射。
我们能看见本身不发光的物体,正是因为它们的漫反射把光送进了我们的眼睛 —— 漫反射同样遵守「反射角 = 入射角」。
别混淆:漫反射不是乱反射。粗糙面上每一个小局部,都仍然严格遵守「反射角 = 入射角」,只是各处的法线方向不同,所以反射光散开了。