探究光的反射规律实验_从探究光的反射中学习方法

探究光的反射规律实验_从探究光的反射中学习方法

　　一、观察思考

　　在遮蔽门窗的教室内，打开电灯，我们不仅能看到发光的电灯，同时还能看到桌椅、墙壁、同学以及周围一切本身不发光的物体。这是什么原因呢？

　　讨论引导

　　人们能看到发光的物体（例：灯），是因为物体（灯）发出的光进入了我们的眼睛。我们能看到不发光的物体，应该是物体上的光线进入我们的眼睛，不发光的物体上的光线从那里来呢？是不是与它们周围的光源发出的光有关呢？

　　有关，证据：关灯，一片漆黑，看不到桌椅、周围的人和物。

　　总结：我们看到本身不发光的物体，是由于物体的表面将照射到它上面的光线反射到我们眼睛的原因。

　　如果没有光的反射呢？（逆向思考）在生活中，我们就看不到不发光的物体。

　　通过实验推理，得到从现象到本质的分析结果。

　　二、探究光的反射

　　反射是生活中常见的现象，反射光和入射光有什么关系呢？

　　（一）观察动手实验：器材：手电筒、小镜、桌子

　　在桌面上放一块平面镜，用手电筒光斜射到镜子上，经平面镜反射后在墙壁上得到一个明亮的光斑。改变手电筒的入射方向，会发现墙壁上的光斑也会随之移动；如保持手电筒的入射光线的方向不变，轻轻敲动桌面，会发现光斑也会轻轻的抖动。在这个现象中，涉及到“入射光线的方向、平面镜的位置、反射光线的方向”三个量，思考在手电筒的两个小现象中，分别是哪几个量的改变和哪几个量并没有发生变化，学生经过讨论思考后得出分别是“平面镜的位置不变，反射光线方向和入射光线方向改变”和“入射光线方向不变，平面镜位置和反射光线方向改变”。这就是“控制变量”的研究方法。这样就为研究光的反射定律提供了两种可行的方法：一、保持镜子不动，研究入射光线和反射光线的相互关系；二、保持入射光线的方向不变，改变镜子的位置，研究入射光线和反射光线的相互关系。学生通过对日常生活中一个现象的观察和思考得出实验验证的方法，这是“物理学科思维方法的体现。

　　（二）实验中如何清晰显示入射光线和反射光线呢？

　　一些书上介绍有：1．用手电筒；2．肥皂水箱；3．烟雾箱；4．缝光源；5．用激光笔。

　　讨论后选取最简单、易用方法，应是用激光笔。用激光笔把光照射在白纸板上，调节激光笔的位置，可看到一束红色的光线照射到纸板上，经镜面反射后可清晰的看到反射的红色光线。

　　观察对比，选取最优实验手段。

　　（三）法线的引入

　　看到反射现象，你能描述出反射光线在空间中的位置吗？

　　联想：从地理学中知道，当规定了经度纬度后，就知道一个国家的具体位置。从立体空间来说，反射光线在各个方向上都有可能存在。那么反射光线的方位怎样确定呢？以谁为判断标准呢？

　　以入射光线和镜面的夹角吗？不妥。1．入射光线和镜面的夹角经常改变，并不固定。2．线与面的夹角就是线与线在面上的射影的夹角（高中知识，对初中学生不做要求），提到射影就要联系到垂直，还不如直接在特殊点（入射点）做垂直于镜面的直线──法线来的方便。引入法线，就将入射光线、反射光线、镜面都围绕法线联系起来。在反射现象中，引入法线后，入射光线与法线可以确定一个平面（两条相交直线确定一个平面），从而研究反射光线是否和入射光线、法线在同一平面。实验中，如书上图2．2—4以法线ON为轴，将白色硬纸板绕法线缓慢旋转向前或向后，在白纸板上看不到反射光线。只有成平面时才看到反射光线。结论：在反射现象中，反射光线、入射光线和法线都在同一平面内①。再观察发现，反射光线和入射光线分居在法线两侧②，证据：无论怎样改变入射光的方向，反射光线总在法线另一侧出来。

　　在这个研究过程中，首先把反射光线限制在一个平面内，进一步把反射光线限制在NOB这1/4平面内（图一），最后确定反射线的位置。

　　由远及近，由大到小，逐步缩小研究范围。

　　只有再确定角度关系，才能把反射光线具体位置表述出来。

　　规定：入射角：入射光线跟法线的夹角；

　　反射角：反射光线跟法线的夹角。

　　引导学生猜想，反射角可能等于入射角，你打算用哪些器材来研究这两个角的关系。

　　量角器、或带有角度的纸板。

　　多次改变入射角，观察并及时记录，通过比较发现，反射角随着入射角的增大而增大，随入射角的减小而减小，每一次，反射角都等于入射角。

　　得出结论：反射角等于入射角③。

　　由①、②、③可得反射定律。

　　任何结论都是需要多次验证，仅凭一组数据概括物理规律是不严密的，多次测量就是为了减小偶然性与特殊性。

　　引导学生利用直尺和圆规画光的反射图，用理想化的光线描述光的传播规律，通过画光路图建立模型，将反射过程表达清晰。

　　用作图法来研究物理问题，能直观、形象的揭示物理问题和物理过程的本来面目，有利于对于物理问题的理解和解决。类似如：晶体的熔化、凝固图像。

　　三、光路具有可逆性

　　当光垂直射向平面镜时，反射光沿原路返回。证据：手上有光斑，引导我们逆向思考，光路具有可逆性吗？

　　做实验：

　　把入射光线沿学生实验画出的反射光线的位置射到镜面，观察反射光线的位置，发现其反射光线与原入射光线重合，从而说明反射时光路是可逆的。

　　逆向思维是物理研究中的重要方式，最著名的例子：奥斯特发现了电流的磁效应之后，法拉第思考，既然电能生磁。那么，磁也能生电，经过不懈研究，最后发现了电磁感应，利用它制成了发电机，为今天大规模利用电能打下基础。

　　四、镜面反射和漫反射

　　用强光斜射到平面镜上，会在墙上产生一个明亮的光斑，用白纸反射，则不会产生光斑，要求学生对比观察，提出问题，这是为什么。引导学生从反射面分类，不同的表面对光的反射不一样，当一束光射向光滑平整的镜面（或类似面），反射光仍然是平行光束，这种反射称为镜面反射。镜面反射只能在特定的角度看到很强的光。

　　平行光束照射到粗糙不同的反射面时，反射光不再是平行光束，而变成向各个方向散开的光，这种反射称为漫反射。发生漫反射时，无论从什么角度看，都有部分反射光进入观察者的眼睛，但没有特定的角度得到强光。

　　分类法是对比不同物体（物质）性质特点常用的方法，如：固体按有无熔点分为晶体和非晶体。

　　五、探究时要注意强调

　　(1)反射角是反射光线与法线之间的夹角，而不是反射光线与镜面间的夹角，入射角同理。

　　(2)法线是一条假想的重要几何线，它有以下特点：a．法线在入射光线和反射光线的中间；b．法线过入射点垂直反射面（常见镜面）；c．法线总是与反射光线跟入射光线所成夹角的角平分线重合。在做反射现象习题中，它用来确定入射光线、反射光线在空间里的方位。

　　(3)从因果关系来说，先有入射角，后有反射角，因此应是反射角等于入射角，不能说入射角等于反射角。

　　(4)反射角随着入射角的变大而变大，且反射角每时每刻都等于入射角。入射角为0°时，反射角为0°，此时入射光线、反射光线、法线三线重合。

　　(5)镜面反射和漫反射都遵守反射定律。

　　(6)要能熟练地使用圆规和直尺，根据光的反射定律画光路图。做图时，光线画实线并标以箭头以表示光的前进方向，反射面要画成带斜线的线段，法线要用虚线表示。许多题要用光路具有可逆性来补画完整的反射光路。

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