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第2章 对环境的察觉
第5节 光的反射和折射
学习目标
1.了解光的反射现象，能说出法线、入射角、反射角的含义，了解光的反射定律。
2.能根据光的反射定律绘制有关光路图。
3.知道平面镜成像的特点，初步认识虚像的含义。能应用平面镜成像规律，作出虚像，找出物和像的对应关系。
4.了解光的折射现象，了解光从空气斜射入水中或其他介质中时的偏折规律。
5.初步认识在光的反射和折射中光路的可逆性。
知识点1 光的反射 重难点
1.光的反射：光射到物体表面上时，有一部分光会被物体表面
反射回来，这种现象叫做光的反射。
2.与光的反射有关的基本概念：一点、三线、两角
一点 入射点 光的入射点，用字母 表示
三线 入射光线 入射到反射面上的光线，如图中的
反射光线 入射光线射到反射面上后，被反射面反射后的光线，如图中的
法线 经过入射点 并垂直于反射面的直线，它是一条辅助线，常用虚线表示，如图中的
两角 入射角 入射光线与法线的夹角，如图中的
反射角 反射光线与法线的夹角，如图中的
特别提醒
（1）入射光线与反射光线有方向，用字母表示时，应沿光传播的方向叙述字母。如入射光线 ，反射光线 。
（2）入（反）射角是入（反）射光线与法线的夹角，不要误认为是光线与反射面的夹角。
3.教材第68页活动：探究光的反射定律
提出问题 生活中我们发现，当光从某一方向射向平面镜时，可以通过转动平面镜来改变反射光的方向。那么，入射光线与反射光线有什么关系呢
实验器材 一块平面镜、红色激光手电筒、刻度尺、不同颜色的笔、量角器、一张可绕中间折转的白色硬纸板
进行实验与 收集证据
进行实验与收集证据 （2）先使纸板 和 处在同一平面内，让一束光贴着纸
板沿某一角度射到 点，经过平面镜的反射，沿着另一
个方向射出，观察反射光线的方向，在硬纸板上用红笔
描出入射光和反射光的径迹；
（4）如图乙所示，将纸板F绕 前后转动，观察在
纸板上还能不能看到反射光线；
续表
甲
乙
进行实验与 收集证据 （5）取下纸板，用量角器量出入射角、反射角，并将测量结果记录在表中
续表
分析与 论证 （1）当纸板 和 在同一平面时，能观察到反射光线，且入射光线和反射光线分居法线两侧，反射光线的方向随着入射光线方向的改变而改变；
（2）通过分析表中的数据可知，反射角等于入射角，反射角随入射角的减小而减小，反之亦然；
（3）把纸板 绕 前后转动，纸板 上将看不到反射光线，说明反射光线、入射光线与法线在同一个平面内
探究 结论 （1）三线共面：在反射现象中，入射光线、反射光线、法线在同一平面内。
（2）法线居中：反射光线和入射光线分居法线的两侧。
（3）两角相等：反射角等于入射角
不能说成“入射角等于反射角”，因为先有入射角后有反射角，即反射角的大小随着入射角大小的变化而变化
4.光路的可逆性
在反射现象中，光路具有可逆性。若使入射光线逆着原反射光线的方向射到平面镜上，其反射光线恰能逆着原入射光线方向射出。例如，当我们从平面镜里看见别人眼睛时，别人也可以从平面镜里看见我们的眼睛。
典例1 [绍兴模拟] 如图所示，是探究“光的反射定律”实验的装置。下列说法正确的是( )
A
A.观察每次入射光线与反射光线的位置，可说明它们分居法线两侧
B.入射角为 时，看不到反射光线，说明此时不存在反射现象
C.多次改变入射角的大小进行实验是为了求平均值，减小实验误差
D.纸板B向后翻折后，反射光线消失，是因为此时没有反射光线
[解析]
选项 分析 结论
A 观察每次入射光线与反射光线的位置，可说明它们分居法线两侧 √
B 入射角为 时，反射角也为 ，反射光线沿原路返回，此时反射光线、入射光线、法线三线合一，仍然存在反射现象 ×
C 多次改变入射角的大小进行实验是为了寻找普遍规律，得到反射角等于入射角的结论 ×
D 纸板B向后翻折后，反射光线、法线、入射光线仍在同一平面内，而纸板 不在该平面，无法显示光路，所以在纸板B上看不到反射光线，但此时反射光线仍存在 ×
5.镜面反射和漫反射
一束平行光射到光滑的反射面（如平滑的镜子）上时，反射光仍是平行的，这种反射叫做镜面反射，如右图甲所示。
一束平行光射到粗糙的反射面（如一张白纸等物体）上时，反射光会射向各个不同的方向，这种反射叫做漫反射，如右图乙所示。
辨析比较
镜面反射与漫反射的异同
分类 镜面反射 漫反射
不同点 反射面 表面光滑 表面凹凸不平
平行光入射时 反射光平行，且只能在一个方向上看到反射光 反射光射向四面八方，在任何方向上都可以看到反射光
生活实例 水面反光、玻璃反光等 看电影、从不同方向都能看到黑板上的字等
相同点 都遵循光的反射定律 典例2 在雨过天晴、明月当空的夜晚，为了不踩到地上的积水，下列判断中正确的是( )
A.迎着月光走，地上暗处是水；背着月光走，地上亮处是水
B.迎着月光走，地上亮处是水；背着月光走，地上暗处是水
C.迎着月光走或背着月光走，都是地上亮处是水
D.迎着月光走或背着月光走，都是地上暗处是水
B
[解析] 当人迎着月光走时，水面发生的是镜面反射，能够使更多的光进入人的眼睛，所以水面看起来较亮，而地面发生的是漫反射，光射向各个方向，进入人的眼睛的光较少，所以地面看起来较暗；当人背着月光走时，水面发生的是镜面反射，反射光射向对面，几乎没有光进入人的眼睛，所以水面看起来较暗，而地面发生的是漫反射，总有一部分光进入人的眼睛，所以地面看起来较亮。
例题点拨
不理解物体亮暗的决定因素而致错
人感知到的物体的亮度是由从物体射入人眼的光的多少决定的。射入人眼的光越多，人感觉物体越亮；射入人眼的光越少，人感觉物体越暗。
知识点2 平面镜 重点
1.教材第70页探究：平面镜成像规律
提出问题 对着平面镜照自己的时候，我们在平面镜里所成的像的大小、位置跟我们自己的大小、所处的位置有什么关系？
实验器材 玻璃板、刻度尺、两支相同的蜡烛、火柴、白纸、笔、支架等
进行实验及收集数据
（3）在纸上记录下两支蜡烛的位置，并注意
观察蜡烛的大小和它的像的大小是否相同。
续表
进行实验及收集数据
（5）用直线把每次实验中蜡烛和它的像的位置连起来，用刻度尺分别测量蜡烛和像到玻璃板的距离，将测得的数据记录在表格中
续表
分析与论证 （1）未点燃的蜡烛可以与点燃的蜡烛的像完全重合，说明蜡烛的像的大小和蜡烛的大小相等。
（2）由实验数据可知，蜡烛的像到平面镜的距离等于蜡烛到平面镜的距离
探究结论 平面镜所成像的大小与物体的大小相等；像与物体到平面镜的距离相等
续表
注意 （1）实验应选用较薄的玻璃板。因为玻璃板的前、后两表面可以各成一个像，当玻璃板较厚时，两个像有较大错位，难以确定像的位置。
（2）实验中，玻璃板要竖直立在水平桌面上。若玻璃板没有竖直放置，则未点燃的蜡烛和点燃的蜡烛的像将不能完全重合。
拓展
等效替代法
等效替代法是在保证某种效果相同的前提下，将实际的、复杂的问题和过程转化为等效的、简单的、易于研究的问题和过程的处理方法。本实验中等效替代法的应用:
为了便于观察像，用玻璃板代替平面镜；
为了比较像与物的大小关系，用一支外形相同但未点燃的蜡烛代替物；
为了确定像的位置，用一支外形相同但未点燃的蜡烛代替像。
2.平面镜成像的原理
成像原理 光的反射
解读
特点 概述
等大 像和物体的大小相等
等距 像和物体到镜面的距离相等
垂直 像和物体的连线与镜面垂直
正立虚像 在镜中所成的像是正立的虚像，只能用眼睛观察到，不能用光屏去承接
左右反向 像和物体左右是相反的
教材深挖
光学作图：确定像点
原理 光的反射定律 平面镜成像特点
步骤 ①从光点 引出两条光线，射到平面镜上；②作两条入射光线的法线；③根据反射角等于入射角，作反射光线，将反射光线反向延长，反向延长线的交点即为光点 的像点 ①过光点 作平面镜的垂线（像与物的连线跟镜面垂直）；②截取点 ，让点 到镜面的距离等于光点 到镜面的距离（像与物到镜面的距离相等）；③标出像点 （像与物大小相等）
示意图
拓展培优
凸面镜和凹面镜
分类 凸面镜 凹面镜
光路
作用 对光有发散作用 对光有会聚作用
实例 街头拐弯处的反光镜、汽车的观后镜等 太阳灶、手电筒反射镜、医生观察耳道所用的镜子等
共同点 都遵循光的反射定律且符合光路的可逆性 典例3 在研究“平面镜成像特点”实验中，某兴趣小组用薄玻璃板、两支完全相同的蜡烛、刻度尺、白纸等进行实验。如图所示。
（1）实验时，将点燃的蜡烛 放在玻璃板前，移去后面未点燃的蜡烛 ，并在其所在位置上放一光屏，则光屏上______（选填“能”或“不能”）观察到蜡烛的像，说明平面镜成的是____（选填“实”或“虚”）像。
不能
虚
（2）在寻找蜡烛 的像的位置时，眼睛应在蜡烛___（选填“ ”或“ ”）这一侧观察。
A
[解析] 平面镜成像的原理是光的反射，是蜡烛 发出的光经平面镜反射后进入人眼，人逆着反射光线看到蜡烛 的虚像，故只能从蜡烛 这一侧观察；
（3）将玻璃板向蜡烛A移近 ，则蜡烛B应从原来位置向玻璃板移动___ 才能与蜡烛A的像再次完全重合。

[解析] 当玻璃板向 移近 时，由于物距减小 ，此时新的像距相对于原来的像距也减小 ，现在像的位置相对于原来像的位置应移动 ；
（4）小组中有一位同学将玻璃板和蜡烛放在方格纸上进行该实验，发现实验效果更好。请你对这位同学的做法做出评价：_______________________________________________。（答出其中一个优点即可）
可以直接在方格纸上判断物体和像之间的位置关系
知识点3 光的折射 重难点
1.光的折射现象
光从一种介质斜射到另一种介质时，传播方向会发生偏折，这种现象叫做光的折射。
你知道吗
如下图，一般当光从一种介质（空气）斜射向另一种介质（水）时，除折射外，还有一部分光发生反射。
2.与光的折射有关的基本概念：一点、三线、两角
一点 入射点
三线 法线 经过入射点 并垂直于介质分界面的直线。 入射光线 ， 折射光线 两角 入射角 入射光线与法线的夹角 折射角 折射光线与法线的夹角 3.探究光的折射规律
提出问题 让一束光从空气射入水中，传播方向是否发生变化，怎样变化 实验器材 激光笔、水槽、可折转的光屏等 实验过程 实验 操作 让一束光从空气斜射入水中，观察折射光线、入射光线和法线之间的位置关系，比较折射角和入射角的大小关系，将有折射光线的半个光屏向后折转一个角度，观察光屏上是否还有折射光线 改变入射角的大小，观察折射角的变化情况 让一束光垂直于空气与水的分界面射入水中，观察折射情况 让一束光逆着原折射光线的方向从水中斜射入空气中，观察折射情况
实验过程 图示
现象 折射光线和入射光线分居法线的两侧；折射光线、法线与入射光线在同一平面内；折射光线向法线方向偏折，折射角小于入射角 折射角随入射角的增大而增大，随入射角的减小而减小 光的传播方向没有发生改变 射入空气中的折射光线逆着原入射光线的方向射出，即光路是可逆的
续表
实验结论 光的折射规律:
（1）三线共面：光在发生折射时，折射光线、入射光线和法线在同一平面内。
（2）法线居中：折射光线和入射光线分别位于法线的两侧。
（3）空中角大：光从空气斜射入水或其他介质中时，折射光线向法线方向偏折，折射角小于入射角。当入射角增大时，折射角也增大。
（4）垂直不变：光从空气垂直射入水或其他介质中时，传播方向不变。
（5）光路可逆：在光的折射现象中，光路是可逆的
续表
拓展
如果让激光笔发出的入射光射向玻璃砖，仍能得出这些结论。注意入射光线斜射向玻璃砖的过程中，在玻璃砖的上表面和下表面均发生折射。
4.生活中光的折射现象
海市 蜃楼 夏天，海面附近空气温度较低，密度较大，来自地平线以下远处物体的光，传播时由于不同高度空气的疏密不同而向地面多次弯曲后进入我们的眼中，形成“蜃景”现象
“错位”的奥秘 来自筷子 点的光，由水中射向杯外时发生折射，折射光的反向延长线会交于 点，这样看起来就好像筷子错位了一样
叉鱼的诀窍
“变高”的奥秘 光从空气进入水中时发生折射，水中的人看到的是岸上树的虚像，它比树的真实位置高
续表
辨析比较
光的反射与光的折射
光的反射 光的折射
不同点 发生条件 反射可以在任何物体的表面发生 在不同介质的分界面或同种不均匀介质中发生
角度大小关系 反射角始终等于入射角 折射角与入射角一般不相等
不同点 光垂直入射时的方向 反射光线与入射光线方向相反 折射光线与入射光线方向相同
相同点 三线共面，法线居中，光路可逆，反射角和折射角都随入射角的增大（减小）而增大（减小），所成的像都是虚像 典例4 [湖州中考] 如图是游客在公园观赏金鱼的场景。游客能看到水中的金鱼是因为眼睛接收到了金鱼反射出来的光。金鱼反射出来的光进入人眼的路径是( )
A
A.&1& B.&2&
C.&3& D.&4&
[解析] 鱼身上反射的光由水中斜射入空气时，在水面上发生折射，折射角大于入射角，折射光线向远离法线的方向偏折，折射光线进入人眼，人眼逆着折射光线的方向看去，就会看到鱼的像， A正确。
题型1 光的反射定律的应用
典例5 [丽水期末] 一束平行光射到平面镜上，如果入射光的方向保持不变，转动平面镜，使入射角增大 ，则反射光线跟入射光线恰成直角，平面镜转动前的入射角是( )
A. B. C. D.
B
[解析] 由于反射角等于入射角，当反射光线跟入射光线恰成直角时，入射角和反射角都是 ，现在的入射角比原来大了 ，故原来的入射角是 。
方法点拨
在光的反射中，反射角始终等于入射角。
题型2 利用光的反射定律确定平面镜的位置
典例6 如图所示，太阳光跟水平方向成 角，要使反射光照亮竖直井内的水面，应把平面镜放在跟水平方向成____角的位置。（在图中画出平面镜的位置，保留作图痕迹）

[解析] 如图所示，入射光线与水平面成 角，反射光线
竖直向下射入井底，则入射光线与反射光线的夹角为
，所以入射角为 。
又因为法线与平面镜垂直，所以入射光线与平面镜的夹角
为 ，则平面镜与水平方向的夹角为 。
思路点拨
题型3 平面镜成像
角度1 根据成像特点判断像
典例7 [桐乡期中] 如图所示，是小明同学自制的潜望镜，利用它能在隐蔽处观察到外面的情况。当它正对甲处的“ ”光源时，人眼在乙处观察到的像是( )
A
A.&5& B.&6& C.&7& D.&8&
[解析] 潜望镜中使用的是两块平面镜。第一个平面镜成正立等大、左右颠倒的像，第二个平面镜成正立等大、左右再次颠倒的像，第二次形成的像跟原物完全一样。
图解
该成像情况利用物像对称作图可得到相同的结果，如图所示。
角度2 平面镜在生活中的应用
典例8 检查视力的时候，视力表放在被测者的后上方，被测者识别对面墙上镜子里的像，如图所示。视力表在镜中成的是____像，像与被测者相距___ 。若视力表全长为 ，则视力表在镜中的像的长度为____ 。
虚
5
0.8
[解析] 视力表到平面镜的距离是 ，视力表的像到平面镜的距离也是 ，被测者到平面镜的距离是 ，则镜中视力表的像到被测者的距离为 。视力表长为 ，根据平面镜成像特点，像与物大小相等，可知视力表的像的长度也为 。
思路点拨
平面镜成像时，像与物到平面镜的距离相等,像与物大小相等。
图解
题型4 反射光路图的作法
典例9 如图所示，已知点光源 发出的两束入射光经平面镜 反射后的反射光分别经过 、 两点，请在图中标出点光源 的位置，并完成反射光路图。
解法一：先将两条反射光线反向延长交于一点 ， 即像点，再通过平面镜作出 的对称点 ， 即点光源位置，连接 与两个入射点，画出入射光线。
解法二：（光的反射定律作图）分别过反射点垂直镜面作出法线，根据反射角等于入射角画出两条入射光线，两条入射光线的交点 即为点光源位置。
方法点拨
利用像点特性快速作图
利用反射光线的反向延长线过像点这一特性快速确定像点，再根据像和物关于镜面对称确定物体的位置。
易错警示
混淆光线虚、实而致错
注意平面镜成像是虚像，作图时只有入射光线与反射光线用实线画，辅助线和法线均用虚线来画。
题型5 光的反射与折射的综合
角度1 判断入射光线、反射光线和折射光线
典例10 如图所示是一束光在空气和玻璃两种介质的界面上发生了反射现象和折射现象，则____是法线，折射角为____度，界面的____（选填“上”“下”“左”或“右”）侧是空气。

60
左
[解析] 由题图可知， ，所以 ，而 ，根据反射角等于入射角可知 为法线， 为界面，折射光线（反射光线）和入射光线分别位于法线两侧，即折射光线和反射光线位于法线的同一侧，则 为入射光线， 为折射光线， 为反射光线。入射角 ，折射角 。因为当光从其他介质斜射入空气中时，折射角大于入射角，所以这束光是由玻璃砖进入空气的，即界面的左侧是空气。
方法点拨
解答折射、反射综合题的要点
法线与界面垂直。
反射角等于入射角,法线是入、反夹角的角平分线。
发生折射现象时，在空气中的角较大。
角度2 诗词中的光现象
典例11 我国的古诗词文化有几千年的灿烂历史，很多名句中蕴含丰富的科学知识。“绿树阴浓夏日长，楼台倒影入池塘”句中“阴浓”是指树阴浓密，这是光的_________形成的，“大漠孤烟直，长河落日圆”，诗人看到的“落日”是光的______形成的，“举杯邀明月，对影成三人”，句中通过酒看到的月亮是光的______形成的。（均选填“直线传播”“反射”或“折射”）。
直线传播
折射
反射
[解析] “阴浓”说的是树木的影子，由于光的直线传播，光射到不透明物体上，在不透明物体后面形成影子；“落日”是由于太阳发出的光在不均匀的空气中传播时发生折射而形成的虚像；通过酒看到月亮，是平面镜成像现象，是由于光的反射形成的。
归纳总结
光学知识 生活现象
光的直线传播 影子、日食、月食
光的反射 水中月、镜中花
光的折射 海市蜃楼、池水变“浅”
角度3 利用光的反射定律和折射规律作图
典例12 平静水面上方的小鸟和水中的小鱼某时刻的实际位置如图所示，水面上侧方 点的人眼恰好看到它们在水中的像重合，以小鸟眼睛 点代表小鸟，以小鱼眼睛 点代表小鱼，请画出图中小鸟在水中像的位置以及人眼看到小鸟和小鱼的光路图。（保留作图痕迹）
[答案] 如图所示。
[解析] 小鸟和小鱼在水中的像重合，故先根据平面镜成像规律画出小鸟的像，此处也是小鱼的像的位置。连接像和人眼可得到入射点的位置及反射（折射）光线，再连接小鸟（小鱼）和入射点可得到两个入射光线。
思路点拨
第1步：确定像点。平面镜所成的像与物体关于镜面对称，作出 关于水面的对称点 ，点 即为小鸟像的位置，也是小鱼像的位置。
第2步：确定入射点。小鸟反射的光经水面反射进入人眼，人眼顺着反射光线的反向延长线看到水中小鸟的像，故人眼和像点的连线与界面的交点即为入射点。连接 ，与水面交于点 ，点 即为入射点。
第3步：画反射光路图。连接 为入射光线， 为反射光线。
第4步：画折射光路图。水中鱼反射的光由水中斜射入空气中进入人眼，则连接 为入射光线， 为折射光线。

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