探究光的反射定律實驗

[實驗要點]

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：測量入射角和反射角的大小。

（4）鉛筆：記錄光的傳播路徑。

2.實驗操作關鍵

（1）實驗應在較暗的環境下進行，以減小其他光線對實驗的影響，使實驗現象更明顯。

（2）硬紙板垂直放置在平面鏡上，讓光緊貼硬紙板射向O點：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，然后用直線連接O點和所取的點并標上箭頭，即為光線。

（4）探究反射角與入射角的大小關系：多次改變入射角的大小，分別測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：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）改變入射角進行多次實驗的目的：避免數據的偶然性，使實驗結論具有普遍性。設計的實驗數據表格記錄入射角和反射角的數據。

3.實驗結論

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

[實驗拓展]

1.實驗中從硬紙板前不同位置都能看到光的傳播路徑的原因：光在硬紙板上發生漫反射。

2.在實驗過程中，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成入射角；（2）將反射光線與鏡面的夾角當成反射角。

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計的改進裝置優點：可以直接讀取實驗中的入射角和反射角大小，簡化操作。

[能力提升]

例１ （2024·福建·改編）探究光的反射定律實驗的裝置如圖１甲。讓一束光貼著光屏射向平面鏡的O點，改變入射光線多次實驗，數據記錄于下表中。

（1）能從不同方向觀察到光的傳播路徑，是因為光在光屏上發生___________反射。

（2）分析表中數據得出結論：

①反射光線、入射光線分別位于法線___________；

②反射角___________入射角。

（3）接下來老師進行了如下演示，先用加濕器使整個教室充滿霧氣，將平面鏡放在一能轉動的水平圓臺上，在柱M上固定一紅色激光筆，使其發出的光垂直射向平面鏡上的O點，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，出現了如圖1乙所示的情景，老師水平方向緩慢轉動圓臺，當我們觀察到 時，可判斷反射光線、入射光線和法線在同一平面內。

（4）光熱電站利用定日鏡將太陽光反射到吸熱塔用于發電。如圖1丙為上午某時刻的光路圖，根據上述實驗結論推斷，隨著太陽的運動，定日鏡應沿___________時針方向旋轉，使反射光線射向吸熱塔。

答案：（1）漫 （2）①兩側 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，嫦娥六號探測器由長征五號遙八運載火箭成功發射，之后準確進入地月轉移軌道，由此開啟世界首次月背“挖寶”之旅。

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

把中繼衛星假想成一個平面鏡，搭載控制信號的電磁波傳播特點接近光。請你在圖2乙中畫出地面測控站A點與嫦娥四號探測器B點的通信路徑。

解析：由題知，把中繼衛星假想成一個平面鏡，搭載控制信號的電磁波傳播特點接近光，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關于平面鏡（中繼衛星）的對稱點B′；（2）連接AB′，與鏡面的交點為入射點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）