实验3 探究光的反射定律实验解析版.docx
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实验3探究光的反射定律实验解析版
实验三、探究光的反射定律
实验剖析
【实验目的】探究光的反射规律。
【试验器材】平面镜1个。
激光笔1个,带刻度的硬纸光屏1个,水槽一个,支架1对,夹子1个。
【实验步骤】
按要求组装器材。
将平面镜水平放置,然后把一块标有刻度的白色硬纸板竖直放置在平面镜上;
用激光笔射出一束激光,用笔记下入射光线和反射光线的位置,并在刻度光屏上读出入射角和反射角的度数,记录在表格中。
重复实验两次。
改变入射光的方向,多测几组入射角和发射角,并将有关数据填入下表。
将光屏向前或向后折,观察反射光线。
整理器材。
【实验记录】
次数
入射角i
反射角r
1
2
3
【实验结论】
1、在反射现象中,入射光线、反射光线、法线在同一平面内;
2、入射光线和反射光线分居法线两侧;
3、反射角等于入射角。
4、反射过程中光路是可逆的。
【实验补充】
1、以法线ON为轴,将硬纸板的B面向后旋转,这时在B面上观察不到反射光线,证明三线共面;通
过比较入射角和反射角的大小关系可以证明反射角等于入射角;反射光线和入射光线对称,并且对称还意味着分居法线两侧。
2、反射定律是用来确定反射光线位置的,对应每一条确定的入射光线而言,反射光线是唯一的。
3、如果光线垂直射向平面镜,入射角为0o,反射角为0o,入射光线、反射光线、法线重合。
【考点方向】
1、光的反射定律是:
“共面”、“两侧”、“等角”、“可逆”。
2、显示光路:
光屏表面粗糙,可以通过漫反射显示光的传播径迹,操作时要求入射光线要贴着光屏入射;也可以通过烟雾等手段显示光路。
3、验证共面:
光屏可折转的作用是验证反射光线、入射光线和法线是否在同一平面内(三线共面)。
将光屏折转后不能观察到反射光线,这说明反射光线、入射光线和法线在同一平面上。
4、探究等角:
要改变入射角(或入射光线的方向)多次测量,探求规律,使结论具有普遍性。
注意反射角和入射角都是光线与法线的夹角,不是光线与平面镜的夹角。
5、光路可逆:
光的直射、反射、折射都具有可逆性。
6、如果想探究反射光线与入射光线是否在同一平面内,应如何操作?
将纸板沿中轴ON向后折,观察在纸板B上是否有反射光线。
7、如果让光线逆着OF的方向射向镜面,会发现反射光线沿着OE方向射出,这表明:
在反射现象中,光路是可逆的
8、理想模型法:
用带箭头的直线表示光的传播路径和方向。
9、量角器的作用:
测量反射角和入射角的大小。
10、从纸板不同方向都能看到光的传播路径原因是:
光在纸板上发生了漫反射。
11、多次改变入射角大小并进行多次实验的目的:
保证实验结论具有普遍性。
经典母题
利用如图装置进行探究光的反射规律实验.
(1)让一束光贴着纸板A沿EO方向射向镜面,在纸板B上可看到光线沿OF方向射出,在纸板上用笔描出光线EO和OF的轨迹,则EO与垂直镜面的直线ON的夹角i是________(填“入射角”或“反射角”),如果让一束光从A沿FO方向射向镜面,在纸板B上可以看到光线沿方向射出,由此可以证明。
(2)多次改变入射角的大小,测得实验数据如下表.
序号
∠i
∠r
1
30°
30°
2
45°
45°
3
50°
50°
分析数据可得:
反射角________(填“大于”“小于”或“等于”)入射角:
当入射角变大时,光线OF________(填“远离”或“靠近”)直线ON.
(3)在上一步操作中多次改变入射角的大小获得多组数据的目的是:
。
(4)以直线ON为轴线.把纸板B向前或向后折,在纸板B上________(填“能”或“不能”)看到反射光线OF,由此说明反射光线、入射光线与法线在________(填“同一”或“不同”)平面内。
(5)实验中,从教室各个方向都能观察到粗糙纸板表面反射的光线,这种反射属于________(填“镜面反射”或“漫反射”),其中选择粗糙纸板的目的是。
(6)粗心的小明在实验中,记录的其中一组入射角和反射角度数分别为30°和60°,与光的反射规律不符,请你指出其中的原因:
。
(7)实验中若将纸板左侧部分向后倾斜,则沿EO的入射光线镜反射后会从(选填“纸板前面、纸板上或纸板后面”)射出。
【答案】
(1)入射角;OE;光路是可逆的;
(2)等于;远离;
(3)避免实验偶然性,得出普遍规律。
(4)不能;同一;
(5)漫反射;通过漫反射更清晰地显示光传播的路径。
(6)错把反射光线和镜面之间的夹角看作反射角。
(7)纸板前面。
【解析】
(1)EO为入射光线、垂直镜面的直线ON为法线,EO与ON的夹角i是入射角;光路是可逆的。
(2)分析表中的数据可知,反射角等于入射角;当入射角变大时,反射角也变大,故光线OF远离法线ON;
(3)多次改变入射角能得出多组数据,可以避免实验的偶然性,更能得出光反射的普遍规律。
(4)把纸板B向前或向后折时,在纸板B上不能看到反射光线OF,说明反射光线、入射光线与法线在同一平面内;
(5)从教室各个方向都能观察到粗糙纸板面反射的光线,这种反射属于漫反射;粗糙的纸板能通过漫反射更为清晰地显示光的传播路径,便于实验观察和测量。
(6)反射角与入射角不是相等而是互余的关系,说明错把反射光线和镜面之间的夹角看成反射角了。
(7)实验中要将纸板竖直放置才会可以验证三线共面,如果向后倾斜一定角度,则根据反射定律可知,反射光线会从纸板前面射出。
真题演练
练习1:
(2020·福建)用如图所示装置探究光的反射定律,白色硬纸板EF垂直于平面镜放置,能沿ON折转,ON垂直于平面镜。
1
2
3
4
5
6
入射角i
15°
30°
45°
60°
70°
80°
反射角r
15°
30°
45°
60°
70°
80°
(1)让人射光贴着纸板EF沿AO射向平面镜上的O点,观察反射光的方向。
多次改变入射光的方向,观察并描绘光的径迹,量出入射角i和反射角r,记录如上表。
比较r和i。
可以得出:
光反射时,反射角______人射角;
(2)纸板EF右侧没有沿ON折转时,能观察到反射光,有折转时,观察不到反射光,说明光反射时,反射光线、人射光线和法线在______;
(3)将一束光贴着纸板EF沿BO射到O点,光沿图中的OA方向射出,说明光反射时,光路是______的;
(4)由于光在纸板上发了______(选填“镜面反射”或“漫反射”),所以从不同方向都可以观察到光在纸板上传播的径迹。
【答案】
(1)等于;
(2)同一平面内;(3)可逆;(4)漫反射;
【解析】
(1)由表中反射角和入射角的度数,可得反射角等于入射角。
(2)纸板EF右侧没有沿ON折转时,能观察到反射光,有折转时,观察不到反射光,是因为折转时左右两侧不在同一平面,说明在光的反射现象中,反射光线、入射光线和法线在同一平面内。
(3)将一束光贴着纸板EF沿BO射到O点,光沿图中的OA方向射出,可知将反射光线改为入射光线,光路图照样成立,这表明:
在光的反射现象中,光路是可逆的。
(4)实验时从不同方向都可以观察到光在纸板上传播的径迹,是由于纸板表面凹凸不平,光在这里发生了漫反射的缘故。
练习2:
(2020·龙东)
(1)在“探究光的反射规律”的实验中,小亮进行如图甲所示的实验,让一束光EO贴着纸板射到平面镜上,将纸板沿ON向后折,此时在NOF面上看不到反射光线,如图乙所示。
此实验现象说明 。
在甲图中如果让光线逆着OF的方向射向镜面,会看到反射光线沿着OE方向射出,这表明 。
(2)如图丙所示是小亮同学“探究平面镜成像特点”的实验装置,平面镜成像的原理是 。
在竖立的玻璃板前A处放一支点燃的蜡烛,可以看到玻璃板的后面出现蜡烛的像,拿一支大小和点燃蜡烛相同的蜡烛在玻璃板后面移动,当移动到A′处时,可以看到它跟像完全重合。
由此可以得出的结论是 。
经过三次实验后,在白纸上记录像与物的对应点如图丁所示,用刻度尺分别测出其到玻璃板的距离,并进行比较,进一步分析得出结论 。
用玻璃板代替平面镜的原因是 ,便于研究平面镜的成像特点。
【答案】
(1)光反射时,反射光线、入射光线和法线在同一平面内;光反射时,光路是可逆的;
(2)光的反射;像与物体大小相同;像到镜面的距离等于物体到镜面的距离;玻璃板既能反射光线,又能透过光线。
【解析】
(1)由于反射光线、入射光线和法线都在同一平面内,当纸板沿ON向后折后,两块纸板不在同一平面上,所以在NOF面上就看不到反射光线了,因此这个现象说明了:
反射光线、入射光线和法线都在同一平面内。
如果让光线逆着OF的方向射向镜面,这时的入射角为原来的反射角,根据光的反射定律,反射角等于入射角,这时的反射角为原来的入射角,所以会发现光线原路返回,也就是说,在反射现象中,光路是可逆的。
(2)平面镜成像的原理是光的反射;
完全一样的蜡烛是为了比较物体与像的大小关系。
用完全相同的物体代替,这种实验方法叫等效代替法,小明拿一支大小和点燃蜡烛相同的蜡烛移动到A′处时,它跟像完全重合,这说明蜡烛A′就是蜡烛A在平面镜中所成的像,又因为两支蜡烛大小相同,实验现象说明平面镜所成的像的大小与原物体大小相等;
用刻度尺分别测出其到玻璃板的距离,并进行比较可知,这两个距离是相同的,这表明:
像到镜面的距离等于物体到镜面的距离;
在实验中用玻璃板代替平面镜,主要是利用玻璃的透光性,可以观察到玻璃板的另一侧,便于确定像的位置。
故答案为:
(1)光反射时,反射光线、入射光线和法线在同一平面内;光反射时,光路是可逆的;
(2)光的反射;像与物体大小相同;像到镜面的距离等于物体到镜面的距离;玻璃板既能反射光线,又能透过光线。
练习3:
(2020·天水)“探究光的反射规律”的实验装置如图甲所示,平面镜放在水平桌面上,标有刻度(图中未画出)的白色纸板ABCD能绕垂直于CD的ON轴翻转,在纸板上安装一支可在纸板平面内自由移动的激光笔。
(1)实验前,应将纸板 放置平面镜上;移动激光笔,使入射光束绕入射点O沿逆时针方向转动,可观察到反射光束沿 时针方向转动;
(2)移动激光笔,使入射角为45°,测得反射角也为45°,由此就得出“光反射时,反射角等于入射角”的结论你认为有何不妥之处?
;
(3)如图乙所示,将纸板右半部分绕ON向后翻转任意角度,发现纸板上均无反射光束呈现此现象说明了:
;
(4)在图甲中,若将纸板(连同激光笔)绕CD向后倾斜,此时反射光束 (选填字母符号)。
A.仍在纸板上呈现B.被纸板挡住C.在纸板前方
(5)实验结束后,同组的小明和小刚都想从镜子中看到对方的眼睛,而不想让对方看到自己的眼睛,结果他俩谁都没有能做到,你认为没有能做到的原因是 。
【答案】
(1)垂直;顺;
(2)一次实验得到的结论具有偶然性;(3)反射光线、入射光线和法线在同一平面内;(4)C;(5)反射时,光路是可逆的。
【解析】
(1)白色纸板ACDB应垂直放置于平面镜上,这样反射光线才可以在硬纸板上呈现;
如图甲,移动激光笔,使入射光束绕入射点O沿逆时针方向转动,则入射角增大,反射角也增大,则反射光线会远离法线,即反射光线将会顺时针转动;
(2)因为一次实验具有有很大的偶然性,所以不能只由一组数据就得出结论,应改变入射角的度数进行多次实验。
(3)如图乙所示,将纸板右半部分绕ON向后翻转任意角度,发现纸板上均无反射光束呈现。
此现象说明了反射光线、入射光线和法线在同一平面内;
(4)在图甲中,若将纸板(连同激光笔)绕CD向后倾斜,而法线始终垂直于平面镜,则反射光线、入射光线、法线所在的平面也垂直于平面镜,所以可知反射光束在纸板前方,故应选C。
(5)因为反射时,光路是可逆的,所以小明和小刚都能从镜子中看到对方的眼睛,而不想让对方看到自己的眼睛是做不到的。
故答案为:
(1)垂直;顺;
(2)一次实验得到的结论具有偶然性;(3)反射光线、入射光线和法线在同一平面内;(4)C;(5)反射时,光路是可逆的。
练习4:
(2020·湘潭)用如图1所示的装置探究光的反射规律,实验数据如下表:
次数
1
2
3
4
∠i
30°
40°
50°
60°
∠r
30°
40°
50°
60°
(1)图表中∠r表示 (选填“入射”或“反射”)角。
(2)分析实验数据可知:
反射角 (选填“大于”、“等于”或“小于”)入射角。
(3)纸板ENF是用两块纸板连接起来的。
如图2,把纸板NOF向后折,光沿EO入射在纸板NOF上 (选填“能”或“不能”)看到反射光线。
这说明在光的反射现象中,反射光线、入射光线和法线在同一平面内。
(4)在图1中,当光沿FO的方向射向O点时,光会沿着OE的方向射出,说明在反射现象中光路是 的。
【答案】
(1)反射;
(2)等于;(3)不能;(4)可逆。
【解析】
(1)垂直镜面的是法线,射向镜面的光线为入射光线,入射光线与法线的夹角是入射角,由图1知,OF为反射光线,∠r是反射角;
(2)根据表中的数据可以得出结论:
反射角等于入射角;
(3)把纸板NOF向前折或向后折,光沿EO入射在纸板NOF上,在纸板NOF上不能看到反射光线,由此得出结论:
反射光线、入射光线和法线在同一平面内;
(4)让光沿着FO的方向射向O点,反射光会沿着OE方向射出,这表明,在反射现象中,光路是可逆的。
故答案为:
(1)反射;
(2)等于;(3)不能;(4)可逆。
练习5:
(2020·河北)在“探究光的反射定律”的实验中,平面镜水平放置,白色纸板竖直立在平面镜上,纸板由E、F两部分组成,可绕竖直接缝0N翻转,如图1所示。
实验次数
入射角
反射角
1
30°
30°
2
45°
45°
3
60°
60°
(1)实验中还需要的器材是:
、激光笔、铅笔。
(2)将一束光贴着纸板E沿AO射到O点,纸板F上会显示出反射光束OB:
为探究反射光和入射光是否在同意平面内,下一步的操作是:
。
(3)使光束乙不同角度入射进行试验,测量数据如上表所示,由此可得:
在反射现象中,。
(4)如图2所示,已知入射光线与反射光线的夹角为90°,请在图中画出平面镜的位置丙标出反射角的度数。
【答案】
(1)量角器;
(2)将纸板F沿ON向后折(向前折),看其上是否有反射光线;(3)反射角等于入射角;(4)见下图。
【解析】
(1)因为实验时为了验证光的反射定律,需要测量反射角和入射角的度数,所以必须有量角器;
(2)将纸板F沿ON向后折(向前折),看其上是否有反射光线,转动后,若不能看到反射光线,说明反射光线与入射光线是在同一平面内;
(3)使光束以不同角度入射进行实验,由表格中的数据可知,反射角始终等于入射角;
(4)已知入射光线与反射光线的夹角为90°,由光反射定律知,反射角等于入射角,则反射角等于
×90°=45°,所以先做出反射光线与入射光线的夹角的平分线,然后再过入射点作这个角平分线的垂线即为平面镜的位置,入射角为入射光线与法线的夹角,反射角为反射光线与法线的夹角。
如图
故答案为:
(1)量角器;
(2)将纸板F沿ON向后折(向前折),看其上是否有反射光线;(3)反射角等于入射角;(4)见上图。
练习6:
(2019•苏州)“探究光的反射规律”的实验装置如图甲所示平面镜放在水平桌面上,标有刻度(图中未画出)的白色纸板ABCD,能绕垂直于CD的ON轴翻转,在纸板上安装一支可在纸板平面内自由移动的激光笔。
(1)实验前,应将纸板______放置于平面镜上移动激光笔,使入射光束绕入射点O沿逆时针方向转动,可观察到反射光束沿______时针方向转动;
(2)移动激光笔,使入射角为45°,测得反射角也为45°.由此就得出“光反射时,反射角等于入射角”的结论你认为有何不妥之处?
;
(3)如图乙所示,将纸板右半部分绕ON向后翻转任意角度,发现纸板上均无反射光束呈现。
此现象说明了:
;
(4)在图甲中,若将纸板(连同激光笔)绕CD向后倾斜,此时反射光束______。
A.仍在纸板上呈现B.被纸板挡住C.在纸板前方
【答案】
(1)垂直;顺;
(2)一次实验得到的结论具有偶然性;(3)反射光线、入射光线和法线在同一平面内;(4)C。
【解析】
(1)白色纸板ABCD应垂直放置于平面镜上,这样反射光线才可以在硬纸板上呈现;
如图甲,移动激光笔,使入射光束绕入射点O沿逆时针方向转动,则入射角增大,反射角也增大,则反射光线会远离法线,即反射光线将会顺时针转动;
(2)因为一次实验具有有很大的偶然性,所以不能只由一组数据就得出结论,应改变入射角的度数进行多次实验。
(3)如图乙所示,将纸板右半部分绕ON向后翻转任意角度,发现纸板上均无反射光束呈现。
此现象说明了反射光线、入射光线和法线在同一平面内;
(4)在图甲中,若将纸板(连同激光笔)绕CD向后倾斜,而法线始终垂直于平面镜,则反射光线、入射光线、法线所在的平面也垂直于平面镜,所以可知反射光束在纸板前方,故应选C。
练习7:
(2019•怀化)如图是探究光的反射规律的实验装置图,其中ABCD是白色硬纸板制成的光屏,并能沿ON折转,ON垂直于CD。
(1)实验时,将光屏放置在平面镜上,让一束光紧贴光屏射向平面镜上的O点,可在光屏上看到反射光线.如图甲所示;将光屏右半部分向后折转一定角度,光屏上看不到反射光.如图乙所示,说明反射光线、人射光线与法线在。
(2)从甲图可以看出反射光线与入射光射分居在两侧。
(3)从表格记录的数据分析时得:
(答出一个结论即可)。
【答案】
(1)竖直(垂直);同一平面内;
(2)法线;(3)反射角等于入射角;
【解析】
(1)为了便于观察,实验中需要将光屏垂直放置在平面镜上;将光屏右半部分折转一定角度后,看不到反射光线,说明反射光线、入射光线与法线在同一平面内。
(2)由图可知,反射光线与入射光射分居在法线两侧。
(3)从表格记录的数据分析可知,反射角等于入射角。
练习8:
(2019•常德)在探究光的反射定律时,小波将一块平面镜放在水平桌面上,再把一块纸板(分E、F两个面)垂直放置在平面镜上,如图甲所示。
(1)图甲中,E、F在同一平面上,让光线沿纸板E上的AO射向镜面,则在纸板F上得到沿OB的反射光线,测得AO、OB与法线的夹角均为40°,于是小波得出结论:
反射角等于入射角。
你认为小波得出结论的过程(选填“合理”或“不合理”),原因是。
(2)在实验过程中,若将纸板倾斜(即纸板与平面镜不垂直),如图乙所示,让光线仍贴着纸板沿AO方向射向镜面,此时反射光线与入线(选填“在”或“不在”)同一平面内,纸板上(选填“能”或“不能”)看到反射光线。
【答案】
(1)不合理;实验次数太少,结论不具有普遍性。
(2)在;不能。
【解析】
(1)据题意可知,此实验只进行了一次实验就得出结论,由于实验次数少,结论具有偶然性,不具有普遍性,所以不合理;
(2)纸板与镜面垂直时,法线在纸板上,法线与镜面垂直,入射光线、法线、反射光线在同一平面内,如果纸板与平面镜不垂直,则法线不在纸板上,入射光线沿纸板照射后,反射光线也不在纸板上,则我们在纸板上看不到反射光线;此时虽然看不到反射光线,但反射光线和入射光线、法线仍然在同一平面内。
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