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实验3 探究光的反射定律
基础考点梳理
1. 实验装置图
2.实验器材：平面镜、激光笔、可折转的硬纸板、笔、量角器等．
（1）可折转的硬纸板的作用：①显示光路；②探究反射光线、入射光线和法线是否在同一平面内
（2）量角器的作用： 测量反射角和入射角的大小
（3）平面镜的作用： 使入射光线在其表面发生镜面反射
3.实验环境：在 较暗 环境中进行实验的目的： 减小其他光线对实验的影响，使实验现象更明显
4. 实验过程
（1）让光贴着硬纸板入射的目的： 在硬纸板上显示光路
（2）纸板与平面镜应该 垂直 放置的原因：若不垂直，则反射光线 不能 （选填“能”或“不能”）在纸板上呈现
（3）记录光线的方法： 用笔在纸板上沿着光路将其描画下来
（4）多次改变入射角的大小进行实验的目的： 可以探究反射角与入射角的大小关系，使实验结论更具普遍性
（5）“三线共面”的判断方法 将图中纸板右侧沿ON向后折，观察到右侧纸板上看不到反射光线，说明反射光线、入射光线和法线在
（6）光路可逆的验证：将激光沿着FO方向射入，观察到反射光线沿着OE方向射出，说明 光路具有可逆性
5.实验结论
反射光线、入射光线和法线在 同一平面内 ；反射光线、入射光线分别位于法线两侧；反射角等于入射角.
6.实验评价
（1）使光路明显的方法： ①向纸板上喷烟或雾；②选用表面粗糙的纸板
（2）记录反射角和入射角互余的原因： 将入射光线（或反射光线）与平面镜的夹角当成入射角（或反射角）
（3）实验时从不同方向都能观察到光线的原因： 光在粗糙纸板上发生了漫反射
典型例题赏析
实验结论：（1）反射现象中，反射光线、入射光线和法线在同一平面内；（2）反射光线、入射光线分别位于法线两侧；（3）反射角等于入射角．
1.在探究光的反射规律的实验中，小明设计了如图所示的装置，平面镜放在水平桌面上，纸板E、F分别可绕ON转动，入射光AO始终紧贴纸板E射向平面镜的O点．
（1）除图甲器材外，实验中还需要用到的测量仪器是 量角器 ，为了使光线更明显，应在较 暗 （选填“亮”或“暗”）的环境下进行实验，为了能在光屏上清晰地显示出光的传播路径，光屏表面应 粗糙 （选填：“光滑”或“粗糙”）些.
（2）实验中需要使轴ON始终与平面镜 垂直 ，入射光AO紧贴纸板是为了在纸板E上 呈现光路 ．
（3）入射光AO紧贴纸板E射向平面镜的O点，在纸板F上可以看到反射光OB，小明想把光的径迹保留在纸板上，可以进行的操作是 在入射光线AO上取点A，在反射光线OB上取点B，去掉光源，直线连接AO和OB即可 .
（4）（人教八上素材改编） 实验中需要多次改变入射光的入射角度，最后纸板上留下多条光路，为了避免出错，应进行的操作是 将每一组对应的光路进行标记编号 .
（5）改变入射光AO的入射角度，多次实验后，记录的数据如下：
实验次数 1 2 3 4
入射角 20° 30° 45° 60°
反射角 20° 30° 45° 60°
①由表中数据可知，在光的反射过程中，反射角 等于 入射角，反射角随入射角的增大而 增大 ．
②观察实验中多组光的径迹可知，在反射现象中，反射光线与入射光线分居 法线 两侧．
（6）在上问的实验中，光屏上总能同时呈现出反射光线和入射光线，于是得出结论：光反射时，反射光线、入射光线和法线在同一平面内。这样得出的结论是否可信？ 否 （选填：“是”或“否”），理由是：　没有将纸板向后折叠进行对比实验 　。
（7）把图甲纸板F绕ON向后折，此时在纸板F上看不到反射光如图乙，再多次改变入射光AO与ON的夹角，在纸板F上均看不到反射光，此实验现象说明：光在发生反射时，反射光线、入射光线和法线 在同一平面内 ；
（8）（人教八上素材改编）在图甲中，将光沿着BO方向贴着纸板F射向镜面的O点，则反射光线将沿图中的OA方向射出，说明在反射现象中，光路是__可逆___的．
（9）（纸板倾斜）（2022泰州改编）将纸板EF以底边为轴向后旋转45°后如图丙，纸板E上的入射光线___不能__（选填“能”或“不能”）在平面镜中成像，此时反射光线将_C___．（填字母）
A. 仍在纸板F上呈现 B. 被纸板挡住 C. 在纸板前方
（10）（数据分析）（2018福建改编）另一组小华用图甲装置进行实验，使入射角分别为70°、45°、30°，得到的数据如下表，实验中角度的测量准确，但与小明的实验结论不符，其原因可能是 将反射(入射)光线与镜面的夹角当成了反射(入射)角
实验次数 1 2 3
入射角 70° 45° 30°
反射角 20° 45° 60°
（11）（装置改进）（苏科八下图改编）实验结束后小明所在的小组进行讨论时发现，将白色纸板EF换成图丁所示带有角度的纸板更好，这样做的优点是 能够直接读出反射角和入射角的大小 ．
2．如图甲所示为“探究光的反射规律”的实验装置，M是平面镜，纸板EF是由两块纸板连接而成，纸板F可绕ON向前折或向后折。
（1）实验时，将纸板垂直放置在平面镜上，一束激光贴着纸板E沿AO射到镜面O点，纸板F上会显示出反射光束OB，接着将纸板F绕ON向后折，则纸板F上 　不能　（选填“能”或“不能”）显示出反射光束，由此说明反射光线、入射光线与ON在 　同一平面　内。
（2）改变光线AO与ON的夹角来探究反射角与入射角的大小关系，入射光线与镜面夹角如图甲所示，则反射光线与入射光线夹角是 　100　度。
（3）若让另一束光沿BO方向射向平面镜，反射光将沿OA方向射出，该现象说明 　光路是可逆的　。
（4）如图乙所示为液面微变监视器，光束发射器始终沿图中方向向被监视的液面发射，若反射到光电转换接收器上的光点从S1移向S2，则表明液面 　上升　（选填“上升”、“下降”或“不变”）。
【解答】解：（1）实验中将纸板F向后折转，纸板F上不能看到反射光线，说明反射光线、入射光线和法线在同一平面内；
（2）入射光线AO的法线是ON；纸板ENF与平面镜垂直放置，图中的入射角是：∠i＝90°﹣40°＝50°；由于反射角等于入射角，所以反射角为：∠r＝50°，反射光线与入射光线夹角是50°+50°＝100°；
（3）让一束光沿BO方向射向平面镜，即让光线逆着原来的反射光线射向镜面，反射光将沿OA方向射出，即反射光线逆着原入射光线方向射出，该实验现象说明，在反射现象中，光路是可逆的；
（4）由于入射光线是固定的，且光在水面上发生的是镜面反射，当水面发生变化时，故反射光线的方向与原来的反射光线是平行的，根据题干图示可知，反射到光电转换器接收平面上的光点从S1点移向S2点，这说明反射点向左偏移且反射点上升，由此可知，被监视的液面是上升的。
故答案为：（1）不能；同一平面；（2）100；（3）光路是可逆的；（4）上升。
3．夏日，海面将太阳光反射，波光粼粼，如星星洒落海面。光发生反射时有什么规律？小明回家后进行了“探究光的反射规律”的实验，如图1所示将平面镜置于水平桌面上。
（1）小明让一束光紧贴纸板射向O点，如图2甲所示，在纸板上描出入射光线和反射光线，并测出反射角和入射角的大小，改变入射角的度数，多做几次实验。
实验次数 1 2 3 4
入射角/° 10 30 40 75
反射角/° 10 60 40 75
（2）小明通过将实验结果计入表格中，其中第 　2　次数据记录错误，请在表格中将错误数据用“〇”圈出，并在旁边写出正确的结果。根据表格数据，画出两角的关系图象可用图2丙中图线 　a　表示。
（3）如图2乙所示，把纸板B沿ON向后折任意一个角度，都不能在纸板B上看到反射光线。此实验步骤是为了探究 　反射光线、入射光线、法线在同一平面内　。
（4）汉代，刘安就在《淮南万毕术》中谈到：“取大镜高悬，置水盆于其下，则见四邻矣”（如图3所示），可见古人已经能够熟练应用光的反射原理观察周围事物情况。这一装置与现代 　潜望镜　十分相似。
【解答】解：（1）根据光的反射定律，反射角等于入射角，反射角是反射线与法线的夹角，入射角是入射线与法线的夹角，其中有一组数据测错了，则这组数据是第2次实验的，原因可能是将反射光线与平面镜的夹角当成了反射角；
反射角随着入射角的增大而增大，但反射角等于入射角，而图b中，反射角随着入射角的增大而减小，a图象中的反射角等于入射角，因此图a反映了反射角与入射角的关系；
（2）将纸板右半部分绕ON向后翻转任意角度，纸板上均无反射光束呈现，说明反射光线、入射光线、法线在同一平面内；
（3）水盆的水面相当于一个平面镜。“取大镜高悬，置水盆与其下，则见四邻”，这是利用平面镜成像特点，来观察周围事物的情况，平面镜成像属于光的反射原理，成的是正立、等大的虚像，其装置类似与现代的潜望镜装置。
故答案为：（1）2；见解答；a；（2）反射光线、入射光线、法线在同一平面内；（3）潜望镜。
4．（1）如图甲所示是某同学探究“光反射时的规律”的实验装置。
①将一块平面镜放在水平桌面上，再把一张纸板ENF 　竖直　地立在平面镜上，纸板可沿虚线ON折叠。
②为了让不同方向的同学都可以观察到光在纸板上传播的径迹，应选择 　粗糙　（“光滑”或“粗糙”）的纸板。
③让入射光贴着纸板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，记录在表中。比较反射角r和入射角i的大小，是为了探究在光的反射现象中 　反射角等于入射角　。
④实验中还能从平面镜中看到入射光线AO所成的像CO（图中未画出），当入射角i等于43o时，∠AOC＝　94°　o
（2）图乙所示是塔式太阳能电站，它把许多平面镜按照一定的规律排列起来，就可以把太阳光反射后会聚到同一个位置，从而利用太阳能来发电。图丙中，一束太阳光经平面镜上的O点反射后到达B点，请画出该入射光（保留作图痕迹）。
【解答】解：（1）①法线在纸板上，当把纸板ENF竖直地立在平面镜上，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，则镜面的法线不在纸板上，入射光沿纸板照射后，反射光线不在纸板上，则我们在纸板上看不到反射光线；
②为了看清楚纸板上的光路，纸板材质应是较粗糙，光线射在上面发生了漫反射，反射光线射向各个方向，无论从哪个角度看，都能看得清楚，在不同方向都能看到光的传播路径，是由于光在纸板上发生了漫反射的缘故；
③改变光的入射角度，可以得到的结论是：在光的反射中，反射角等于入射角；
④实验中还能从甲平面镜中看到入射光线AO所成的像CO（图中未画出），当入射角i等于43o时，入射光线与镜面的夹角为，90°﹣43°＝47°，入射光线AO所成的像CO与镜面的夹角也是47°，∠AOC＝47°+47°＝94°；
（2）过镜面作出点B的对称点B′，即为点光源B在平面镜中的像，连接B′O点，并延长，得到入射光线，如下图所示：
故答案为：（1）①竖直；②粗糙；③反射角等于入射角；④940；（2）见解答。
5．为了探究光的反射规律，小明用如图所示的装置进行实验。
（1）为了看清楚纸板上的光路，硬纸板材质应选择表面选填 　粗糙的　（“粗糙的”或“光滑的”）；实验中应处在 　较暗　（填“较亮”、“较暗”）环境中。
（2）为了探究反射角与入射角之间的关系，实验时应进行的操作是 　A　（选填选项前的字母）；
A.改变光线AO与法线OM的夹角
B.沿ON前后折转纸板
（3）在图中，如果入射光线沿BO的路径射向平面镜，则反射光线 　会　（填“会”或“不会”）与OA重合，说明了 　光路是可逆的　。
（4）以法线ON为轴线，将白色硬纸板的F面绕法线ON向后旋转，此时反射光线的位置 　不发生　（选填“发生”或“不发生”）变化。在F面上 　否　（填“能”、“否”）观察到反射光线，说明了反射光线、入射光线、法线 　在　（填“在”、“不在”）同一平面内。
（5）保持两侧纸板在同一平面内，将它们倾斜（如图乙所示），让光线仍沿AO方向射向镜面，此时在纸板上 　不能　（选填“能”或“不能”）看到反射光线。
（6）多次测量的目的是 　寻找普遍规律　。
【解答】解：（1）为了看清楚纸板上的光路，纸板材质应是较粗糙，光线射在上面发生了漫反射，反射光线射向各个方向，无论从哪个角度看，都能看得清楚；
光线与环境的亮度差别越大，光线传播的路径越明显，在“探究光的反射规律“实验中，为了使光线更加明显，实验应在较暗的环境下进行；
（2）改变光线AO与法线ON的夹角，属于改变入射角，这样进行多次实验，可探究反射角与入射角之间的关系，A符合题意，故选A；
（3）当光线沿BO方向射入时，反射光线会沿原来OA射出，即反射光线与OA重合，说明光路是可逆的；
（4）以法线ON为轴线，将白色硬纸板的B面绕法线ON向后旋转，此时反射光线的位置不发生变化，因为反射光线是由入射光线决定的；
当两块硬纸板在一个平面内时，看以看到入射光线和反射光线，将硬纸板F向后折转一个角度后，看不到反射光线，由此说明入射光线、反射光线和法线在同一个平面内。
（5）由于反射光线、入射光线和法线都在同一平面内，当将纸板倾斜，让光线仍贴着纸板沿AO方向射向镜面，纸板上就看不到反射光线，说明了：反射光线、入射光线和法线都在同一平面内；
（6）在“探究反射角与入射角的关系”时，改变入射角，多次测量，是为了获得普遍的规律。
故答案为：（1）粗糙的；较暗；（2）A；（3）会；光路是可逆的；（4）不发生；否；在；（5）不能；（6）寻找普遍规律。
6．为验证光的反射定律，小刚准备了两支不同色光的激光笔、平面镜和固定激光笔的支架，组装为如图所示的实验装置，将该装置放在水平桌面上。打开激光笔后，绿光斜射在平面镜上的O点，红光垂直照射到O点。
请回答下列问题：
（1）由N点垂直照射到O点的红光是用来替代 　法　线的位置。
（2）为显示出光的传播路径，小刚在桌面的上方喷烟雾，这是利用了光照在烟雾会上发生 　反射　。
（3）实验中，小刚围绕桌面转动改变观察角度直至观察到 　红光和绿光完全重合　的现象时，即可说明反射光线、入射光线和法线在同一平面内。
（4）图中，反射角是 　∠NOB　。他用量角器分别测量入射角和反射角，发现两角相等。为了验证“反射角等于入射角”这一结论的普遍性，小刚又用刻度尺测量反射光线和入射光线上等高的两点A、B到ON的水平距离，发现两段距离大小相等，根据相关数学知识，同样得到了“反射角等于入射角”。你认为他的这一做法可靠吗？　不可靠　（选填：“可靠”或“不可靠”），原因是 　没有改变入射角的大小多次实验，结论不具有普遍性　。
【解答】解：（1）法线与平面镜是垂直的，红色激光笔发出的光垂直射向平面镜上的O点，可以显示法线的位置；
（2）在桌面的上方喷烟雾，这是利用了光照在烟雾上发生了反射；
（3）沿水平方向绕桌面缓慢转动，当我们观察到入射绿光、入射红光和反射绿光看起来重合时，可以根据光的传播路径来判断三线在同一平面内。
（4）图中，反射角是∠NOB；
探究光的反射定律时，要多次改变入射角，测量入射角和反射角，比较反射角和入射角的关系；而多次在竖直方向上移动刻度尺重复上述测量，没有改变入射角光线的方向，也就没有改变入射角的大小，所以这一做法不可靠。
故答案为：（1）法线；（2）反射；（3）红光和绿光完全重合；（4）∠NOB；不可靠；没有改变入射角的大小多次实验，结论不具有普遍性。
7．如图甲所示，小乐同学用来探究光反射实验装置，将一块平面镜放在水平桌面上，再把一块可以折转的白色硬纸板垂直放置在平面镜上。
（1）调试好实验装置，接下来小乐操作过程及观察到的现象如下：
①第一步：如图乙所示，将一束光贴着垂直于镜面的纸板A沿着EO射向O点，纸板B上会显示出反射光束OF；将纸板B沿着ON虚线向后折转一定角度，如图丙所示，在B板上看不到反射光线；将纸板倾斜如图丁所示，在B板上看不到反射光。然后将纸板沿着ON虚线或纸板下边缘转动任意角度，重复上述操作，现象不变，由此现象得出的结论是：　反射光线、入射光线和法线在同一平面内　。
②第二步：面对纸面方向，将入射光束EO沿顺时针方向转动，逐渐靠近ON时，发现反射光束OF也随之逐渐靠近ON；当入射光束EO继续转动，超过ON，发现反射光束OF出现在另一侧并逐渐远离ON，由此现象得出的结论是：　反射光线与入射光线分居在法线的两侧　。
③为了更精确描述反射光线与入射光线的位置关系，小乐测量了入射光线和反射光线与法线之间的夹角，即入射角和反射角并填入表中，从表格数据中可获得结论是 　反射角等于入射角　。在本次实验中，改变入射角大小，进行多次实验的目的是 　得出普遍规律　。
实验次数 入射角 反射角 折射角
1 20° 20° 14°
2 30° 30° 22°
3 45° 45° 32°
（2）如图乙，若沿着FO的方向射向镜面，发现反射光线沿着OE的方向射出，改变入射角多次重复依旧发现相同现象，则说明在光的反射现象中，光路是 　可逆　的。
（3）当光从空气斜射入水中时如图戊所示，再将折射角测量记录上表中。发现折射角随入射角的增大而 　增大　（选填“增大”“减小”或“不变”），且入射角 　大于　（选填“大于”“小于”或“等于”）折射角。
【解答】解：（1）①实验中将纸板B向后或向下折转，纸板B上不能看到反射光线，说明反射光线、入射光线和法线在同一平面内；
②当入射光束EO继续转动，超过ON，发现反射光束OF出现在另一侧并逐渐远离ON，由此现象得出的结论是：反射光线与入射光线分居在法线的两侧；
③分析表中数据可知：在光的反射中，反射角等于入射角；本实验通过多次改变入射角，进行多次测量的主要目的是得出普遍规律；
（2）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，说明在反射现象中，光路是可逆的；
（3）根据表中数据，光从空气斜射到水面时，折射角随入射角的增大而增大；且折射角小于入射角。
故答案为：（1）①反射光线、入射光线和法线在同一平面内；②反射光线与入射光线分居在法线的两侧；③反射角等于入射角；得出普遍规律；（2）可逆；（3）增大；大于。

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