师:同学们好,今天我们一起来学习物理人教版八年级上册第四章第二节——光的反射。太阳、灯光、火都是光源,我们能看到这些光源,是因为它们发出的光射入我们的眼睛。书本、黑板、花朵这些物体本身不发光,在黑暗环境下我们看不到它们。但在有光的情况下,为什么能看到它们呢?原来是因为光到达这些物体表面发生了反射,反射的光进入了我们的眼睛。
光照射到镜面,会发生反射。在光的反射现象中,射到镜面的这条光线称为入射光线,发生反射的镜面称为反射面,入射光线射到反射面的这个点称为入射点,用“O”表示。从入射点反射的这条光线称为反射光线。那么光反射时有没有遵循什么规律呢?下面我们一起来探究光反射时的规律,也就是反射光线与入射光线存在什么关系。下面请同学们观察光的反射现象。在水平桌面上铺一张白纸,将一面平面镜竖立在白纸上,用激光笔发出的光在平面镜上发生反射。顺时针旋转入射光线,反射光线逆时针旋转;逆时针旋转入射光线,反射光线顺时针旋转。在刚才的实验中,同学们能观察到反射光线与入射光线存在什么关系了吗?
为了研究方便,我们需要将光反射时的光线轨迹记录在白纸上。那么我们如何记录光线轨迹呢?下面听听小钟同学的想法。
生:我们可以利用两点一线的方法,也就是利用光线上的任意一点和入射点,确定入射光线和反射光线的轨迹。
师:那么接下来我们利用两点一线的方法记录光线轨迹,记录反射面的位置,记录入射点的位置。在入射光线上取一点做标记,在反射光线上取一点做标记。保持入射点不变,多次改变入射光线的方向,记录光的轨迹。
我们用三种不同颜色的笔分别记录了三次反射的光线轨迹,如图所示。请同学们观察光反射时的轨迹图,你能发现反射光线与入射光线存在什么关系吗?下面听听小廖同学的想法。
生:老师,通过我的观察,我发现反射光线与入射光线存在轴对称关系,它们的对称轴为过入射点做镜面的垂线。
师:相信很多同学的想法都跟小廖同学一样,反射光线与入射光线有轴对称关系,它的对称轴为过入射点做镜面的垂线。如图所示,在物理学中,将经过入射点并垂直于反射面的直线称为法线,在光路作图中用虚线表示。同时,将入射光线与法线的夹角称为入射角,用“i”表示;反射光线与法线的夹角称为反射角,用“r”表示。
既然反射光线与入射光线存在轴对称关系,那么请同学们思考,在光的反射现象中,反射角与入射角之间有什么关系呢?下面我们需要利用量角器对每次反射的入射角和反射角的大小进行测量。通过量角器的测量,在第一次反射中,入射角为22度,反射角也为22度;第二次反射中,入射角为36度,反射角也为36度;第三次反射中,入射角为51度,反射角也为51度。通过实验数据表明,当入射角增大,反射角也增大。老师不断减小入射角,利用同样的方法记录光线轨迹、测量入射角和反射角大小。实验数据如图所示,由数据可得,当入射角减小,反射角也减小。多次的实验数据表明,反射角随着入射角的变化而变化,但反射角始终等于入射角。
下面我们来观察以下实验现象,我们观察到反射光线、入射光线和法线在同一平面。我们将白纸移至桌子边缘,使法线与桌子边缘对齐,向下弯折白纸,我们观察到白纸上不再有反射光线;将白纸恢复至原来位置,反射光线再次出现在白纸上。
以上现象说明什么呢?通过刚才的实验,我们可以得到反射光线、入射光线和法线在同一平面内。真的在同一平面内吗?下面我们再用一个实验看一下。
通过实验现象我们发现,从某个角度观察,反射光线、法线和入射光线完全重合,这说明反射光线、入射光线和法线在同一平面内。同时,由刚才的反射现象的光线轨迹图,我们可以得到反射光线、入射光线始终分别位于法线的两侧。
