探究光的反射定律实验

[实验要点]

1.主要器材及作用

（1）平面镜：反射光。

（2）可翻折的粗糙硬纸板：①粗糙硬纸板可以显示光的传播路径；②可以探究反射光线、入射光线和法线是否共面；③显示反射角随入射角的变化情况。

（3）量角器：测量入射角和反射角的大小。

（4）铅笔：记录光的传播路径。

2.实验操作关键

（1）实验应在较暗的环境下进行，以减小其他光线对实验的影响，使实验现象更明显。

（2）硬纸板垂直放置在平面镜上，让光紧贴硬纸板射向O点：在硬纸板上显示光路。

（3）在硬纸板上记录光路的方法：分别在入射光线、反射光线上任取一点，然后用直线连接O点和所取的点并标上箭头，即为光线。

（4）探究反射角与入射角的大小关系：多次改变入射角的大小，分别测量反射角和入射角的大小，比较反射角和入射角的大小。

（5）探究反射光线和入射光线、法线是否在同一平面内：将有反射光线的硬纸板向后（前）翻折，观察该纸板上是否显示反射光线。

（6）验证光路可逆的方法：将激光笔逆着原来反射光线的方向照射，观察硬纸板上的反射光线是否与原来的入射光线重合。

（7）改变入射角进行多次实验的目的：避免数据的偶然性，使实验结论具有普遍性。设计的实验数据表格记录入射角和反射角的数据。

3.实验结论

反射光线、入射光线和法线在同一平面内，反射光线和入射光线分居在法线的两侧，反射角等于入射角，即“三线共面，两角相等，法线居中”。

[实验拓展]

1.实验中从硬纸板前不同位置都能看到光的传播路径的原因：光在硬纸板上发生漫反射。

2.在实验过程中，若在硬纸板的另一半上看不到反射光线，可能的原因：硬纸板与平面镜没有垂直放置。

3.如果记录的反射角和入射角的角度不相等，可能的原因：（1）将入射光线与镜面的夹角当成入射角；（2）将反射光线与镜面的夹角当成反射角。

4.如果硬纸板与平面镜不垂直，则反射光线依然存在，但在硬纸板的另一半上看不到反射光线。

5.利用带有角刻度的硬纸板设计的改进装置优点：可以直接读取实验中的入射角和反射角大小，简化操作。

[能力提升]

例１ （2024·福建·改编）探究光的反射定律实验的装置如图１甲。让一束光贴着光屏射向平面镜的O点，改变入射光线多次实验，数据记录于下表中。

（1）能从不同方向观察到光的传播路径，是因为光在光屏上发生___________反射。

（2）分析表中数据得出结论：

①反射光线、入射光线分别位于法线___________；

②反射角___________入射角。

（3）接下来老师进行了如下演示，先用加湿器使整个教室充满雾气，将平面镜放在一能转动的水平圆台上，在柱M上固定一红色激光笔，使其发出的光垂直射向平面镜上的O点，其作用是为了显示___________的位置，然后打开固定在柱N上的绿色激光笔，使绿色激光射向O点，出现了如图1乙所示的情景，老师水平方向缓慢转动圆台，当我们观察到 时，可判断反射光线、入射光线和法线在同一平面内。

（4）光热电站利用定日镜将太阳光反射到吸热塔用于发电。如图1丙为上午某时刻的光路图，根据上述实验结论推断，随着太阳的运动，定日镜应沿___________时针方向旋转，使反射光线射向吸热塔。

答案：（1）漫 （2）①两侧 ②等于 （3）法线 入射绿光、红光和反射绿光看起来重合 （4）逆

[综合实践]

例2 阅读下面的短文，按要求解决问题。

2024年5月3日，嫦娥六号探测器由长征五号遥八运载火箭成功发射，之后准确进入地月转移轨道，由此开启世界首次月背“挖宝”之旅。

月球背面电磁环境非常干净，无法直接接收来自地球的信号，所以在登月之前，先要发射一颗中继卫星保障通信。早在2018年5月21日，嫦娥四号的“开路先锋”鹊桥中继卫星就已经发射升空进入距月球约6.5万千米的环月轨道。2019年1月3日，嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面的预选着陆区。地球、月球、中继卫星的位置如图2甲所示，这样地球上的测控站就可以通过鹊桥中继卫星与嫦娥四号探测器进行通信了。

把中继卫星假想成一个平面镜，搭载控制信号的电磁波传播特点接近光。请你在图2乙中画出地面测控站A点与嫦娥四号探测器B点的通信路径。

解析：由题知，把中继卫星假想成一个平面镜，搭载控制信号的电磁波传播特点接近光，所以可以用平面镜成像的原理来画出它们之间的通信路径，步骤如下：（1）作B关于平面镜（中继卫星）的对称点B′；（2）连接AB′，与镜面的交点为入射点O；（3）再连接BO并画上箭头表示“入射光线”，则OA为“反射光线”。答案如图3所示。

（作者单位：山东省枣庄市第二十九中学）