资源简介

1.4 光的反射和折射
本节导航·目标清单 教材精研·内容全解 避坑指南·易错辨析实战演练·随堂检测 巩固拓展·课后提升
01 本节导航·目标清单
目标导航
1. 了解光的反射和折射现象，知道它们相对应的角及其关系，理解光的反射定律、折射规律及光路的可逆性，理解镜面反射和漫反射及平面镜成像特点、成像原理和画法；通过光的色散知道太阳光是由多种单色光组成的，理解白光是复色光，了解两种看不见的光——紫外线和红外线，建立完整的光科学观念。
2. 树立利用实验研究问题的意识，建立和提升光学知识的科学思维；能用光的反射定律和折射规律解释生活中的一些简单现象，理解平面镜成像的原理。
3. 通过实验探究，培养分析、归纳和总结问题的能力，概括出光的反射定律、光的折射规律、平面镜成像规律和光的色散规律，鼓励学生动手做实验。
方法指导
知识推进链：光的反射 → 光的反射定律 → 光路可逆性 → 镜面反射与漫反射 → 平面镜成像 → 光的折射 → 光的折射规律 → 光的色散 → 看不见的光。
研究方法：模型法——用带箭头的直线表示光线；实验归纳法——通过多次改变入射角寻找反射角与入射角的关系；等效替代法——用未点燃的蜡烛替代点燃蜡烛的像来比较大小。
02 教材精研·内容全解
考点01 光的反射
1. 光的反射现象
与声音遇到障碍物会反射一样，光射到水面、桌面或其他物体的表面时也会发生反射（reflection）。我们能够看见不发光的物体，是因为从物体表面反射的光进入了我们的眼睛。
激光束的路径
2. 与光的反射有关的基本概念
在描述光的反射时，常用“一点、三线、两角”来说明。
一点：入射点O，即入射光线在反射面上的投射点。
三线：入射光线AO（射向反射面的光线）、反射光线OB（经反射面反射后射出的光线）、法线ON（经过入射点O并垂直于反射面的直线）。
两角：入射角α（入射光线与法线的夹角）、反射角β（反射光线与法线的夹角）。
光的反射
考点02 探究光的反射定律
1. 实验装置与步骤
把一块平面镜M放在水平桌面上，再把一块可绕ON折转的硬纸板ENF竖直立在平面镜上，纸板上的直线ON垂直于镜面。使E、F两板面处于同一平面，让一束光贴着纸板沿某一角度射到O点，经过平面镜反射后从另一个方向射出，在纸板上描出入射光和反射光的径迹。改变光束的入射方向，多做几次；再将F板绕ON向前或向后折转，观察是否还能看到反射光。最后取下硬纸板，用量角器量出入射角和反射角。
探索光的反射
表1.4-1 入射角和反射角记录表
第1次 第2次 第3次
入射角
反射角
2. 实验结论——光的反射定律
（1）三线共面：在反射现象中，反射光线和入射光线、法线在同一平面内。
（2）法线居中：反射光线和入射光线分居在法线的两侧。
（3）两角相等：反射角等于入射角。注意：不能说成“入射角等于反射角”，因为先有入射角后有反射角，反射角的大小随着入射角大小的变化而变化。可用公式表示为。
考点03 光路的可逆性
1. 光路可逆
在反射现象中，光路具有可逆性。若使入射光逆着原反射光的方向射到平面镜上，得到的反射光恰巧逆着原入射光方向射出。例如，当我们从平面镜里看见别人的眼睛时，别人也可以从平面镜里看见我们的眼睛。
光路的可逆性
考点04 镜面反射与漫反射
1. 镜面反射
平面镜的表面很光滑，一束平行光射到光滑的反射面上时，反射光仍是平行的，这种反射叫作镜面反射（mirror reflection）。如水面反光、玻璃反光等。
2. 漫反射
白纸的表面看上去光滑，但实际上凹凸不平。一束平行光射到粗糙的反射面上时，反射光会射向各个不同的方向，这种反射叫作漫反射（diffuse reflection）。如看电影、从不同方向都能看到黑板上的字等。
光的镜面反射与漫反射
3. 两种反射的异同
镜面反射和漫反射都遵循光的反射定律。镜面反射只能在某一方向看到反射光，漫反射能从各个方向看到反射光。我们的眼睛能从不同方向看到周围不发光的物体，就是因为光照在物体表面发生漫反射后进入了人的眼睛。
考点05 光污染
1. 光污染及其危害
现代社会，光照的不合理使用带来了一种可怕的灾难——光污染。太阳光照射下，城市里玻璃幕墙、釉面砖墙、磨光大理石等镜面反射的眩光带来“白亮污染”；夜幕降临后，强光束直冲云霄，亮度过大的夜景照明使夜晚如同白昼，形成“人工白昼”；娱乐场所的旋转灯、荧光灯以及闪烁的彩色光源构成“彩光污染”。
光污染会导致能源浪费，影响人们的工作和生活，破坏生态环境，影响动物的自然生活规律，使其昼夜不分，还会扰乱植物的生长节律，影响植物休眠等。
灯光与星光的“博弈”
考点06 平面镜成像特点
1. 实验探究
在水平桌面上铺一张白纸，将一块薄玻璃板竖立在纸上，沿着玻璃板画一条直线代表平面镜的位置。把一支点燃的蜡烛放在玻璃板前面，再拿一支外形相同但未点燃的蜡烛，竖立着在玻璃板后面移动，直到看上去它跟前面那支蜡烛的像完全重合，这个位置就是像的位置。移动点燃的蜡烛到另一位置，重做实验，用直线把每次实验中蜡烛和像的位置连起来，用刻度尺测量它们到玻璃板的距离。
探究平面镜成像
表1.4-2 平面镜成像记录表
蜡烛到平面镜的距离 蜡烛的像到平面镜的距离
第1次
第2次
2. 探究结论
平面镜所成像的大小与物体的大小相等；像到平面镜的距离与物体到平面镜的距离相等。可概括为：像与物关于镜面对称。
实验注意事项：（1）应选用较薄的玻璃板，因为玻璃板前后两表面各成一个像，较厚的玻璃板会使两个像有较大错位，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蜡烛的像将不能完全重合。
考点07 平面镜成像原理与虚像
1. 成像原理
平面镜成像的原理是光的反射。在平面镜前面点燃一支蜡烛，平面镜后面并没有点燃的蜡烛，但蜡烛火焰向四处发光，一部分光经过平面镜反射后进入我们的眼睛，使我们产生视觉，我们感到这些光好像是从蜡烛的像上发出的。
平面镜中的像是虚像
2. 虚像
实际上像并没有发出光，这样的像称为虚像（virtual image）。虚像由反射光线的反向延长线相交而成，只能用眼睛观察到，不能用光屏承接。平面镜所成的像是正立的虚像。
考点08 平面镜成像作图
1. 对称法作图
平面镜所成的像与物体相对平面镜具有对称性。因此，可以根据平面镜成像的对称性，分别作出物体两端点关于镜面的对称点，再用虚线连接这两个对称点，即可得到物体在平面镜中的像。像用虚线表示。
平面镜成像作图
考点09 凸面镜和凹面镜
1. 球面镜
除了平面镜外，人们也常用到凸面镜和凹面镜，它们统称为球面镜。
凸面镜对光有发散作用，可以扩大视野，常用于汽车的后视镜、公路急转弯处的反光镜等。
凹面镜对光有会聚作用，可以将光几乎平行射出，常用于太阳灶、手电筒反射镜、医生观察耳道所用的镜子等。由于光路的可逆性，凹面镜可以会聚平行光。
凸面镜和凹面镜都遵循光的反射定律，且符合光路的可逆性。
凸面镜和凹面镜的利用
考点10 光的折射
1. 光的折射现象
将一根筷子斜插在装有水的杯子里，从杯子侧面看到筷子好像“弯折”了，这是光的折射现象。光从空气斜射入水中时，其传播方向会发生偏折，这种现象叫作光的折射（refraction）。
光的折射
2. 与光的折射有关的基本概念
在描述光的折射时，同样用“一点、三线、两角”来说明。
一点：入射点O，即光从一种介质进入另一种介质时的分界点。
三线：入射光线AO、折射光线OC、法线NN'（经过入射点O并垂直于分界面的直线）。
两角：入射角α（入射光线与法线的夹角）、折射角γ（折射光线与法线的夹角）。
光射入水中发生折射现象 光从空气斜射入水
考点11 探究光的折射规律
1. 实验探究
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；改变入射角的大小，观察折射角的变化；让光垂直于空气与水的分界面射入水中，观察光线的传播方向；让光逆着原折射光线的方向从水中斜射入空气，观察折射情况。把水换成玻璃砖，重复上述步骤。
光射入玻璃砖
2. 光的折射规律
（1）三线共面：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。
注意：如果让光逆着折射光的方向从水中或玻璃中斜射入空气，进入空气中的折射光逆着原来入射光的方向射出。光从水中斜射入空气中时，折射光线远离法线，此时折射角大于入射角。
3. 利用水流模拟演示光纤原理
在矿泉水瓶侧壁打一小孔，插入一小段吸管并密封，瓶内装满水后置于浅水槽内。在较暗的环境中，让激光笔照射到吸管对侧位置，使光恰能穿过吸管；打开瓶盖让水从吸管弯曲流出，可观察到激光沿着水流弯曲传播。这说明光从水流斜射入空气时发生全反射现象，可被用来模拟光在光纤中的传播。
利用水流模拟光纤实验
考点12 生活中的折射现象
1. 常见的折射现象
从上方看水、玻璃等透明介质中的物体，我们感到物体的位置要比实际位置高一些，这是光的折射引起的。例如，叉鱼时要瞄准“鱼”的下方才能叉到鱼，因为人们看到的是鱼的虚像，它比鱼的真实位置浅；水中的人看岸上的树，树的位置看起来比实际位置高。
人在水面上方看水下的物体
2. 海市蜃楼
海市蜃楼是由光在不均匀物质中传播时发生弯折而产生的现象，多发生在夏季的海面上。在炎热的夏季，空气较热，海水较凉，海面附近空气温度比上面低、密度较大。来自地平线下远处物体的光，由于不同高度处空气的疏密不同而发生弯曲，从而进入观察者的眼睛。我国北宋科学家沈括所著的《梦溪笔谈》中就有关于海市蜃楼的记载。
海市蜃楼成因示意图
考点13 光的色散
1. 太阳光的色散
17世纪以前，人们认为太阳发出的白光是最单纯的颜色。直到1666年，英国物理学家牛顿用玻璃三棱镜分解了太阳光，才揭开了太阳光的颜色之谜。让太阳光射到三棱镜上，在棱镜另一侧的白纸屏上可以看到一条彩色光带，颜色按红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫的顺序排列。
彩虹 白光通过三棱镜出现色散
2. 可见光谱
太阳光是白光。白光射入、射出三棱镜发生折射，被分解成各种颜色的光，这种现象叫作光的色散（dispersion）。白光是由多种色光混合而成的。三棱镜把太阳光分解成不同颜色的光，它们按照一定的顺序排列，形成太阳光的可见光谱。
太阳光的可见光谱
考点14 色光的三原色
1. 色光的三原色
人们发现，红、绿、蓝三种色光按不同比例混合能够产生各种颜色，因此把红、绿、蓝叫作色光的三原色。彩色电视机就是用红色、绿色、蓝色来产生各种颜色的光。
红、绿、蓝三种色光混合 彩色电视机利用光的三原色混合来产生各种颜色的光
考点15 看不见的光
1. 红外线
在可见光谱的红端以外存在着一种人眼看不见的光，叫作红外线（infrared ray）。红外线位于可见光谱的红端以外部分。
太阳的热主要是以红外线的形式辐射到地球上的。自然界的所有物体都在不停地向外辐射红外线，物体的温度越高，辐射的红外线就越强。红外线具有热效应强的特点，可用于加热、取暖；穿透云雾能力强，可用于遥感勘测；还可制成红外线探测器、红外线照相机、红外线夜视仪等。某些动物（如响尾蛇）靠红外线捕食，人们模仿响尾蛇制成了红外制导导弹。
2. 紫外线
在可见光谱的紫端以外存在着一种人眼看不见的光，叫作紫外线（ultraviolet ray）。紫外线位于可见光谱的紫端以外部分。
紫外线能使荧光物质发光，验钞机就是利用这一原理来检验人民币的真伪。紫外线能杀死微生物，常被用来消毒灭菌；照射适量的紫外线有助于人体健康，但照射过量的紫外线会使人皮肤变黑或灼伤，诱发皮肤癌。自然界中的紫外线主要来源于太阳，臭氧层吸收了来自太阳的大部分紫外线，使地球上的生物免受大量紫外线的照射。
紫外线验钞机
03 避坑指南·易错辨析
易错警示 1. 易错点1：反射角与入射角的因果关系。先有入射角，后有反射角，因此只能说“反射角等于入射角”，不能说“入射角等于反射角”。 2. 易错点2：镜面反射和漫反射都遵循光的反射定律。不能因为漫反射射向四面八方就认为它不遵循反射定律。 3. 易错点3：实像与虚像的区别。实像是实际光线会聚而成，能呈现在光屏上；虚像是实际光线的反向延长线相交而成，不能呈现在光屏上。平面镜成的是虚像。 4. 易错点4：折射时“空中角大”。光从空气斜射入水或其他介质中时，折射角小于入射角；光从水或其他介质斜射入空气中时，折射角大于入射角。 5. 易错点5：反射和折射现象中光路都是可逆的，所成的像通常都是虚像。
04 实战演练·随堂检测
【实战演练】
1. （绍兴模拟）如图所示，是探究“光的反射定律”的装置。下列说法正确的是（ ）
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0°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NOF向后翻折后，反射光线消失，是因为此时没有反射光线
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
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A放在玻璃板前，移去后面未点燃的蜡烛B，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。
答：________________________________
答：________________________________
（2）. 在寻找蜡烛A的像的位置时，眼睛应在蜡烛A______（选填“A”或“B”）这一侧观察。
答：________________________________
（3）. 将玻璃板向蜡烛A移近，则蜡烛A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。
答：________________________________
（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）
答：________________________________
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的光。金鱼反射的光进入人眼的路径是（ ）
5. “赤橙黄绿青蓝紫，谁持彩练当空舞”是一代伟人毛泽东有关彩虹的诗句。彩虹是光的______现象。
答：________________________________
6. 绿色植物需要利用太阳光进行光合作用，太阳光照射到绿色植物表面时，绿光将被植物______（选填“吸收”或“反射”）。
答：________________________________
7. 有关红外线和紫外线的相关知识，下列说法错误的是（ ）
A. 太阳的热主要是通过红外线的形式传送到地球上的
B. 一切物体都在不停地向外辐射紫外线，物体温度越高，辐射的紫外线越强
C. 自然界中的紫外线主要来源于太阳
D. 臭氧层吸收了大部分来自太阳的紫外线
05 巩固拓展·课后提升
【巩固拓展】
1. 当光与镜面成35°角射在平面镜上时，入射角是多少？试画出反射光线，并标出入射角和反射角的度数。（作图题）
2. 黑暗的房间里有两盏电灯，当点亮其中一盏灯时，人能看到另一盏未点亮的灯。画出人“看到未点亮的灯”的光路图，并做出解释。（作图题）
3. 如图所示是一种液面升降监测装置的原理图，光源S发出的一束激光与水平液面成30°角射向平静的液面，入射光线与反射光线的夹角为多少？光经液面反射后射到液面上方水平标尺上的S'点，当发现光点S'向左移动时，说明液面高度发生了怎样的变化？
4. 用久了的黑板常会因“反光”而看不清上面的字，这是为什么？怎样才能使黑板不“反光”？
5. 若我们要通过平面镜看到自己从头到脚完整的像，则平面镜必须至少有身高一半的高度。请画出光路图来说明这一现象。（作图题）
6. 如图所示，一束光从空气斜射入水中，试画出反射光线和折射光线。（作图题）
7. 在图中标出入射光线、反射光线和折射光线，并用箭头标出光的传播方向。（作图题）
8. 陶瓷茶杯底部放有一枚硬币，人移动到某一位置时看不见硬币（如图甲），往茶杯中倒入一些水后，又能够看见硬币了（如图乙）。请解释“看不见”和“又看见了”的原因。
参考答案
【实战演练】
第1题： A
解析：入射光线和反射光线分居法线两侧，A正确；入射角为0°时反射光线沿原路返回，仍存在反射现象，B错误；多次改变入射角是为了寻找普遍规律，C错误；纸板NOF向后翻折后，反射光线、入射光线、法线仍在同一平面内，只是纸板不在该平面而无法显示反射光路，反射光线仍存在，D错误。
第2题： B
解析：迎着月光走时，水面发生镜面反射，更多光进入人眼，水面较亮；地面发生漫反射，进入人眼的光较少，地面较暗。背着月光走时，水面镜面反射的光射向前方，几乎不进入人眼，水面较暗；地面漫反射总有一部分光进入人眼，地面较亮。
第3题： （1）不能；虚 （2）A （3）4 cm （4）可以直接在方格纸上判断像和物体之间的位置关系
解析：平面镜成的是虚像，虚像不是实际光线会聚而成，不能呈现在光屏上；平面镜成像是光的反射形成的，反射光线进入人眼，人眼逆着反射光线看去，像成在镜后，因此观察时眼睛应在点燃的蜡烛A这一侧；像与物到镜面距离相等，玻璃板向蜡烛A移近，像也向玻璃板移近相同距离，蜡烛A需向玻璃板移动4 cm才能与像再次重合；用方格纸可直接读出像与物到镜面的距离关系。
第4题： A
解析：金鱼反射的光由水中斜射入空气时，在水面处发生折射，折射角大于入射角，折射光线向远离法线方向偏折后进入人眼，人眼逆着折射光线方向看去，就会看到金鱼的像，A正确。
第5题： 色散
解析：彩虹是太阳光通过悬浮在空气中的小水滴时发生折射和反射，被分解成七种色光而形成的，属于光的色散现象。
第6题： 反射
解析：植物呈现绿色，说明植物能反射绿光而吸收其他色光，因此绿光被植物反射。
第7题： B
解析：太阳的热主要通过红外线传送到地球，A正确；一切物体都在不停地向外辐射红外线，物体温度越高，辐射的红外线越强，B错误；自然界中的紫外线主要来源于太阳，C正确；臭氧层吸收了大部分来自太阳的紫外线，D正确。
【巩固拓展】
第1题：
解析：入射角为55°。反射光线、入射角55°、反射角55°如图所示。（图略）
第2题：
解析：未点亮的灯反射了点亮的灯发出的光，反射光线进入人眼，因此能看到未点亮的灯。光路图略。
第3题：
解析：入射光线与反射光线的夹角为120°。光点S'向左移动，说明液面上升了。
第4题：
解析：用久了的黑板表面变得光滑，光在黑板上发生镜面反射，强烈的反射光进入人眼会“晃眼”，所以看不清字。使黑板不“反光”的方法：将黑板表面做得粗糙一些，使光发生漫反射。
第5题：
解析：如图所示，画出头顶和脚发出的光经平面镜反射后进入人眼的光路，可知平面镜高度至少为身高的一半。图略。
第6题：
解析：反射光线、折射光线如图所示，反射角等于入射角，折射光线向法线方向偏折。图略。
第7题：
解析：根据折射规律，空气中角大，水中角小，标出入射光线、反射光线和折射光线及方向。图略。
第8题：
解析：看不见硬币是因为光是沿直线传播的，茶杯侧壁挡住了硬币反射的光；倒入水后，硬币反射的光从水中斜射入空气时发生折射，折射光线远离法线进入人眼，人眼逆着折射光线看去，觉得硬币的位置变高了，所以又能看见硬币。

展开更多......

收起↑