光學實驗專題復習

王永慶

光在同種均勻介質中沿直線傳播，到達兩種介質的分界面上時。一部分光發生反射，遵循光的反射定律，一部分光發生折射。遵循光的折射規律，物體通過平面鏡成像時遵循光的反射定律。通過凸透鏡成像時遵循光的折射規律。同學們在學習光的傳播和成像規律時。做好“探究光的反射規律”“探究平面鏡成像的特點”“探究光折射時的特點”“探究凸透鏡成像的規律”這四大探究類實驗，有助于提升科學探究能力。形成光的傳播和物體成像的正確物理觀念。

探究光的反射規律

本探究實驗又可分為兩個小探究實驗。一個是探究反射光線、入射光線和法線的關系。另一個是探究反射角和入射角的關系。第一個小探究實驗的重點環節為設計實驗方案。第二個小探究實驗的重點環節為收集證據和得出結論，命題考查時的重點也多放在這些重點環節。在本探究實驗的實驗裝置中?？衫@法線轉動的光屏是為了呈現反射光線的位置，從而得出反射光線、入射光線和法線共面的結論：在入射角和反射角的測量上，同學們可以用量角器測出，也可以改進實驗器材，直接由帶刻度（顯示角度）的光屏得出，最終得出反射角等于入射角的結論。

例1 “探究光反射時的規律”的實驗裝置如圖1甲所示。平面鏡放在水平桌面上。標有刻度（能顯示角度，圖中未畫出）的白色紙板ANOC、NBDO能繞垂直于CD的NO軸翻轉，在紙板上安裝一支可在紙板平面內自由移動的激光筆。

（1）如圖1乙所示，將紙板NBDO繞NO軸向后翻轉任意角度，發現紙板上均觀測不到反射光。只有當紙板ANOC與NBDO在同一平面內時才能觀測到反射光。此現象說明_______。

（2）在圖1甲中，若將處于同一平面內的紙板ANOC和NBDO（連同激光筆）繞CD同時向后傾斜，此時反射光線_______（填字母符號）。

A.仍在紙板NBDO上呈現

B.被紙板NBDO擋住

C.在紙板NBDO前方

（3）移動激光筆，使入射角為45°，測得反射角也為45°，由此就得出“光反射時，反射角等于入射角”的結論。你認為這么做_______（填“妥當”或“不妥當”），理由是_______。

答案：（1）反射光線、入射光線和法線在同一平面內 （2）C （3）不妥當 一次實驗得到的結論具有偶然性

探究平面鏡成像的特點

本探究實驗為大探究，提出問題、猜想與假設、設計實驗方案、收集證據、分析論證得出結論、評估反思、交流合作這幾個要素在本探究實驗中都有體現，但是在設計實驗方案、分析論證得出結論、交流合作這三個要素中有所側重，命題考查時也側重這三個要素，本探究實驗中用玻璃板而不用鏡子。是利用了玻璃板既能反射光又能透射光的特點。便于找到像的位置，探究像與物的位置關系：選用兩根相同的蠟燭是為了比較像與物的大小關系。做實驗時，玻璃板后的蠟燭不用點燃，玻璃板與支撐面要垂直。

探究光折射時的特點

本探究實驗不屬于新“課標”中規定的探究類學生必做實驗，一般作為演示實驗，裝置確定且實驗效果明顯即可。作為演示實驗。其重點探究要素為收集數據和得出結論，命題考查時也側重實驗數據的分析和論證。

例2 某實驗小組在做“探究光折射時的特點”實驗時，將光從空氣分別射入水和玻璃中，測得數據如表1。

請你分析表1中數據，并寫出一條規律：_______。

答案：光從空氣斜射入水（或玻璃）中時，折射角小于入射角

探究凸透鏡成像的規律

本探究實驗是新“課標”中規定的探究類學生必做實驗之一，屬于大探究，也是各種考試的高頻考點?？疾榈闹攸c多放在設計實驗方案、收集證據及分析論證得出結論等方面。在本探究實驗中，同學們需注意：調節燭焰、凸透鏡和光屏的中心在一條與光具座平行的直線上的目的是，使凸透鏡所成的像能正好成在光屏的中心；物體放在一倍焦距處不成像：一個物距對應一個像距，物距改變時，像距隨之改變，且物、像移動方向相同；光屏上找不到像的原因主要有，燭焰、凸透鏡、光屏的中心不在同一高度，或蠟燭在凸透鏡的焦點以內。或光屏在光具座上可移動的距離小于實際的像距等。

例3 （2023·河南）在“探究凸透鏡成像的規律”實驗中：

（1）小強發現，用凸透鏡看遠處物體時，可以看見倒立、縮小的像：用該凸透鏡看自己的指紋時，能看到正立、放大的像。他由此猜想：凸透鏡成像的特點可能與_______有關。

（2）在光具座上，將蠟燭、光屏安裝在凸透鏡兩側，調節三者的高度時，_______（填“需要”或“不需要”）點燃蠟燭；調節高度的目的是。使像能成在_______。

（3）實驗中，當蠟燭、凸透鏡和光屏的位置如圖2所示時，光屏上承接到燭焰清晰的像（像未畫出），這個實驗現象可以說明_______（填“放大鏡”“投影儀”或“照相機”）的成像特點。

答案：（1）物距 （2）需要 光屏的中心 （3）照相機

關于這四大光學探究類實驗，同學們首先要明確實驗的目的，即提出需要探究的問題，其次進行猜想、設計實驗方案、進行實驗、收集證據、分析論證得出結論，最后再進行交流合作、評估反思。